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지르코니아 세라믹스의 원료기술에 의한 고신뢰성화

전문가 제언: ○ 지르코니아는 높은 용용온도를 가진 내열성 재료이며, 이외도 낮은 열전도도, 내화학적 안정성, 낮은 열팽창, 고경도 및 고강도, 내마모성 등에서 우수한 특성을 가지고 있다. 이 재료는 유리용융 등의 내열재료로 사용되었으나, 상변태에 따른 취성 때문에 활용이 제한되었다. 그러나 1975년 Garvie에 의해 상태변화가 발견되었으며, 80년대 들어서 구조용 재료로 실용화되었다.

○ 지르코니아는 단사정(monoclinic), 정방정(tetragonal), 입방정(cubic) 등의 3가지 결정상으로 존재한다. 고온에서 안정한 정방정계 결정상은 냉각되면서 상변이를 하며, 이때에 부피팽창으로 균열이 발생되어 치밀한 소결체를 얻을 수 없다. 이를 방지하기 위해 다양한 안정화제를 첨가하게 된다. 안정화제의 첨가량에 따라서 FSZ, PSZ, TZP로 구분한다.

○ 각종 엔지니어링 세라믹스를 대상으로 하는 연구에 있어서, 나노크기의 입계구조 설계로 세라믹스 모상의 특성을 계속 활용하는 것이 고기능화와 특성에 대한 중요성이 밝혀졌다. 이것은 세라믹스 다결정체 미세조직이나 기능특성이 결정입계의 화학조성이나 원자구조에 크게 의존하고 있기 때문이다. 이를 위해서는 원료분말의 제조 프로세스의 본질을 이해하고, 입자구조를 정밀하게 제어하는 것이 필요하다.

○ 이 문헌은 지르코이나의 소결 치밀화 과정에서 미세조직 형성과정을 조사하였다. 가수분해법으로 제조된 3mol% Y2O3 안정화 ZrO2 분말을 이용하여 성형체를 상압소결 하였다. 그리고 미세조직을 HRTEM, STEM 및 EDS을 이용하여 상세하게 해석을 하였다.

○ 국내에서 지르코니아는 내화물, 엔지니어링 세라믹스, 전자세라믹스, 생체세라믹에 사용되고 있으며, 원료는 대부분 수입하고 있다. 구조용에 대한 연구는 미진한 편이나, 전자용 및 생체용은 연구논문이 발표되고 있다. 특히 연료전지에 사용되는 지르코니아와 산소센서 등의 전자세라믹 등의 개발이 좋은 과제라고 생각된다.

저자: Koji Matsui
자료유형: 학술정보