Al2O3-3YSZ 복합체의 미세구조 및 기계적 특성에 대한 Al2O3 분말크기의 영향 (Effects of Particle Size of Al2O3 on the Mechanical Properties and Micro-Structures of Al2O3-3YSZ Composites)

서지정보

· 발행기관 : 한국전기전자재료학회
· 수록지 정보 : 전기전자재료학회논문지 / 30권 / 1호 / 7 ~ 12페이지
· 저자명 : 윤제정, 전승엽, 황진아, 박수영, 전명표

초록

Al2O3에 3mol.%의 Y2O3로 안정화시킨 정방정 지르코니아(Yttria-stabilized zirconia: YSZ)를 치환시켜 (100-x) Al2O3–(x) 3YSZ (x = 20, 40, 60, 80 wt.%) 복합체를 제조하였다. 또한, Al2O3 입자 크기에 따른 소결 특성 및 미세구조 그리고 기계적 특성 변화를 XRD, SEM, 비커스 경도계와 파괴인성으로 확인하였다. Al2O3 입자의 크기를 0.3 μm, 1.0 μm 로 하여 제조한 Al2O3(0.3μm)-3YSZ, Al2O3(1.0μm)-3YSZ를 일축가압성형 한 뒤 각 1400°C, 1500°C, 1600°C에서 소결을 진행하였다. Al2O3(0.3μm)-3YSZ 의 경우 Al2O3(1.0μm)-3YSZ 보다 더 높은 밀도와 기계적 특성을 나타내었다. 비커스 경도는 Al2O3(0.3μm)-3YSZ의 경우 3YSZ가 40 wt% 일 때 최고 1997 Hv 값을 나타내었으며, 같은 조건에서 최고 1938 Hv 값을 나타낸 Al2O3(1.0μm)-3YSZ 보다 높게 나타났다. 그러나 Al2O3입자 크기가 다른 두 시편 모두 3YSZ 함량이 증가할수록 연속적으로 파괴인성 값이 증가함을 보이며, Al2O3 입자크기 0.3μm, 1.0μm 시편 모두 3YSZ 함량이 80wt%일 때 소결온도 1600°C에서 각각 6.9MPa1/2와 6.3MPa1/2의 최대의 파괴인성 값을 나타내었다. 결과적으로 Al2O3의 입자 크기가 작을수록 보다 작은 결정립으로 구성된 치밀한 미세구조의 고강도의 Al2O3-3YSZ 복합체가 가능하다.

영어초록

3YSZ + (x) Al2O3 composites (x = 20, 40, 60, 80 wt%) were fabricated and the influences of particle sizesof Al2O3 on their microstructures and mechanical properties were investigated with XRD, SEM, vickers hardness andfracture toughness. Al2O3–3YSZ composites containing Al2O3 powder of a 0.3 μm and an 1.0 μm, which are here inafter named as Al2O3(0.3 μm)-3YSZ and Al2O3(1.0 μm)-3YSZ, respectively, were made by mixing raw materials,uni-axial pressing and sintering at 1,400℃, 1,500℃, and 1,600℃. Al2O3(0.3 μm)-3YSZ composites show the higherdensity and the better mechanical properties than Al2O3(1.0 μm)-3YSZ composites. The Vickers hardness of theAl2O3(0.3 μm)-3YSZ composites show a peak value of 1,997 Hv at the content of 60 wt% Al2O3, which is a slightlyhigher value in comparison with 1,938 Hv of the Al2O3(1.0 μm)-3YSZ composite. However, the fracture toughness ofAl2O3-3YSZ composites monotonically increases with decreasing the content of Al2O3 without any peak values.
Al2O3(0.3 μm)-3YSZ and Al2O3(1.0 μm)-3YSZ composites sintered at 1,600℃ have a maximum value of a 6.9MPa·m1/2 and a 6.2 MPa·m1/2, respectively at the composition of containing 20 wt% Al2O3. It should be noticed thatthe mechanical properties and the sintering density of the Al2O3-3YSZ composites can be enhanced by using more fineAl2O3 powder due to their denser microstructure and smaller grain size.

참고자료

· 없음