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방전플라즈마에 의한 MgAl2O4의 제조에서 어닐링이 변색에 미치는 영향

전문가 제언: ○ MgAl2O4 스피넬 세라믹은 투명한 특성 때문에 광학용 세라믹재료로 주목받고 있는 재료중 하나이다. 자외선에서 가시광선 파장범위 까지 투과율이 높은 뿐만 아니라 높은 강도와 열 충격 저항 특성이 강하여 방호창, 자외선 탐지기 카메라 창, 고압 방전 램프, UV-LED 렌즈 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

○ MgAl2O4 세라믹이 높은 빛 투과율을 얻기 위해서는 빛의 산란을 최소화하기 위하여 소결체의 기공을 줄이는 것이 매우 중요하다. 따라서 고밀도 MgAl2O4 를 얻기 위한 여러 가지 제조법이 연구되고 있다.

○ 방전플라즈마 소결방식은 비교적 낮은 온도와 짧은 소결시간으로 고밀도 세라믹을 소결할 수 있는 기술로서 많이 연구되고 있다. 그러나 방전플라즈마 소결로 제조된 Al2O3, ZrO2, MgAl2O4 등 산화물은 전형적으로 약간 변색이 일어나며 이 때문에 투과율을 감소시킨다. 본 연구에서는 MgAl2O4 분말 원료의 소결 전 예비소둔과 소결 후 소둔 열처리가 방전플라즈마 소결된 MgAl2O4 스피넬 세라믹의 투과율에 미치는 영향을 조사하였다.

○ MgAl2O4 분말원료에는 CO32-와 Cl이 미량 불순물로 존재하며 방전플라즈마 소결 시 CO32-로 부터 변태된 탄소상이 MgAl2O4 스피넬의 변색을 유발한다. 후처리 소둔은 미량의 탄소가 산소와 반응하여 높은 압력의 CO/CO2 가스를 만들고 이것이 결정입계를 따라 기공 형성으로 이어지는 것을 규명하였다. 따라서 탄소오염을 줄이고 기공형성을 억제하는 것이 투과율 향상에 매우 중요하다는 것을 제시하였다.

○ MgAl2O4 스피넬 세라믹은 투명성과 더불어 고강도와 방탄특성이 우수하여 방호창으로 주목받고 있을 뿐만 아니라 고온 고압용 장치의 창으로도 유망한 재료이다. 최근 UV-LED 기술발전과 더불어 투명성이 뛰어난 MgAl2O4는 열전도성 또한 우수하여 UV-LED 렌즈 용도로 적합한 재료이다. 고밀도 MgAl2O4 스피넬 세라믹 원료합성 및 소결 기술에 대한 연구가 필요하다.

저자: Koji Morita, et al.
자료유형: 니즈학술정보