Diopside is a ceramic material with excellent physical and chemical properties. However, when it is applied as an LED packaging material, heat dissipation of the LED element is not sufficient due to its relatively lower thermal conductivity, which may cause degradation of the LED function. In this study, glass-ceramics based on a $ZrO_2-CaO-MgO-SiO_2$ system, in which diopside is the main crystal phase, were prepared by heat-treating the glass, which was composed of zircon ($ZrO_2-SiO_2$) powders and diopside ($CaO-MgO-2SiO_2$) powders. The possibility of using the glass-ceramics as a packaging material for LEDs was then investigated by analyzing the density, shrinkage, thermal conductivity, and phases generated according to the amount of zircon powder added. The density and shrinkage of specimens decreased slightly and then increased again with the amount of $ZrO_2-SiO_2$ added within a range of 0~0.38 mol. Even though the crystal phase of zircon does not appear in the $ZrO_2-CaO-MgO-SiO_2$ system, the glass containing 0.38 mol zircon powder showed the highest thermal conductivity, 1.85 W/mK, among the specimens fabricated in this study: this value was about 23% higher than that of pure diopside. It was found that the thermal conductivity of the glass-ceramics based on a $ZrO_2-CaO-MgO-SiO_2$ system was closely related to the density, but not to the phase type. Zirconia ($ZrO_2$), a component oxide of zircon, plays an important role in increasing the density of the specimen. Furthermore the thermal conductivity of glass-ceramics based on a $ZrO_2-CaO-MgO-SiO_2$ system showed a nearly linear relationship with thermal diffusivity.
In this study, lanthanum boron silicate glasses were prepared with a composition of x Li2O-(60-x)B2O3-5CaO-5BaO-7ZnO-10SiO2-10La2O3-3Y2O3 where x = 1,3,5,7, and 9 mol%. Each composition was melted in a platinum crucible under atmospheric conditions at 1,400 ℃ for 2 h. Clear glasses with a transmittance exceeding 85 % were fabricated. Their optical, thermal, and physical properties, such as refractive index, Abbe number, density, glass transition (Tg) and Knoop hardness were studied. The results demonstrated that refractive index was between 1.6859 and 1.6953 at 589.3 nm. The Abbe number was calculated using an equation for 589.3 nm (nd), 656.3 nm (nf) and 486.1 nm (nc) and was observed to be in the range from 57.5 to 62.6. As the Li2O content increased, the glass transition temperature of the optical glass decreased from 608 ℃ to 564 ℃. If glass mold pressing is performed using a material with a low transition temperature and high mechanical strength, then the optical glasses developed in this study can be completely commercialized.
The basic mechanism of adherence in sintered high purity alumina ceramic-to-metal bonding was studied. Emphasis was placed on flux composition, porosity of the fired ceramics, and metallizing mixtures. The study was conducted on 95 and 99.5% alumina, using molydbenum-manganese, molybdenum-manganese-silicon dioxide metallizing compositions. Metallizing was performed in wet hydrogen (dew point, +17$^{\circ}C$) at 145$0^{\circ}C$ for 45min. This experiment indicated that adhernece mechanism of ultra high purity alumina ceramic was attributed to formation of $MnAl_2O_$4, and in the case of 95% alumina containing glass, the migration of glass from the interface into the void of the metal coating was the main role to the adhrence. It showed also that greater the bond-strength was resulted as porosity was increased.
New ceramic substrates firable at low temperature (<1000$^{\circ}C$) were prepared with mixture of alumina and glass powders in CaO-Al2O3-SiO2 system. The substrate of alumina 40 wt% and glass 60 wt%, which was fired between 900∼1000$^{\circ}C$, shows low dielectric constant (5∼8 at 1 MHz), specific gravity of 3.10, relatively low thermal expansion coefficient (5.5${\times}$10-6/$^{\circ}C$ at 40∼500$^{\circ}C$) and excellent surface roughness (0.4∼0.5 ${\mu}$Ra). These properties were thought to be superior to those of conventional Al2O3 ceramic substrates.
The (0.8PPV+0.2DMPPV) copolymer and silica/borosilicate composites were synthesized by sol-gel process. The organic-inorganic hybrid solution was prepared by using of (0.8PPV+0.2DMPPV) copolymer precursor solution as a raw material for organic components and TEOS and TMB for glass components. Then by drying the solution in vacuum at 5$0^{\circ}C$ for 7days and subsequent heat treatment in vacuum at 15$0^{\circ}C$~30$0^{\circ}C$ for 2h~72h with heating rate of 0.2$^{\circ}C$/min and 1.8$^{\circ}C$/min, the organic-inorganic composites were synthesized. Microstructural evolution of the composites was characterized by DSC, IR spectrocopy, UV/VIS spectroscopy, and TEM. Elimination of the polymer precursor and degradation of the polymer were observed by DSC and Si-O and trans C=C absorption peaks were identified by IR spectra. The polymer was found to be successfully incorporated into the glass matrix and it was confirmed by the absorption peaks from the polymer in the UV/VIS spectra and the TEM results. The absorption peak of the composites was found to shift toward short wavelength side compared to that of the pure polymer and the amount of the blue shift increased with increasing the heat treatment temperature and heat treatment time and with decreasing the heating rate.
Lee, Han Sol;Kim, Sung Hyun;Kim, Sun Dong;Woo, Sang Kuk;Chung, Woon Jin
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.56
no.2
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pp.173-177
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2019
Thermal properties of a SiO2-B2O3-BaO ternary glass system depending on compositional change of BaO have been examined to find a proper sealing material for reversible oxide cells. Glass transition temperature and thermal expansion coefficients increased simultaneously up to 55 mol% of BaO content. The structural role of BaO with regard to the thermal properties has been discussed on the basis of Raman spectroscopy results. Flowability of the glass at sealing temperature has been examined with packed glass powders of 12 mm diameter along with a high temperature optical microscope. The practical sealing property of the glass was also examined with YSZ coated with NiO-yittria stabilized zirconia (NiO-YSZ) and it showed good adhesion without noticeable reaction with NiO-YSZ layer.
To develop porous glass membranes used for a effective membrane-separation process, porous glasses and glass membranes were prepared from the sodium borosilicate parent glass by the phaseseparation technique and effects of heat-treatment and leaching conditions on their characteristics were investigated. The crack-free glass membranes could be fabricated from the 9.4 Na2-O-30.7 B2O3-59.2 SiO2-0.7 Al2O3(wt%) parent glass by heat-treatment at the lower temperature(550-570$^{\circ}C$) and for longer than 45 hrs for the phase separation, followed by leaching with 3N-HCl+60% ethylene glycol solution at 90$^{\circ}C$ over 25 hrs. Porous glasses prepared in this work showed large specific surface areas(400㎡/g) and narrow pore size distribution with the mean pore radius of 14${\AA}$ enough for the application as reverse osmosis membranes. The salt-rejection efficiency and product-flux of the glass membranes heat-treated at 570$^{\circ}C$ for 80 hrs were found to be 51.8% and 270cc/㎡. hr, respectively. This result suggests that the porous glass membranes fabricated in this study could be applied for the reverse osmosis process.
Chalcogenide glasses have been investigated in their thermodynamic, structural, and optical properties for application in various opto-electronic devices. In this study, the $Sb_{20}Se_{80-x}Ge_x$ with x = 10, 15, 20, and 25 were selected to investigate the glass stability according to germanium ratios. The thermal, structural, and optical properties of these glasses were measured by differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD), and UV-Vis-IR Spectrophotometry, respectively. The DSC results revealed that $Ge_{20}Sb_{20}Se_{60}$ composition showing the best glass stability theoretically results due to a lower glass transition activation energy of 230 kJ/mol and higher crystallization activation energy of 260 kJ/mol. The structural and optical analyses of annealed thin films were carried out. The XRD analysis reveals obvious results associated with glass stabilities. The values of slope U, derived from optical analysis, offered information on the atomic and electronic configuration in Urbach tails, associated with the glass stability.
The objective of this study was to characterize the mechanical properties of $Y_{2}O_{3}$-containing glass infiltrated ceramic core material, which was made by pressureless powder packing method. A pure alumina powder with a grain size of about $4{\mu}m$ was packed without pressure is silicon mold to form a bar shaped sample, and applied PVA solution as a binder. Samples were sinterd at $1350^{\circ}C$ for 1 hour. After cooling, $Y_{2}O_{3}$-containing glass($SiO_{2},\;Y_{2}O_{3},\;B_{2}O_{3},\;Al_{2}O_{3}$, ect) was infiltrated to the sinterd samples at $1300^{\circ}C$ for 2 hours and cooled. Six different proportions $Y_{2}O_{3}$ of were used to know the effect of the mismatch of the thermal expansion coefficient between alumina powder and glass. The samples were ground to $3{\times}3{\times}30$ mm size and polished with $1{\mu}m$ diamond paste. Flexural strength, fracture toughness, hardness and other physical properties were obtained, and the fractured surface was examined with SEM and EPMA. Ten samples of each group were tested and compared with In-Ceram(tm) core materials of same size made in dental laboratory. The results were as follows : 1. The flexural strengths of group 1 and 3 were significantly not different with that of In-Ceram, but other experimental groups were lower than In-Ceram. 2. The shrinkage rate of samples was 0.42% after first firing, and 0.45% after glass infiltration. Total shrinkage rate was 0.87%. 3. After first firing, porosity rate of experimental groups was 50%, compared with 22.25% of In-Ceram. After glass infiltration, porosity rate of experimental groups was 2%, and 1% in In-Ceram. 4. There was no statistical difference in hardness between two materials tested, but in fracture toughness, group 2 and 3 were higher than In-Ceram. 5. The thermal expansion coefficients of experimental groups were varied to $4.51-5.35{\times}10^{-6}/^{\circ}C$ according to glass composition, also the flexural strengths of samples were varied. 6. In a view of SEM, many microparticles about $0.5{\mu}m$ diameter and $4{\mu}m$ diameter were observed in In-Ceram. But in experimental group, the size of most particles was about $4{\mu}m$, and a little microparticles was observed. The results obtained in this study showed that the mismatch of the thermal expansion coefficients between alumina powder and infiltrated glass affect the flexural strength of alumin/glass composite. The $Y_{2}O_{3}$-containing glass infiltrated ceramic core made by powder packing method will takes less time and cost with sufficient flexural strength similar to all ceramic crown made with slip casting technique.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.25
no.6
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pp.263-271
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2015
Commercial AR(Alkali Resistant)-glass fiber has a good chemical resistant property, but also has a problem of difficulty in fiberizing process because of high viscosity in melted glass compare with E-glass fiber which is the most widely used for reinforced fiber of composite materials. In this study, we fabricated AR-glass fiber with low zirconia contents compare with commercial AR-glass fiber relatively, and measured properties against E-glass fiber. We obtained transparent clear glass with zirconia contents of 0.5~16 wt% by melting at $1600^{\circ}C$ for 2 hours. These AR-glass samples had high visible transmittance of 89~90 %, softening temperature of $703{\sim}887^{\circ}C$. And softening temperatures of them were increased according to the increasing zirconia contents. Compare with E-glass, AR-glass contains 4 wt% zirconia has different value of $-94^{\circ}C$ in softening temperature, $+68^{\circ}C$ at Log3 temperature and $-13^{\circ}C$ at Log5 temperature in viscosity. We could verify good alkali resistant property of the AR-glass fiber with SEM after dipping in alkali solution for 48~72 hours, and also high tensile strength, 1.7 times compare with E-glass fiber at 48 hours and 2.2 times at 72 hours. We conclude that this AR-glass fiber can be widely used as general alkali resistant glass fiber because of easy manufacturing condition and good properties even though it has low zirconia contents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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