BaTiO3, TiO2, BaCO3 doping시 미세구조관찰

소개

학교 실험에 썼던 리포트입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 이론적 배경
3. 실험과정
4. 결과 및 토의
5. 결론

본문내용

1. 실험 목적

- 기본적으로 준비된 원료 분말을 적당한 형태로 성형한 후 녹는점 보다 낮은 온도에서 소결이라는 열처리 과정을 통해 세라믹스를 제조할 수 있다.
- BaTiO3 분말로 세 가지 물질을 도핑하여 세라믹 공정을 시행한다.
- 소결된 시편의 밀도 측정을 통해 소결 밀도에 미치는 첨가제의 영향을 확인한다.
Scanning Electron Microscopy를 이용해서 제조된 소결체의 미세표면을 관찰한다.


2. 이론적 배경



- Sintering (소결)

분말을 적당한 형상으로 가압 성형한 뒤, 열을 가해서 서로 단단히 밀착하여 고결하는 결정질로 만드는 것이다. 즉, 고운 분말을 압축 성형하여 고온으로 가열하였을 때 녹는점 이하의 온도에서도 분말의 입자가 서로 부착하여 굳어지는 현상이며 분말 야금이나 요업의 기본이 되는 중요한 현상이며, 도자기나 각종 공업재료를 만드는 데 이용된다. 소결은 점성유동, 내부 확산, 표면 확산, 증발응착의 4가지 기구가 고려되며 고상소결과 액상소결로 나눌 수 있다.

액상소결 - 다성분계에서 한 개나 또는 그 이상의 성분이 소결체 내에서 액상을 형성.
고상소결 - 분말의 융점이하의 온도에서 열처리를 하여 분말간의 결합을 유도.

단결정을 제외한 모든 세라믹스는 기본적으로 적절히 준비된 원료 분말을 적당한 형태로 성형한 후 melting point 보다 낮은 온도(통상 < 0.7)에서 소결이라고 부르는 열처리 과정을 통해서 제조되어진다.
보다 효율적으로 원하는 형태의 소결체를 얻기 위해서는 원료 분말이 가능한 미세하고 균질해야하는데 이는 소결의 driving force가 미세한 분말의 표면이 가진 과잉 에너지이기 때문이다. 그러므로, 비표면적이 큰 분말들은 에너지 면에서 불안정한 상태이기 때문에 물질 이동이 일어날 수 있는 충분히 높은 온도가 주어지면, 상대적으로 높은 에너지를 갖는 γsv(고상-기상 계면 에너지)를 상대적으로 에너지가 낮은 γgb(고상-고상 계면 에너지)로 대체하는 동시에 과잉 에너지에 해당하는 표면을 줄이기 위해서 서로 들러붙으면서 성장하는 소결이라는 과정을 통해서 준안정한 상태인 다결정체를 형성하게 된다. 이때, 높은 표면 에너지를 낮은 에너지 값으로 전환하는 과정을 치밀화(densification)라고 부르고, 전체 표면적을 줄여나가는 과정을 조대화(coarsening) 또는 입성장(grain growth)라고 부른다.

참고자료

· 류지봉, 11.11. Scanning Electron Microscopy 표면물리학.
· 이태헌, 김정주, 김남경, 조상희, 1994. 12. 22. Seed 입자 첨가에 따른 요업체의 비정상 입성장거동. Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 32, No.5.
· William D. Callister, 재료과학과 공학, 시그마프레스.
· 조지만, 김병호, 김병국, 제해준, 이해원, 1999. 6. 21. 비정상 입성장이 일어난 세라믹스의 유전특성, Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 36, No. 9.