초미분 질화규소의 사용과 내마모성 개선

전문가 제언

○ 모놀리식 질화규소(Si3N4)계 재료는 상온 또는 고온에서 내마모성을 필요로 하는 다양한 분야에 널리 응용된다. 일반적으로 사용되고 있는 마이크론 수준의 Si3N4는 마찰 시에 균열의 발생과 거친 표면의 형성으로 인해 신뢰성과 수명에 영향을 준다. 이를 개선하기 위해 접촉면상의 마찰화학반응을 통해 내마모성을 향상시키려는 시도가 있어왔다.

 

○ 나노기술의 발달과 더불어 나노결정립으로 구성된 나노세라믹스가 개발됨에 따라, 나노결정립의 생성을 위하여 나노분말을 사용하고 급속 가열 방식을 활용해서 Si3N4 결정립의 성장을 억제시키려는 연구가 활발하다. 그러나 나노크기의 Si3N4 분말은 공기 중에서 쉽게 표면 산화되어 소결 시에 많은 양의 Si2N2O를 생성시키는 문제가 있다.

 

○ 본고는 Si3N4 나노분말에 내재된 산소로 인한 문제를 해결하고, 결정립 성장을 억제시키는 방법으로 열화학환원반응법(CRT)과 통전플라스마소결법(SPS)을 활용하여 모놀리식 Si3N4를 제조하였다. 제조된 시료는 대부분이 α-와 β-Si3N4로 구성되었고, 경도, 인성, 마모율과 같은 기계적 특성도 우수하였다.

 

○ 1970년대에 영국과 독일을 중심으로 엔진에 사용하기 위한 Si3N4의 연구가 시작되었고, 미국과 일본은 국가적으로 기술 개발을 지원하였다. 최근 나노기술의 발달과 함께 나노분말의 제조와 소결 고밀도화가 가능하게 됨에 따라, 2000년대 중반부터 초미분 Si3N4 분말을 사용하여 나노 크기의 결정립을 형성시켜 내마모성이 향상된 모놀리식 Si3N4을 제조하려는 연구가 비교적 활발히 진행되고 있다.

 

○ 한국은 초미분 Si3N4를 사용한 모놀리식 질화규소를 합성하려는 연구결과가 2010년에 발표된 바 있으나, 그 이후 활발한 활동은 보이지 않는다. 신뢰성 확보와 제품 안정화의 추구로 구조 세라믹스의 세계시장은 연평균 6.5%의 증가세를 보이고 있다. 규모가 작은 국내 기업의 연구개발에는 한계가 있지만 기술집약적 소재 발전을 위해서는 좀 더 관심을 가져야 할 분야이다.

저자

A.C. Lee, H. Lu, H. Lin, P. Sajgalik, D.Lii, P.K. Nayak, C. Chen, J. Huang

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

3()

잡지명

J. of Asian Ceramic Societies

과학기술
표준분류

재료

페이지

6~12

분석자

정*생

분석물

• 초미분 질화규소의 사용과 내마모성 개선.pdf [454,217 byte]

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