활성탄소섬유-세라믹복합체의 제조 및 물성

이재춘,박민진,김병균,신경숙,이덕용 한국세라믹학회 1997 한국세라믹학회지 Vol.34 No.1

The PAN (Polyacrylonitrile) based carbon fiber-ceramic composites (CFCC) were prepared from mixtures of short carbon fibers, phenolic resin and ceramic binder. The effects of carbonization temperature of a pre-cursor fiber, the stabilized PAN fiber, on the specific surface area and the bending strength of the activated CFCC were studied in this work. The precursor fiber was carbonized at 80$0^{\circ}C$ and 100$0^{\circ}C$, respectively. The CFCC were activated at 85$0^{\circ}C$ in carbon dioxide for 10~90 minutes. As the burn-off of the activated CFCC made of the precursor fiber carbonized at 80$0^{\circ}C$ was increased from 37% to 76%, the specific surface area in-creased from 493m2/g to 1090m2/g, and the bending strength decreased from 4.5MPa to 1.4MPa. These values were about two times larger than those of the activated CFCC of which precursor fiber was car-bonized at 100$0^{\circ}C$. The effects of carbonization temperature of a precursor fiber on the specific surface area and bending strength of the activated CCFC were explained by bonding force between carbon fiber and car-bonized phenolic resin as well as by relative shirnkage between carbon fiber and ceramic film. 탄화된 PAN 섬유, 페놀수지, 세라믹 결합체를 혼합하여 탄소섬유-세라믹복합체를 제조한 후 활성화시켜 PAN 섬유의 탄화온도에 따른 활성탄소섬유-세라믹복합체의 비표명적과 굽힘 강도변화를 연구하였다. 안정화 PAN 섬유를 80$0^{\circ}C$와 100$0^{\circ}C$에서 각각 탄화시켜 얻은 두 종류의 탄소섬유를 복합체 제작시편의 원료로 사용하였다. 탄소섬유-세라믹복합체를 10~90분간 CO2로 85$0^{\circ}C$에서 활성화시켜 얻은 두 종류의 활성복합체에 대한 물성 측정결과, 80$0^{\circ}C$로 PAN 섬유를 탄화시켜 만든 활성복합체의 burn-off이 37%에서 76%로 증가될 때 비표면적은 493m2/g에서 1090m2/g으로 증가하였으며, 굽힘강도는 4.5 MPa에서 1.4MPa로 감소하였다. 이 값들은 안정화 PAN 섬유의 탄화온도를 100$0^{\circ}C$로하여 활성복합체 시편이 나타내는 값보다 약 2배 정도 큰 값이었다. 비표면적, 굽힘강도 측정결과와 미세조직 관찰결과, PAN 섬유의 탄화온도가 활성복합체의 비표면적과 굽힘강도에 미치는 영향은 활성화시 탄소섬유와 페놀수지탄화체 또는 세라믹 필름간에 발생되는 결합력과 상대적인 수축율에 의해 결정되는 활성복합체의 구조특성에 기인된 것으로 해석하였다.

빗살형 전극을 이용한 적층 세라믹 박판 작동층 IDEAL의 설계/제조/성능시험

이제동,박훈철,구남서,윤영수,윤광준 한국세라믹학회 2004 한국세라믹학회지 Vol.41 No.3

본 논문은 압전세라믹의 압전상수 d$_{33}$ 를 이용한 적층 세라믹 박판 작동층 IDEAL (InterDigitated Electrode Actuation Layer)의 개발에 관한 것이다. 대부분의 박판 압전 작동층은 압전상수 d$_{31}$ 효과를 이용하고 있다. 현재 개발된 압전작동기의 성능을 향상시키기 위해 많은 연구가 수행 중에 있으며, 그 중 한 방법이 압전상수 d$_{33}$ 를 이용하는 방법이다. 압전세라믹의 압전상수 d$_{33}$ 는 압전상수 d$_{31}$ 보다 일반적으로 두배 정도이기 때문에 d$_{33}$ 작동 효과를 활용하면 작동기의 성능을 향상시킬 수 있다. 미국 MIT에서 개발된 AFC와 NASA Langley 연구소 연구팀이 개발한 LaRC-MFC$^{TM}$는 d$_{33}$ 작동 효과를 활용하였으나 빗살형 전극이 작동층 상하 표면에 부착되어 있어 완전한 d$_{33}$ 작동 효과를 활용하였다고 볼 수 없다. 본 논문에서는 빗살형 전극을 세라믹 층간에 삽입한 적층형 세라믹 박판 작동층을 설계하고 제작하였다. 제작된 작동층의 작동 스트레인을 측정하였고 LaRC-MFC$^{TM}$의 작동 스트레인과 비교한 결과, 본 연구에서 개발한 박판 세라믹 작동층이 15% 이상의 작동 스트레인을 발생시킬 수 있음을 확인하였다. This paper is concerned with the development of stacked ceramic thin actuation layer IDEAL (InterDigitated Electrode Actuation Layer) using d$_{33}$ actuation mechanism of piezoelectric ceramic. Most of the thin piezoelectric actuators are operated with d$_{31}$ actuation mechanism. Many kinds of piezoelectric ceramic actuators are strived now to improve the actuation performance. One of efforts to improve performance of piezoceramic actuators is the research trying to develop an actuator using the piezoelectric coefficient d$_{33}$ . The piezoelectric coefficient d$_{33}$ is almost twice larger than piezoelectric coefficient d$_{31}$ . Therefore, the induced strain of PZT thin layer with d$_{33}$ 3 actuation mechanism is bigger than that with d$_{31}$ actuation mechanism. The AFC(MIT) and LaRC-MFC$^{TM}$ which is developed by a research team of NASA Langley Research Center used d$_{33}$ actuation mechanism with surface interdigitated electrode to enhance its actuation performance. But their actuation mechanism is not perfect d$_{33}$ actuation mechanism since the interdigitated electrodes are placed at the surface of the actuation layer. In this research, the stacked ceramic thin actuation layer with imbedded interdigitated electrode is designed and manufactured. The actuation strain of stacked ceramic thin actuation layer is measured and compared with the actuation strain of the LaRC-MFC$^{TM}$. The comparison shows that the developed stacked ceramic thin actuation layer can produce 15% more actuation strain than LaRC-MFC$^{TM}$.> TM/.

치과용 열가압 글라스 세라믹스의 기계적 성질과 미세구조

이해형,이병택 한국세라믹학회 2004 한국세라믹학회지 Vol.41 No.2

본 연구에서는 치아 수복에 사용되는 상용 글라스 세라믹들을 디스크 모양으로 열가압 성형하여 ball-on-3-bal에 의한 이축강도와 압입시험에 의한 파괴인성을 측정하였다. 시편들로부터 XRD, SEM, TEM을 이용하여 결정상과 미세구조를 분석하였다. 글라스 세라믹내의 결정들은 균열의 진행에 대하여 효과적인 저지를 하지 못하였으나 높은 결정화도가 기계적 성질의 향상에 기여하는 것으로 판단된다. Lithium disilicate결정의 글라스 세라믹은 상대적으로 결정함량이 낮은 leucite 세라믹에 비하여 유의하게 높은 이축강도와 파괴인성을 나타내어 치과용 글라스 세라믹으로서 높은 신뢰성이 기대된다. Biaxial flexure strength (ball-on-3-ball) and fracture toughness (indentation microfracture) of heat-pressable glass-ceramics for dental use were investigated in this study. Crystal phase and microstructure of glass-ceramics were analyzed by XRD. SEM, and TEM. Crack propagation in specimens was not effectively arrested by dispersed crystalline particles. However, higher degree of crystallization probably contributes to strengthening of glass-ceramics. Better clinical reliability can be expected from lithium disilicate glass-ceramic because of its significantly higher biaxial flexure strength and fracture toughness.

세라믹/금속기지 복합재료의 특성예측을 위한 미시역학적 유한요소해석

김태우,박상환 한국세라믹학회 2001 한국세라믹학회지 Vol.38 No.6

세라믹/금속기지 복합재료에서 횡방향의 단축인장하중을 받는 경우, 복합재료의 특성에 관한 시뮬레이션 결과이다. 세라믹과 금속기지간 계면에 강한 결합이 존재하는 복합재와, 계면에서의 결합이 약한 복합재의 두 경우에 대하여 횡방향 평균응력과 평균변형율에 대한 관계를 계산하였다. 복합재료의 미시역학적개념과 유한요소해석법을 적용하여 세라믹체적분율의 변화에 따라 각기 해석되었다. 본 연구에서 계산된 횡방향 탄성계수는 문헌에 알려져 있는 미시역학개념으로 유도된 식에 의한 횡방향탄성계수값과 잘 일치되었다. 계면에서 강한 결합이 있는 복합재와는 달리, 약한 결합의 복합재는 인장하중에 의하여 세라믹/금속계면에서 금속재료와 세라믹간의 분리가 발생된다. 이 분리는 전체복합재의 강성을 감소시키며, 금속의 부피분율이 감소될수록 (즉, 세라믹의 부피분율이 증가할수록) 횡방향 평균응력의 평균변형율에 대한 감소로 나타났다. 미시역학의 개념을 적용한 유한요소해석기법을 통하여, 이미 알고 있는 복합재 각 성분의 특성으로부터 복합재료의 계면특성과 횡방향특성을 예측할 수 있다.

고분자의 자체발포를 이용한 세라믹 다공질체

백종원,김득중 한국세라믹학회 2004 한국세라믹학회지 Vol.41 No.7

Ceramic foams were prepared by a self-blowing process of a polysiloxane with A1$_2$O$_3$ as a filler. The release of water and ethanol vapor during the condensation reaction of the polymer triggered the pores in the polymer melt. The size. interconnectivity and shape of the pores in the ceramic foams were strongly dependent on the viscosity of the polymer melt, which could be varied by the content and size oi the filler. When the content of the filler inceased and the size of the filler decreased. the size of the pores were decreased and the thickness between the pores were increased. In the addition, the viscosity of polymer melt increased by the pretreatment at 130$^{\circ}C$ for Ire intermolecular cross linking thereby stabilizing the foam structure. The density and compressive strength of the ceramic foams were affected by the heating rate during the blowing process. 폴리실록산 고분자의 자가 발포과정을 이용하여 세라믹 다공질체를 제조하였다. 고분자가 가교반응을 하는 과정에서 발생하는 물과 알콜 증기를 이용하면 고분자 용융액 내에 기공을 형성할 수 있다. 세라믹 다공질체 내의 기공의 크기와 모양은 고분자 용융액의 점도에 따라 크게 달라진다. 충진제인 A1$_2$O$_3$ 함량이 증가하면 기공 크기는 감소하며 이는 A1$_2$O$_3$의 입자크기가 감소하여도 비슷한 양상을 보였다. 고분자 용융액의 점도는 고분자의 가교반응정도에 따라서도 영향을 받는다. 발포 전에 13$0^{\circ}C$에서 열처리를 하면 점도는 증가하며 다공질체의 기공 안정성은 증가한다. 제조된 세라믹 다공질체의 밀도와 압축강도는 발포과정에서의 승온속도에 따라 다른 값을 보였다.

중석이 첨가된 고분자 유기물 열분해 방법에 의한 신세라믹복합체 개발

강건택,김득중,Peter Greil 한국세라믹학회 1998 한국세라믹학회지 Vol.35 No.9

실리콘함유 고분자(Polysiloxane)의 세라믹변환과정에서의 부피수축효과를 조절하기 위하여 활성화금속으로 중석을 첨가하여 열분해 및 합성반응을 통해 신 세라믹 복합체를 개발하고 이의 세라믹화 과정이나 물성을 조사하였다. 제조된 시편의 미세조직은 고분자로부터 야기된 $S_{1}$-O-C게열의 Glass기지상과, 분해잔여물(고상,기상)등과 활성화금속과의 반응르로 생성된 고경도의 탄호물로 이루어져 있어 향후 내마모재료로서의 응용을 기대할 수 있을 것이다. 제조된 복합체의 물성은 반응조건에 많이 의존함을 알 수 있었다. 1400~$1500^{\circ}C$에서 열분해 시켜 제조한 복합체의 밀도는 95% 이상의 상대밀도와, 경도 값은 7~8GPa 정도이고 탄성률은 220~230 GPa, 파괴인성응ㄴ 6~6.8$MPam^{1/2}$, 파괴강도는 380~470 MPs정도의 값을 나타내었다. The formation microstructure and properties of novel ceramic composite materials by active filler con-trolled polymer pyrolysis were investigated. Polymethlsiloxane filled with W is of particular interested be-cause of the formation of ceramic bonded hard materials (WC-$W_{2}C$-$S_{1}OC$) for wear resistant applications. Highly metal-filled polymer suspensions were prepared and their conversion to ceramic composites by an-nealing in $N_{2}C$ atmosphere at 1000-$1600^{\circ}C$ were studied. Dimensional change porosity and phase distribution (filler network) were analyzed and correlated to the resulting material properties. Microcrystalline com-posites with the filler reaction products embedded to the resulting material properties. Microcrystalline com-posites with the filler reaction products embedded in a silicon oxycarbide glass matrix were produced. De-pending on the pyrolysis conditions ceramic composites with a density up to 95 TD% a hardness of 7-8.8GPa Yong's modulus of 220-230 GPa a fracture toughness of 6-6.8$MPam^{1/2}$ and a flexual strength of 380-470 MPa were obtained.

청자 파도자기를 활용한 도자기 소지 개발

이제일,박주석,이용석,이병하,Lee, Jea-Il,Park, Joo-Seok,Lee, Yong-Seok,Lee, Byung-Ha 한국세라믹학회 2009 한국세라믹학회지 Vol.46 No.6

The yield is increasing as the manufacturing technology of ceramics progresses, however, there are many ceramics of poor quality due to variables upon producing ceramics. Some of those waste ceramics are recycled by sanitary ware or tile manufacturers, but most of them are filled in making environmental problem. Therefore, a research begins to recycle waste ceramic ware as alternative to some imported ceramic ware materials and to reduce environmental pollution. This study, succeeding last study which applied waste white ware as ceramic body material, aimed to solve problems of environment and materials by recycling waste ceradon generated in specially formed areas for ceramic in Gyeonggi-do such as Icheon, Yeoju and Gwangju as the ceramic body material. Consequently, the addition of waste ceramic ware into the ceramic body was judged to have limit up to 30% according to plasticity measurement. As we added shredded waste ceramic ware as much as 30% into basic ceramic body and checked its features, the pore rate and absorption rate were good to be average 4% and 3% respectively. In addition, it showed strength more than 720 kgf/$cm^2$ which is higher than existing ceradon body on the market with good sinter state; so it is judged to be available or developed as new ceramic body.

복합재료의 미시특성에 따른 기계적 특성해석

김태우 한국세라믹학회 2003 한국세라믹학회지 Vol.40 No.8

본 논문은 세라믹재료가 강화재로써 보강된 복합재료가 횡방향의 단축인장하중을 받는 경우, 복합재료의 변형, 재료내 발생되는 손상의 특징, 및 응력-변형률 특성에 관한 컴퓨터 해석결과이다. 해석은 SiC/Ti 시스템을 대상으로 하였으며, 특성은 강화재의 배열형태, 강화재/기지 계면에서의 결합유무, 강화재의 부피분율변화에 대하여 각기 해석되었다. 계면에서 강한 결합이 있는 복합재와는 달리, 약한 결합의 복합재는 인장하중에 의하여 세라믹/기지 계면에서 분리가 발생되었다. 이 분리는 전체 복합재의 강성을 감소시키며, 세라믹 강화재의 부피분율이 증가할수록 탄성계수 및 횡방향 평균응력의 최종크기를 나타내는 한계응력의 크기감소로 나타났다. 계면결합이 강한 경우는 세라믹 부피분율이 증가할수록 사각형 배열보다는 육각형배열의 복합재에서 다소 큰 증가율로 나타났다. 그러나, 계면결합이 약한 경우는 세라믹 부피분율이 증가할수록 사각형 배열보다는 육각형배열의 복합재에서 상대적으로 큰 감소율로 해석되었다. 본 연구의 해석결과는 알려진 문헌의 결과와 잘 일치하였다. Present investigation shows the analysis results for ceramic reinforced metal matrix composite under uniaxial transverse tensile loading. The resulting deformation, the projected damage type, and stress-strain behavior were computed depending on microstructure details such as the type of periodic reinforcement array, and the type of interface bonding. A two-dimensional finite element analysis was conducted based on the unit-cell of square, hexagonal, or diagonal periodic away For composite with strong interface bonding, the transverse stress vs. strain curve was generally increased with the increase of the ceramic volume fraction. For the composite with weakly bonded interface, however, the transverse stress vs. strain curve was reduced against the ceramic volume fraction. The decrease was caused by the interface debonding-induced stiffness reduction of the composite. For the composite of weakly bonded interface, the relative reduction rate in the final limit stress for hexagonal array was larger than that for square array. Outcome of the present study was compared favorably with the published literature data.

정오표

한국세라믹학회 한국세라믹학회 2008 한국세라믹학회지 Vol.45 No.1

세라믹섬유지의 제조 및 슬러리 분산특성

유윤종,김준수,김홍수,안영수,한문희,장건익,Yoo, Yoon-Jong,Kim, Joon-Soo,Kim, Hong-Soo,Ahn, Young-Soo,Han, Moon-Hee,Jang, Gun-Eik 한국세라믹학회 2002 한국세라믹학회지 Vol.39 No.11

$Al_2O_3-SiO_2$계 세라믹 화이버를 주원료로 하는 세라믹섬유지를 제조하기 위하여 스러리 점도변화에 따른 세라믹화이버의 침강특성과 pH 변화에 따른 제타전위의 변화와 세라믹화이버 분산특성과의 관계를 분석하였다. 슬러리에서 세라믹화이버의 해섬 및 분산을 위한 슬러리 적정 점도는 28~31 cps이었고, pH 변화에 따라 제타전위는 민감하게 변화하여 pH 7.5~9.5에서 -35~-36 mV로 최대치를 나타내었으며, 이때 세라믹화이버의 침강량도 가장 적게 나타나 슬러리의 제타전위가 증가함에 따라 세라믹화이버의 분산도 잘 이루어짐을 알 수 있었다. 습식초지공정 중 흡입탈수는 함수율 83 wt% 이상으로 유지시켜야 바인더 손실을 막을 수 있었으며, 압축탈수 후 함수율이 62wt% 미만이 되어야 습식회수가 가능하였다. 제조된 세라믹섬유지는 인장강도 $102 kgf/cm^2$, 평량 $98 g/m^2$를 나타내었다. The sedimentation characteristics of ceramic fiber were analyzed when viscosity of the slurry for ceramic paper formation was varied and zeta potential change and degree of dispersion with pH were studied as well. The proper viscosity of the slurry for dispersion of fibers was between 28 and 31 cps. Zeta potential of the slurry was sensitively changed with pH adjustment and showed maximum value of -35~-36 mV at ph 7.5~9.5, which indicated better dispersion of ceramic fiber as zeta potential of the slurry was increased. The sedimentation rate of ceramic fiber in a slurry was reported minimum at the maximum zeta potential. Water content of the casted paper should be lower than 83% after vacuum dehydration for retention of binder and lower than 62% after press rolling for wet paper handling. The obtained ceramic paper had tensile strength and basis weight, $102 kgf/cm^2$ and $98 g/m^2$, respectively.