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액체 암모니아에서 합성한 질화규소 나노 분말

전문가 제언: ○ 질화규소(Si3N4)는 상온과 고온에서 강도, 파괴인성, 열충격 저항성, 내산화성이 우수하기 때문에 구조 세라믹스 분야에서 많이 쓰이는 중요한 재료 중 하나이다. 그렇지만 질화규소는 벌크 세라믹스로 제조하기가 용이하지 않다. 통상적으로 질화규소를 소결하기 위해서는 고온과 고압에서 MgO, Al2O3, Y2O3와 같은 금속 산화물을 소결조제로 첨가하는데, 이 경우 산화물 첨가로 형성된 결정립계는 고온에서 기계적 특성, 내부식성, 내산화성의 저하를 일으킨다.

○ 매우 큰 표면적을 가진 나노분말은 소결성을 증진시켜 소결조제를 첨가하지 않고도 소결이 가능할 수 있어, 나노분말의 사용은 우수한 소결체를 제조할 수 있는 방법 중 하나이다. 본고는 수 나노미터의 크기와 큰 표면적을 가진 질화규소 분말을 저온의 액체 암모니아에서 사염화규소의 나트륨 환원을 통하여 합성하는 새로운 방법을 소개하였다. 합성한 나노분말을 소결조제 없이 1500℃에서 SPS법으로 소결하여 97.9%의 상대밀도를 가진 Si3N4 세라믹스를 제조할 수 있었다.

○ 원료 분말의 질은 벌크 세라믹스의 특성에 예민하게 영향을 주게 되므로 꾸준한 연구의 대상이 되어 왔다. 질화규소에 대한 기술 개발이 1970년대 초부터 활발하게 이루어져 왔고, 2000년대 초에 나노기술이 중요하게 인식 되면서 나노분말을 합성하기 위한 다양한 물리화학적 합성법이 개발되었다. 최근에는 세라믹 가스터빈과 내연기관에 적합한 질화규소 분말의 제조에 대한 관심이 증가하고 있다. 질화규소 나노분말 분야의 연구는 일본, 미국, 독일, 중국 등에서 선도하고 있다.

○ 한국은 1980년대 후반부터 2000년대 중반까지 질화규소 분말과 소결체에 대한 연구가 활발하게 진행된 바 있다. 질화규소에 대한 관심이 몇 개의 국책연구소와 대학, 그리고 절삭공구를 생산하는 업체들을 중심으로 있어 왔으나, 지금은 전반적인 연구나 시장은 그리 활발하지 못하다. 또한 세라믹 나노분말에 대한 관심이 2000년대 중반부터 급증하였으나, 질화규소에 관련한 연구는 그리 많지 않아 첨단 엔지니어링 재료의 발전을 위해서는 관심을 가져야할 분야이다.

저자: M. Yang, Q. Wang, M. Lv, H. Zhu
자료유형: 니즈학술정보