[보고서]석탄회의 고부가가치 자원화를 위한 다공질 mullite/zirconia 복합체의 제조기술

[국가R&D연구보고서] 석탄회의 고부가가치 자원화를 위한 다공질 mullite/zirconia 복합체의 제조기술 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	부산대학교 산학협력단
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2011-08
과제시작연도	2010
주관부처	지식경제부 Ministry of Knowledge Economy
연구관리전문기관	한국에너지기술평가원 Korea Energy Technology Evaluation Institute
등록번호	TRKO201300024570
과제고유번호	1415113782
사업명	에너지자원인력양성
DB 구축일자	2013-09-14
키워드	coal fly ash.tertiary-butyl alcohol.freeze casting.freeze-gelcasting.freeze-gelcasting/polymer sponge processing.interconnected pore structure.

초록 ▼

핵심기술
▶ reaction-sintered mullite ceramics의 제조를 석탄회의 이용기술
▶ 상호 연결된 독특한 기공구조를 갖는 다공질 mullite 복합체의 제조기술
최종목표
▶ 석탄회의 고부가가치 자원화기술개발
▶ controlled "designer" pore structure를 갖는 다공질 mullite 복합체의 제조공정기술개발
사업내용 및 결과
▶ 산업부산물인 석탄회의 재활용을 통한 고부가가치 기능성 다공질 mullite 복합체의 제조기술개발
▶ TBA-based freeze casting에 의해서 기공률 67%, 압축강도~23 MPa을 갖는 상호 연결된 일축배향 기공구조를 갖는 다공질 mullite 복합체의 제조; TBA-based freeze/gelcasting route에 의해서 기공크기 107-164 μm, 기공률 61.2%, 압축강도 ~64.3 MPa을 갖는 mullite/alumina 복합체의 제조; freeze-gelcasting/polymer sponge공정에 의해서 기공률 77.5-61.6%, 기공크기 300-240 μm, 압축강도 7.5-45.0 MPa를 갖는 망상구조의 다공질 mullite 복합체의 제조
배경
▶ 산업폐기물의 고부가가치 창출 및 부존자원 절약의 필요성
▶ 산업 및 환경재료로서 다공질 세라믹스의 중요성
핵심기술의 의의
▶ 석탄회의 고부가가치 소재로의 재활용
▶ tertiary-butyl alcohol solvent를 이용한 다공질 mullite 복합체의 새로운 복합화공정기술의 개발 및 이의 응용성 확보
적용분야
▶ 산업 및 환경소재로의 응용 (용융금속의 여과, 배출가스로부터 입자상의 제거, 고온단열재 등)

목차 Contents

최종보고서 제출서 ... 1
표지 ... 2
제출문 ... 4
보고서 초록 ... 5
주요 연구성과 ... 9
목차 ... 13
제 1 장 서론 ... 14
제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 14
제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 17
제 3 절 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 19
제 2 장 내용 및 방법 ... 20
제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 20
제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 20
제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 21
제 4 절 연차별 연구방법 ... 22
제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 29
제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 29
1-1. 연구개발 추진일정 ... 29
1-2. 연구개발 추진실적 ... 30
1-3. 결과의 유형 및 무형 성과 ... 65
제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 66
제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 67
최종보고서 요약서 ... 69

표/그림 (39)

표 Characteristics of as-received coal fly ash
표 SEM micrograph of the as-received coal fly ash.
표 Flowchart for preparation of mixed powder.
표 Flowchart of experimental procedure in TBA-based freeze-gel casting/polymer sponge processing route.
표 XRD patterns of freeze cast material sintered at 1400o C for 2 h (a) without and (b) with an addition of 10 wt% 3YZ powder.
표 XRD patterns of the freeze cast materials sintered at 1500o C for 2 h with different starting Al2O3/SiO2 (molar ratio)
표 SEM micrographs of (a) cross sections parallel to the macroscopic TBA ice growth direction; sintered at 1500o C for 2 h with starting Al2O3/SiO2 (molar ratio) = 1.5 and 50 wt.% solid loading; (b) bottom part, (c) middle part, and (d) top part.
표 SEM micrographs of cross sections perpendicular to the macroscopic TBA ice growth direction; sintered at (a) 1300, (b) 1400, and (c) 1500o C for 2 h with starting Al2O3/SiO2 (molar ratio) = 1.5 and 50 wt.% solid loading: (a) top part, (b) middle part, (c) bottom part and (d) strut structure.
표 SEM micrographs of cross sections parallel to the macroscopic TBA ice growth direction; sintered at 1400o C for 2 h with starting powder composition of Al2O3/SiO2 (molar ratio) = 1.5. (a) 40 wt.%, (b) 50 wt.%, and (c) 60 wt.% solid loading.
표 SEM micrographs of cross sections parallel to the macroscopic TBA ice growth direction; sintered at 1400o C for 2 h with 50 wt.% solid loading; starting powder composition Al2O3/SiO2 (molar ratio) = (a) 1.2, (b) 1.5, and (c) 1.8.
표 Porosity, shrinkage, bulk density, compressive strength and Young’s modulus of porous mullite composites obtained by sintering freeze cast materials at 1300-1500o C
표 SEM micrograph showing unidirectional, long pore channels aligned regularly along the TBA ice direction after sublimation.
표 The relationship of compressive strength and porosity.
표 Sedimentation bulk density of coal fly ash, alumina and coal fly ash/alumina mixed powder with different amounts of dispersant addition
표 The effect of processing additives on sedimentation bulk density.
표 Log-log plot of apparent viscosity of 50 wt.% coal fly ash/alumina mixed slurry with different amounts of dispersant addition.
표 Log-log plot of apparent viscosity of 60 wt.% coal fly ash/alumina mixed slurry with different amounts of dispersant addition.
표 Apparent viscosity of TBA-based coal fly ash/alumina mixed slurry with processing additives and 50 wt.% solid loading.
표 Apparent viscosity of TBA-based coal fly ash/alumina mixed slurry with processing additives and 60 wt.% solid loading.
표 Suspension viscosity of TBA-based coal fly ash/alumina suspension with 60 wt.% solid loading at shear rate of 100 s-1 as a function of temperature.
표 XRD patterns of the freeze/gel cast materials sintered at a) 1200, b) 1300, c) 1400 and d) 1500o C for 2 h, starting with the batch composition of Al2O3/SiO2 = 1.5 (molar ratio).
표 SEM micrographs of cross-sections parallel to the macroscopic TBA solid growth direction after sintering at 1400o C with (a) 20, (b) 30 and (c) 40 wt.% solid loading; (b), (d) and (f) showing high magnification of (a), (c) and (e), respectively.
표 SEM micrographs of cross-sections perpendicular to the macroscopic TBA solid growth direction after sintering at (a) 1300, (c) 1400 and (e) 1500o C with 30 wt.% solid loading; (b), (d) and (f) showing high magnification of (a), (c) and (e), respectively.
표 SEM micrographs of the inner walls of pore channels after sintering at (a) 1300o C and (c) 1500o C with 40 wt.% solid loading; (b) and (d) showing high magnification of (a) and (c), respectively; EDS spectrum showing atomic concentration (wt.%) of 62 O,10 Si and 28 Al (Full scale 175 cts).
표 Linear shrinkage of porous mullite composites sintered at 1300-1500o C with different solid loading.
표 Apparent porosities of porous mullite composites sintered at 1300-1500o C with different solid loading.
표 Compressive strength of porous mullite composites sintered at 1300-1500o C with different solid loading.
표 XRD patterns of the porous ceramic materials processed with starting Al2O3/SiO2 = 1.8 (molar ratio)
표 Optical photographs of porous mullite ceramics processed with 60 wt.% starting solid loading using a freeze-gelcasting/polymer sponge method; sintered at 1400o C for 2 h.
표 SEM micrographs of porous mullite ceramics sintered 1400℃ for 2 h with (a) 50, (c) 60 and (e) 70 wt.% solid loading; (b), (d) and (f) showing high magnification of (a), (c) and (e), respectively.
표 SEM micrographs of porous mullite obtained after sintering at(a) 1400, (c) 1500 and (e) 1600o C with 60 wt.% starting solid loading; (b), (d) and (f) showing high magnification of (a), (c) and (e), respectively.
표 SEM micrographs of struts of porous mullite obtained after sintering at 1400℃ for 2h with (a) 50, (b) 60 and (c) 70 wt.% starting solid loading.
표 SEM micrograph of struts of porous mullite obtained after sintering at (a) 1400 and (b) 1500o C with 60 wt.% starting solid loading.
표 SEM micrographs of struts of porous reticulated mullite ceramics sintered 1600℃ for 2h with 60 wt% starting solid loading at high magnification: (a) 1.0k, (b) 3.0k, (c) 5.0k and (d) 10.0k.
표 Relationship between pore size and strut thickness as a function of starting solid loading
표 Relationship between pore size and strut thickness as a function of sintering temperature; 60 wt.% starting solid loading.
표 Linear shrinkage of porous mullite sintered at 1400-1600o C with different starting solid loadings.
표 Apparent porosities of porous mullite ceramics sintered at 1400-1600o C with different starting solid loadings.
표 Compressive strength of porous mullite ceramics sintered at 1400-1600o C with different starting solid loadings.

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