• Title/Summary/Keyword: 세라믹 기지

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Fabrication of Al2O3/ZrO2Ceramics by the Polymerization Dispersion Process (ZrO2의 고분자화 분산법을 이용한 Al2O3/ZrO2요업체의 제조)

  • Cho, Myung-Je;Hwang, Kyu-Hong;Lee, Jong-Kook
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.41 no.4
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    • pp.284-288
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    • 2004
  • To improve mechanical properties of $Al_2$O$_3$/ZrO$_2$composites have been controlled dispersion of ultra low size ZrO$_2$ particles in $Al_2$O$_3$ ceramics by polymeric precursor method (Pechini process). In case of coprecipitation or mechanical mixing of ZrO$_2$ powders with $Al_2$O$_3$, homogeneous dispersion and controlling the ZrO$_2$ size were relatively difficult due to high sintering temperature. So the polyesterization process of Zr/Y(NO$_3$)$_3$-citric acid solution in ethylene glycol with the commercial sub-micron sized o(-alumina powder (Sumitomo AES-11(0.4 ${\mu}{\textrm}{m}$)) was adopted in order to obtain homogeneous dispersion of ZrO$_2$ in A1203. By this partial polyesterization process, the homogeneous dispersion of relatively low sized ZrO$_2$in $Al_2$O$_3$/ZrO$_2$composites was achieved at 1450∼1$600^{\circ}C$ of sintering temperature range and their mechanical properties were measured.

Microstructures and Mechanical Properties of HAp-Ag and HAp-ZrO2Composites Prepared by SPS (SPS에 의해 제조된 HAP-Ag, HAP-ZrO2 복합체의 미세조직 및 기계적 특성)

  • Shin, Na-Young;Oh, Ik-Hyun;Lee, Hee-Jung;Shin, Seung-Yong;Lee, Hae-Hyung;Lee, Byong-Taek
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.41 no.4
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    • pp.334-339
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    • 2004
  • Microstructures and mechanical properties of SPSed monolithic HAp, HAp-Ag, and HAp-ZrO$_2$sintered bodies were investigated by the XRD, SEM, and TEM techniques. The nano-sized HAp powders were successfully synthesized by precipitation of Ca(NO$_3$)$_2$4$H_2O$ and (NH$_4$)HPO$_4$solution. In the HAp-Ag composite, the shrinkage cavities were observed at the interfaces between HAp and large sized Ag particles due to the mismatch of their thermal expansion coefficients. However, no found the defect at the interfaces between HAp and fine-sized Ag particles. In the HAp-ZrO$_2$composite. nano-sized ZrO$_2$particles were almost dispersed at the grain boundaries of HAp phase. The fracture toughness of HAp-Ag and HAp-ZrO$_2$ composites were increased due to the plastic deformation and phase transformation mechanisms of the dispersed fine Ag and ZrO$_2$phase in the HAp matrix, respectively.

Preparation of CaO-SiO2-B2O3 Glass-ceramics and Evaluation of Bioactivity Using in-vitro Test (CaO-SiO2-B2O3계 결정화 유리의 제조와 in-vitro법을 이용한 생체활성 평가)

  • Ryu, Hyun-Seung;Seo, Jun-Hyuk;Kim, Hwan;Hong, Kug-Sun;Kim, Deug-Joong;Lee, Jae-Hyup;Lee, Dong-Ho;Chang, Bong-Soon;Lee, Choon-Ki
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.39 no.5
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    • pp.490-497
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    • 2002
  • Sintering property, mechanical property and bioactivity of $CaO-SiO_2-B_2O_3$ glass-ceramics were investigated. This glass-ceramics was sintered at 750-830${\circ}$ and showed nearly pore-free microstructure. The glass-ceramics consisted of three phases, i.e. monclinic-wollastonite, calcium borate and borosilicate glass matrix. The mechanical strength was higher than that of other bioactive ceramics, especially compressive strength(2813 MPa) and fracture toughness($3.12 MPa{\cdot}m^{1/2}$). Bioactivity of the glass-ceramics depends on amount of $CaB_2O_4$ and borosilicate glass matrix. It might be likely that more soluble $CaB_2O_4$ raises supersaturation of Ca ion in SBF solution and borosilicate glass forms Si-OH group that presents nucleation site of hydroxycarbonate apatite(HCA) layer. So, glassceramics of more $CaB_2O_4$ and borosilicate glass showed better bioactivity.

Effect of Tetragonal $ZrO_2$ Addition on the Mechanical Properties of $\alpha$-Alumina/La-\beta-Aluminate $Composite (정방정 $ZrO_2$의 첨가가 $\alpha$-Alumina/La-\beta-Aluminate $ 복합체의 기계적 성질에 미치는 영향)

  • Suk-Won Kang;Hai-Doo Kim;Shin Kim;Soo-Young Lee;Dong-Soo Park
    • Journal of the Korean Ceramic Society
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    • v.31 no.5
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    • pp.513-519
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    • 1994
  • Alumina composite was fabricated by introducing tetragonal ZrO2 in alumina composite of $\alpha$-alumina reinforced with in-situ formed La-$\beta$-aluminate (LaAl11O18). The powder mixture of composition (100-x)[88 Al2O3+(La2O3+11 Al2O3)]+x vol% ZrO2 was prepared with x from 0 to 40. Dense composites fabricated by hot-pressing exhibited bending strength up to 1200 MPa. The gain growth inhibiting effect of ZrO2 grains and La-$\beta$-aluminate platelets, and possibly the stress-induced phase transformation of ZrO2 have resulted in the high bending strength. The fracture toughness of the composite also increased up to 8.5 MPa.m1/2. The enhancement in toughness can be explained by transformation and microcrack toughening of ZrO2 and by crack deflection and bridging of La-$\beta$-aluminate platelets and ZrO2.

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Research Trends in Thermally Conductive Composites Filled with Carbon Materials (탄소재료가 내첨된 열전도성 복합재의 연구 동향)

  • An, Donghae;Kim, Kyung Hoon;Kim, Ji-Wook;Lee, Young-Seak
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.31 no.1
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    • pp.73-83
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    • 2020
  • As electronic devices become more advanced and smaller, one of the biggest problems to solve is the heat affecting the efficiency and lifetime of instruments. High thermal conductivity materials, in particular, metal or ceramic ones, have been used to reduce the heat generated from devices. However, due to their low mechanical properties and high weight, thermally conductive composites composed with polymers having a light-weight and good mechanical properties as a matrix and carbon materials having high thermal conductivity as a thermally conductive filler have been attracting great attention. To improve the thermal conductivity of the composites, a phonon scattering must be suppressed to move phonon effectively. In this review, we classified researches related to phonon migration and scattering inhibition of carbon/polymer composites, and discussed various methods to improve thermal conductivity.

Characteristics of cordierite ceramics filled with alumina platelets (판상형 알루미나 첨가에 의한 코디어라이트의 미세구조 및 물성 변화에 대한 고찰)

  • 이상진;조경식
    • Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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    • v.12 no.6
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    • pp.292-298
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    • 2002
  • Densified cordierite matrixes added alumina platelets were studied as a ceramic substrate material having a low thermal expansion coefficient, low dielectric constant and proper strength. Amorphous-type cordierite powders were filled with four kinds of alumina platelet powders in various compositions. All samples were sintered at $1300^{\circ}C$ for 2 h in an air atmosphere. Improved flexural strength of about 80 MPa, low dielectric constant of 5.0 at 1 MHz and low thermal expansion coefficient of $3.5 \times 10^{-6}/^{\circ}C$ were obtained by the control of the microstructure. Isolated micropores were formed in the matrix and the porosity was dependent on the platelet content and size. In the 10 vol% of alumina platelet content, the isolated micropores were 3~8 $\mu \textrm{m}$ in size, and an increase in dielectric constant by adding alumina platelet filler was inhibited by the micropores.

High Temperature Fracture Mechanisms in Monolithic and Particulate Reinforced Intermetallic Matrix Composite Processed by Spray Atomization and Co-Deposition (분무성형공정에 의한 세라믹미립자 강화형 금속간화합물 복합재료의 고온파괴거동)

  • Chung, Kang;Kim, Doo-Hwan;Kim, Ho-Kyung
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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    • v.18 no.7
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    • pp.1713-1721
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    • 1994
  • Intermetallic-matrix composites(IMCs) have the potential of combing matrix properties of oxidation resistance and high temperature stability with reinforcement properties of high specific strength and modulus. One of the major limiting factors for successful applications of these composite at high temperatures is the formation of interfacial reactions between matrix and ceramic reinforcement during composite process and during service. The purpose of the present investigation is to develop a better understanding of the nature of creep fracture mechanisms in a $Ni_{3}Al$ composite reinforced with both $TiB_{2}$ and SiC particulates. Emphasis is placed in the roles of the products of the reactions in determining the creep lifetime of the composite. In the present study, creep rupture specimens were tested under constant ranging from 180 to 350 MPa in vacuum at $760^{\cric}C$. The experimental data reveal that the stress exponent for power law creep for the composite is 3.5, a value close to that for unreinforced $Ni_{3}Al$. The microstructural observations reveal that most of the cavities lie on the grain boundaries of the $Ni_{3}Al$ matrix as opposed to the large $TiB_{2}/Ni_{3}Al$ interfaces, suggesting that cavities nucleate at fine carbides that lie in the $Ni_{3}Al$ grain boundaries as a result of the decomposition of the $SiC_{p}$. This observation accounts for the longer rupture times for the monolicthic $Ni_{3}Al$ as compared to those for the $Ni_{3}Al/SiC_{p}/TiB_{2} IMC$. Finally, it is suggested that creep deformation in matrix appears to dominate the rupture process for monolithic $Ni_{3}Al$, whereas growth and coalescence of cavities appears to dominate the rupture process for the composite.

FeO, $TiH_2$, Carbon 원료분말을 이용한 Fe-TiC 나노 복합분말 제조 및 소결

  • An, Gi-Bong;Kim, Ji-Sun
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2011.10a
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    • pp.26-26
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    • 2011
  • Fe계 TiC 합금은 미량의 합금원소를 첨가시켜 경화능, 내식성, 내마모성 성질을 개선한 특수 공구용 재료로서 현재 절삭, 내마모성, 광산, 금형재료 등의 분야에 널리 사용되고 있다. 금속과 세라믹의 복합재료인 초경합금은 비열처리용 공구강으로 WC, TiC 등의 4, 5, 6족 금속탄화물에 Co, Ni, Fe등의 철족이 결합금속으로 소결한 복합재료로 WC-Co계 초경합금이 주종을 이루고 있으나, 전략 소재로서 고가인 Co 원료를 대체하기 위한 재료로서 초경재료의 고경도와 공구강의 경제성 및 가공성의 장점을 이용한 Fe-TiC계 초경합금의 연구가 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 Fe기지에 서브마이크론 크기의 미세한 TiC 입자가 균일하게 분산된 Fe-TiC 복합분말을 경제적으로 제조하기 위해 순수한 Fe, Ti 원료분말에 비해 단가가 낮고 미세 분쇄가 용이한 FeO, $TiH_2$ 분말을 고에너지 밀링 후 반응 열처리 시키는 유사 기계화학적 공정을 시도하였다. 조성비 Fe-30wt%TiC 복합분말을 제조하기위해 마이크론(micron) 크기의 FeO, $TiH_2$, C 분말을 사용하였고, 1단계로 FeO와 C을 고에너지 밀링으로 혼합 후 반응시켜 환원시키는 공정과 2단계로 이렇게 환원된 분말과 TiH2를 고에너지 밀링으로 다시 혼합, 분쇄한 후 반응열처리 하는 두 단계 공정을 사용하였다. FeO의 환원 단계에서는 $700{\sim}1,000^{\circ}C$ 온도 범위에서 1시간 유지하였고, 고에너지 밀링 시 밀링시간, 회전속도를 변수로 두고 실험하였다. 환원된 분말은 수평관상로를 이용해 아르곤분위기에서 $1,000{\sim}1300^{\circ}C$까지 1시간 유지하여 반응열처리시켜 Fe-TiC 복합분말을 제조하였다. 준비된 복합분말을 XRD와 FE-SEM, EDS, 입도분석기 (LPSA) 등을 이용해 분말의 형태와 특성, 상, 조성, 입도, 분산도 등을 조사하였다. 제조된 Fe-TiC 나노복합분말을 방전플라즈마소결(SPS) 과 상압소결 실험을 진행하였다. Fe-TiC 복합분말 제조공정의 첫 번째 단계인 FeO의 환원반응은 $800^{\circ}C$이상의 온도에서 Fe로 환원이 진행됨을 확인하였다. 두 번째 단계인 반응열처리공정에서는 $1,000^{\circ}C$ 이상에서 TiC가 형성됨을 XRD 상분석을 통해 확인할 수 있었고, $1,100^{\circ}C$ 이상의 온도에서 반응열처리를 했을 때 XRD 분석결과와 산소 조성 분석 결과로부터 반응의 완결성과 순도에서 최적 온도 조건임을 확인하였다. 온도를 $1,300^{\circ}C$로 증가시킬 경우 반응의 완결성에 큰 변화가 없는 반면 분말입자간의 목형성이 일어나 가소결 되는 것을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 또한 최적조건으로 제조된 Fe-TiC 복합분말의 입도분석과 FE-SEM/EDS 관찰/분석을 시행한 결과 평균 입도 0.6 ${\mu}m$의 미세한 Fe-TiC 복합분말 내에 Fe분말 주변과 내부에 나노크기의 TiC입자가 균일하게 분산되어 존재하는 것을 확인하였다.

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자화된 $SF_6$ 유도결합형 플라즈마를 이용한 SiC 식각 특성에 관한 연구

  • 이효영;김동우;박병재;염근영
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • 2003.05a
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    • pp.14-14
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    • 2003
  • Silicon carbide (SiC)는 높은 power 영역과 높은 온도영역에서도 작동 가능한 우수한 반도체 물질이다. 또한 우수한 열적 화학적, 안정성을 가지고 있어 가흑한 조건에서의 소자로써도 사용 가능하다. 현재 SiC 적용분야로는 우수한 전기적, 기계적 성질을 이용한 미세소자(MEMS)와 GaN 와 거의 유사한 격자상수를 가지는 것을 이용한 GaN epitaxial 성장의 기판으로도 사용되어진다. 그러나 SiC 는 기존의 습식식각 용매에 대해 화학적 안정성을 가지고 있기 때문에 전자소자의 제작에 있어서 플라즈마를 이용한 건식식각의 중요성이 대두되어지고 있다. 소자제작에 있어 이러한 건식식각시 식각 단면의 제어, 이온에 의한 낮은 손상 정도, 매끄러운 식각 표면, 그리고 고속의 식각 속도둥이 요구되어진다. 본 실험에서는 식각 속도의 증가와 수직한 식각 단면둥을 획득하기 위하여 SF6 플라즈마에서 Source power, dc bias voltage, 그리고 외부에서 인가되는 자속의 세기를 변화시쳐가며 식각 속도, 식각 마스크와의 식각 션택비, 식각 단면둥과 같은 SiC 의 식각 특성을 관찰하였다. 식각 후 식각 단면은 주사전자 현미경(SEM)을 통해 관찰하였다. 본 실험에서의 가장 높은 식각 속도는 분당 1850n 로써 이때의 공정조건은 1400W 의 inductive power, -600V 의 dc bias voltage, 20G 의 외부자속 세기이었다. 또한, 높은 inductive power 조건과 낮은 dc bias voltage 조건에서 Cu는 $SF_6$ 플라즈마 내에서 식각부산물의 증착으로 인해 SiC 와 무한대의 식각선택비를 보였다. 이러한 Cu 마스크를 사용한 SiC 의 식각에서는 식각 후 수직한 식각 단변을 관찰할 수 있었다. 것올 알 수 있다. 따라서, 기존의 pve 보다 세라믹 기판의 경우가 수분 흡수율이 높아 더 오랫동안 전류를 흐르게 하여 방식성이 개선된 것으로 판단된다.을 통해 경도가 증가한 시편의 경우 석출상의 크기가 5nm 이하로 매우 작고 대체로 기지와 연속적인 계면을 형성하나, 열처리가 진행될수록 석 출상의 크기가 커지고 임계크기 이상에 이르면 연속적인 계면은 거의 발견되지 않고, 대부 분 불연속적이고 확연한 계면을 형성함을 관찰 할 수 있었다. 알루미나(${\alpha}-Al_2O_3$) 기판 위에 증착한 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막은 마찬가지로 (200) 우선 방위를 나타내었으나, 그 입자의 크기가 수십 nm로 고속도강위에 증착한 피막에 비해 상당히 크게 형성되었다. 또한 열처리 후에 AIN의 석출이 진행됨에도 불구하고 경도 증가는 나타나지 않고, 열처리가 진행됨에 따라 경도가 감소하는 양상만을 나타내었다. 결국 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막이 열처리 전후에 보아는 기계적 특성의 변화 양상은 열역학적으로 안정한 Wurzite-AlN의 석출에 따른 것으로 AlN 석출상의 크기에 의존하며, 또한 이러한 영향은 $(Ti_{1-x}AI_{x})N$ 피막에 존재하는 AI의 함량이 높고, 초기에 증착된 막의 업자 크기가 작을 수록 클 것으로 여겨진다. 그리고 환경의 의미의 차이에 따라 경관의 미학적 평가가 달라진 것으로 나타났다.corner$적 의도에 의한 경관구성의 일면을 확인할수 있지만 엄밀히 생각하여 보면 이러한 예의 경우도 최락의 총체적인 외형은 마찬가지로 $\ulcorner$순응$\lrcorner$의 범위를 벗어나지 않는다. 그렇기 때문에

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Multiscale Finite Element Analysis of Needle-Punched C/SiC Composites through Subcell Modeling (서브셀 모델링을 통한 니들 펀치 C/SiC 복합재료의 멀티스케일 유한요소해석)

  • Lim, Hyoung Jun;Choi, Ho-Il;Lee, Min-Jung;Yun, Gun Jin
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.34 no.1
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    • pp.51-58
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    • 2021
  • In this paper, a multi-scale finite element (FE) modeling methodology for three-dimensional (3D) needle-punched (NP) C/SiC with a complex microstructure is presented. The variations of the material properties induced by the needle-punching process and complex geometrical features could pose challenges when estimating the material behavior. For considering these features of composites, a 3D microscopic FE approach is introduced based on micro-CT technology to produce a 3D high fidelity FE model. The image processing techniques of micro-CT are utilized to generate discrete-gray images and reconstruct the high fidelity model. Furthermore, a subcell modeling technique is developed for the 3D NP C/SiC based on the high fidelity FE model to expand to the macro-scale structural problem. A numerical homogenization approach under periodic boundary conditions (PBCs) is employed to estimate the equivalent behavior of the high fidelity model and effective properties of subcell components, considering geometry continuity effects. For verification, proposed models compare excellently with experimental results for the mechanical behavior of tensile, shear, and bending under static loading conditions.