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Nitrided Pressureless Sintering 공정을 이용한 질화규소 세라믹스의 제조 및 특성
천승호,한인섭,정용희,서두원,이시우,홍기석,우상국,Cheon, Sung-Ho,Han, In-Sub,Chung, Yong-Hee,Seo, Doo-Won,Lee, Shi-Woo,Hong, Kee-Soeg,Woo, Sang-Kuk 한국세라믹학회 2004 한국세라믹학회지 Vol.41 No.12
Nitrided Pressureless Sintering(NPS) 공정에 의한 질화규소 세라믹스의 기계적 특성, 미세구조 및 열적 특성을 세 가지조성을 갖는 $Al_{2}O_3,\;Y_{2}O_3$ 소결조제의 변화에 따라 조사하였다. 또한 각 조성에서 금속 실리콘의 첨가량을 0, 5, 10, 15, 그리고 $20wt\%$로 변화를 주어 실리콘의 첨가효과를 조사하였다. $5wt\%\;Al_{2}O_3,\;5wt\%\;Y_{2}O_3$, 그리고 $5wt\%$ Si 조성에서 질화규소 소결체의 치밀화가 진행되었으며, 4점 꺽임강도와 상대밀도는 각각 500 MPa과 $98\%$를 나타내었다. 또한 상온에서 열팽창계수와 열전도도는 각각 $2.89{\times}10^{-6}/^{\circ}C$와 $28W/m^{\circ}C$를 나타내었으며, 20,000회의 열충격 싸이클을 반복한 후, 꺽임강도를 측정한 결과, 초기 500MPa의 강도를 유지하고 있었다. The mechanical properties and microstructure and thermal properties of Nitrided Pressureless Sintering(NPS) silicon nitride ceramics, containing three type of $Al_{2}O_3,\;Y_{2}O_3$ sintering additives, were investigated. Also, we have investigated the effect of silicon metal content changing with 0, 5, 10, 15, and $20wt\%$ Si in each composition. In $5wt\%\;Al_{2}O_3,\;5wt\%\;Y_{2}O_3,\;and\;5wt\%$ Si composition, silicon nitride sintered body was successfully densified to a high density. The average 4-point flexural strength and relative density of these specimens were 500 MPa and 98% respectively. Also, Thermal expansion coefficient and thermal conductivity of specimens at room temperature were $2.89{\times}10^{-6}/^{\circ}C\;and\;28W/m^{\circ}C$, respectively. The flexural strength of sintered specimens after thermal shock test of 20,000 cycles was maintained as-received value of 500 MPa.
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Nitrided Pressureless Sintering에 의해 제조된 Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>의 산화거동
한인성,천승호,정용희,서두원,이시우,홍기석,우상국,Han, In-Sub,Cheon, Sung-Ho,Jung, Yong-Hee,Seo, Doo-Won,Lee, Shi-Woo,Hong, Kee-Soeg,Woo, Sang-Kuk 한국세라믹학회 2005 한국세라믹학회지 Vol.42 No.1
Oxidtion behavior of $Si_{3}N_{4}$ ceramics with the different porosity by the Nitrided Pressureless Sintering (NPS) were investigated in pure oxygen gas atmosphere at 1000 to $1300^{circ}C$. The thickness of formed oxide film on the surface of silicon nitride ceramics was increased with oxidation time and temperature. The oxide film thickness of 5A5Y5Si and 5A5Y10Si specimens for 100 h at 1300^{circ}C$ was about 10 $\mu$m and 20 $\mu$m, respectively. The oxidation of 5A5Y5Si and 5A5Y10Si specimens follows the parabolic behavior with an apparent activation energy of 215 kJ/mol and 104 kJ/mol, respectively. The flexural strength of 5A5Y5Si specimens after oxidation test for 500 h at 1300^{circ}C were maintained as-received value of 500 ma. On the other hand, that of 5A5Y10Si specimens were decreased about 100 MPa in as-received value. 질화상압동시소결(NPS) 공정에 의해 제조된 기공율이 다른 질화규소 소결체에 대해 $1300^{circ}C$ 순산소 가스분위기에서 산화거동을 조사하였다. 질화규소 세라믹스 표면에 형성된 산화층의 두께는 산화 시간과 온도에 따라 증가되었으며, $1300^{circ}C$에서 100시간 산화시킨 5A5Y5Si와 5A5Y10Si 시편의 산화층 두께는 각각 10$\mu$m와 20$\mu$m이었다. 5A5YSi와 5A5Y10Si 시편의 산화는 각각 215kJ/mol과 104kJ/mol의 활성화 에너지를 갖고 포물선적 거동을 나타내었다. $1300^{circ}C$에서 500시간 산화시킨 후, 5A5Y5Si 시편에 대해 꺾임 강도를 측정한 결과, 초기의 약 500MPa값을 유지하고 있었으며, 반면 5A5Y10Si의 경우에는 초기의 값에서 약 100MPa의 강도저하를 나타내고 있었다.
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