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금운모 결정화 유리의 미세구조 설계

전문가 제언: ○ 본고에서는 유리에 대해 각종 핵생성 온도 및 열처리 시간과 결정성장을 위한 온도와 열처리 시간을 변화시키면서 미세구조의 변화와 미세경도를 측정한 결과 가장 기계가공성이 좋은 시편은 미세경도가 가장 작고 운모결정이 반 막대모양으로 끝이 둥근 것이라는 결론을 얻었다.
○ 결정화 유리의 성질은 주 석출 결정상과 미세구조에 의해 결정된다. 주 결정상은 유리의 조성에 의해 거의 결정되나 미세구조는 유리조성 이외에 결정핵생성 촉진제의 유무 및 양에 의해 영향을 받는다. 핵생성 촉진제의 작용으로는 1) 유리의 분상촉진, 2) 불 균질 결정핵생성을 일으키기 위한 이종 결정표면의 제공, 3) 유리구조의 변화에 의한 균질 핵생성의 촉진 등이 있으며 본고에서는 TiO2를 촉진제로 사용하였다.
○ 기계가공성이 우수한 결정화 유리로는 유리 중에 불규칙적 배향으로 운모결정이 상호 연결되어 있어 균열을 편향 및 약화시키며 운모결정의 벽개성 때문에 drilling, sawing 또는 lathe turning(선삭)시 매우 작은 균열이 절삭부분에만 집중되어 분말상의 절분을 만든다.
○ 본고에서는 처음 열처리(800℃)에서는 주상이 MgF2이었으나 온도가 높아질수록 금운모와 고토 감람석결정이 나타났다. 고토 감람석이 많이 석출되면 높은 미세경도를 나타내어 기계가공성이 떨어진다. 시편 3(705℃/6h+1000℃/15min)에서 미세경도가 가장 작아 기계가공성이 가장 좋다고 하였으나 현미경관찰에서는 시편 2보다는 날카로운 판 모양의 결정이 약간 무뎌지고 기공률이 감소하였으나 비슷한 결정 배열로 설명하고 있다. 이 모순은 고온 현미경관찰이 아니기 때문이라고 생각한다. 시편 3은 적당한 온도에서 결정핵생성시간을 충분히 주어 핵을 중심으로 체적 결정화가 일어났다고 생각된다.
○ 코닝의 MACOR는 항공, 전자, 의료, 고진공, 레이저를 포함한 다양한 산업분야에서 적합성이 이미 입증되어 안정성, 내방사성, 전기절연체로도 주목받고 있다. KIST에서 AlN-BN의 기계가공성과 강도에 대한 연구가 있었으며 국내에서도 중소기업에서 이와 같은 정밀 가공성이 우수한 재료개발에 관심을 가져야 될 것이다.

저자: A. Faeghinia and M.Razavi
자료유형: 니즈학술정보