LTCC는 최근의 이동 통신 환경의 급격한 발전 속에 그 응용 및 특성 요구가 증폭되고 있다. 이러한 LTCC 소재는 주로 테이프 캐스팅에 의한 후막 공정으로 제품이 만들어지게 되는데, 캐스팅을 위해 제조되는 슬러리는 일반적으로 유변학적 의사가소성 거동을 하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 슬러리 제조 조건에 따라 유변학적 거동이 다르게 나타나는 것이 관찰되었다. 이에, 슬러리 제조 조건을 다양하게 변화시키며, 유변학적 거동을 살며 보고 이렇게 변화된 유변학적 거동과 캐스팅된 시트 특성과의 관계를 검토해 보려 한다. LTCC 재료의 주 구성 요소인 glass와 세라믹 분말의 초기 조건 및 각각의 rheology 특성과 혼합 슬러리에서의 관계성 등을 고찰하려 한다.
Acrylate 수계 결합제를 사용한 알루미나 테이프 캐스팅용 슬러리의 완전분산을 위한 최적의 분산제와 분산제량을 결정하기 위해 침강실험, 분말 함유량 실험, 점도 및 zeta 전위 측정을 행하였다. 알루미나 슬러리의 완전분산은 분산제를 polycarboxylic acid로 했을 때 얻어졌으며, 최적의 첨가량은 알루미나 100에 대하여 0.23∼0.24g 이었다. 분말에 대한 분산제량이 증가할수록 분산은 잘 이루어졌으나, 일정량 이상이 첨가되면 분산제가 용매 안에 과잉으로 존재하여 분산을 저해하는 요인으로 작용하였다. 테이프 캐스팅용 슬러리는 100g의 알루미나 분말에 0.2g의 polycarboxylic acid를 첨가하였을 때 분산 및 테이프 특성이 가장 우수하였고, 이 때 혼합한 결합제는 acrylate였고, 가소제는 Benzoflex를 사용하였다. 이 때 슬러리 최적 점도는 약 570 cps였고, 테이프 내 알루미나 량은 57 vol%이었다.
저온 동시 소성 세라믹(LTCC, Low Temperature Co-firing) 기술 중에서 테이프 캐스팅(tape casting)은 얇고 균일한 세라믹 그린 쉬트를 연속 성형할 수 있으며 성형된 쉬트의 밀도, 표면상태, 두께제어 등이 매우 중요하다. 얇고 균일한 세라믹 그린 쉬트를 제작하기 위해서 슬러리의 분산성과 레오로지 특성은 매우 중요한 요소이며 첨가되는 유기물 첨가제들의 종류와 함량비는 슬러리의 분산성과 점도에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 유기물 첨가제의 종류와 함량에 따른 슬러리의 점도와 그린 쉬트의 밀도 및 두께 제어에 미치는 영향을 고찰하였다. 바인더로는 acryl, polyvinyl 계를 사용하였으며, 가소제는 glycol, phatalate 계를 사용하였다. 각각 2 종류의 바인더와 가소제의 함량에 따른 레올로지 거동과 그런 쉬트의 밀도를 측정하였다. 각 조성별로 준비된 슬러리를 사용하여 테이프 캐스팅 방법으로 제작된 그린 쉬트의 두께를 측정하여 유기물 첨가제 조성이 그린 쉬트의 두께제어에 미치는 영향을 평가하였다.
본 논문은 레오캐스팅용 AZ91 합금 슬러리를 제조하는 새로운 방법에 관한 것이다. 그 원리는 AZ91 합금 액상에서 Mn의 용해도차에 의해 생성되는 $Al_8(Mn,Fe)_5$ 정출물을 ${\alpha}-Mg$ 초정 생성을 위한 불균일 핵생성 자리로 사용하고자 하는 것이다. 제조된 슬러리의 미세조직 분석결과 $Al_8(Mn,Fe)_5$ 정출물이 ${\alpha}-Mg$ 내에 위치하고 있어, 이로부터 정출물이 효과적으로 불균일 핵생성 자리로 작용하고 있음을 알 수 있었다. 또한 Mn 함량의 증가는 $Al_8(Mn,Fe)_5$ 정출물 수를 증가시켜 고상분율이 일정할 때 슬러리 내 ${\alpha}-Mg$ 고상의 크기를 감소시키고 구형도를 향상시킨다. 이외에도 냉각속도 및 유지시간이 슬러리 미세조직에 미치는 영향에 대해서도 보고하였다.
아크릴아마이드계 단량체와 실리콘분말의 혼합 슬러리를 이용한 겔캐스팅법에 있어서 단량체의 혼합비, 각종 첨가제(고분자 중합 개시제, 촉매, 분산제)의 양, 실리콘 분말 함량, 건조시 습도 등과 같은 화학적 변수가 점도, 겔화시간 등 성형변수와 성형체의 수축율과 강도에 미치는 영향을 조사하였다. 겔화시간은 개시제와 촉매의 양이 증가할수록 단축되지만 개시제의 양에 대한 의존성이 더 크게 나타났고, 슬러리의 겔화시간은 단량체용액에 비해 약 1/2 이하로 대폭 감소되었으며, 가교제 MBAM 비율이 높을수록 겔화는 지연되었다. 또한 분산제의 함량이 0.6 wt % 이상일 때는 슬러리의 유동성이 낮아졌다. 성형체는 98%의 높은 습도 하에서 300시간 이상 건조 처리할 때 7% 이하의 균일한 수축에 의해 균열과 뒤틀림 현상이 발생하지 않았으며 40, 50 vol % 실리콘 분말을 함유한 건조 겔체는 각각 평균 64 MPa, 36 MPa의 강도를 보였다.
The application field of porous mold is more and more expended. A mixture of alumina and cast iron is used for making porous mold using slip and vacuum casting method in this study. Slip casting is a process that slurry is poured into silicon rubber mold, dried in vacuum oven, debinded and sintered in furnace, In this procedure, slurry is composed of powder, binder, dispersion agent, and water. Vacuum casting is a technique for removing air bubbles existed in the slurry under vacuum condition. Since ceramics has a tendency of over-shrinkage after sintering, cast iron is used to compensate dimensional change. The results shows that sintering temperature has a great effect on characteristics of alumina-cast iron composite sintered parts. Finally ceramic-metal composite sintered mold can be used for aluminum alloy casting of shoe mold using this process.
The RP&M(Rapid Prototyping and Manufacturing) is the most appropriate technology for the small-lot production system, in which the production cycle is getting shorter owing to various needs from consumers. Recently RP products which are made of plastics, wax, and paper are used to verify the design of samples. But these products cannot be applied to the real mold because the strength enough to be a mold cannot be given by soft materials such as plastics. So RP products are copied to AFR(Al powder Filled Resin) molds or metal molds, which is called the RP&M. In this paper, RP&M is applied to a casting process. A porous casting mold, which is made from ceramic powder and binder, is used for rapid tooling of aluminum shoes molds.
3Y TZP/SUS316계 경사기능재료를 슬립캐스팅법을 이용하여 제조하였다. 슬립캐스팅 공정에서 석고몰드를 대체하기 위해 알루미나몰드를 제조하였고, 3Y-TZP/SUS316 2상 슬러리의 최적 분산조건을 ESA, 점도계, 침전거동의 관찰 등을 통해 결정하였으며, 석고몰드와 알루미나몰드로 캐스팅한 시험편의 제반 특성을 소결수축율변화, 건조 및 소결거동, 미세구조 관찰 등으로 조사하였다. 그 결과 알루미나몰드를 사용하여 제조된 시험편에서는 석고몰드 사용시 나타나는 표면에서의 오염이 관찰되지 않았으며, 각 층의 두께조절이 쉬웠고 높은 재현성을 나타냄을 알 수 있었다. 특히 알루미나몰드를 사용하여 제조한 SUS316에서는 어떤 열화현상도 관찰되지 않았다. 결국 슬립캐스팅 공정으로 3Y-TZP/SUS316계 경사기능재료를 제조함에 있어서 기존의 석고몰드보다 다공질 알루미나몰드의 사용이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 Mg합금의 반응고성형 공정기술을 개발하기 위하여 여러 가지 전단속도와 냉각속도에 따른 Mg합금의 점도와 딕소트러픽 거동을 분석하였으며, 이를 전산모사연구와 비교 검토하였다. 전산모사연구에서는 미세조직과 공정변수를 고려한 반응고 슬러리의 유변학적 거동을 분석하였다. 반응고 온도영역에서의 Mg합금(AZ91D) 슬러리의 점도는 고상율에 따라 지수함수적으로 증가하였으며, 전단속도가 증가하면 감소하는 경향을 나타났다. Mg합금 슬러리의 유변학적 거동을 정확하게 분석하기 위하여 Carreau 모델을 사용하여 ANYCAST 프로그램에서 고압다이캐스팅용 금형으로의 Mg합금 반응고 슬러리의 충진거동을 모사하였다. 전산모사된 결과는 동일한 조건에서의 실제 실험결과와 잘 일치하였다.
알루미나 함량비와 유기물의 첨가비를 변화시킨 각 조성의 알루미나 테이프를 제조하였다. 유기첨가물 조성이 알루미나 슬러리의 안정성에 미치는 영향을 확인하기 위해 각 조성의 슬러리에 대하여 상대점도를 측정하였다. 여러 조성 슬러리의 상대점도를 알루미나 부피분율의 함수로 나타내었을 때 동일한 곡선 상에 위치하였으며, 이로부터 유기물의 함량 및 조성이 캐스팅용 슬러리의 안정성에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 준비된 각 조성의 슬러리를 성형하여 건조한 그린 테이프들을 상온에서 인장시험한 결과, 파괴변형율은 알루미나 함량비와 결합제 첨가비가 증가함에 따라 각각 363%에서 45%로, 68%에서 25%로, 연속적으로 감소하는 경향을 나타내었으나, 인장강도는 결합제의 첨가비가 증가함에 따라서는 0.5MPa에서 4MPa로 연속적으로 증가하는 경향을, 알루미나 함량비가 증가함에 따라서는 1MPa까지 급격히 증가한 후 감소하는 변화를 나타내었다. 그린 테이프들은 20$^{\circ}C$에서부터 80$^{\circ}C$까지 승온한 조건에서 인장하였을 때 유기물의 열화로 인해 기계적 물성이 급격히 저하되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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