지르콘의 탄소열환원에 의한 ZrC / SiC 의 합성

박홍채,이윤복,이철규,오기동 ( Hong Chae Park,Yoon Bok Lee,Cheol Gyu Lee,Ki Dong Oh ) 한국공업화학회 1994 공업화학 Vol.5 No.6

Ar 또는 Ar/H₂, 가스유통(100∼500㎖/min)하에서 ZrSiO₄/C계 및 ZrSiO₄/Al/C계로부터 ZrC/SiC 복합분체의 합성을 1600℃ 온도범위 내에서 시도하고, 이의 생성기구, 생성속도 및 분체특성을 검토하였다. ZrSiO₄/C계에서는 1400℃ 이상에서 ZrO₂(s)와 SiO(g)가 각각 탄소와 경쟁반응하여 ZrC 및 SiC를 생성하였다. ZrC생성을 위한 겉보기활성화에너지는 약 18.5㎉/㏖(1400-1600℃)이었다. 한편 ZrSiO₄/Al/C계에서는 1200℃ 이상에서 ZrO(g)가 Al(l, g) 및 탄소와 반응하여 ZrC를 생성하였으며, 1300℃ 이상에서는 SiO(g)가 Al(l,g) 및 탄소와 환원-탄화반응하여 SiC를 생성하였다. 1600℃, 5시간 반응으로 얻은 생성물은 평균입경 21.8㎛을 갖는 분말로서 ZrC의 격자정수는 4.679Å, 결정자크기는 640Å이었으며 SiC의 격자정수는 4.135Å, 결정자크기는 540Å 정도이었다. The preparation of ZrC/SiC mixed powders from ZrSiO₄/C and ZrSiO₄/Al/C systems was attempted in the temperature range below 1600℃ under Ar or Ar/H₂ gas flow(100-500㎖/min). The formation mechanism and kinetics of ZrC/SiC were suggested and the resultant powders were characterized. In ZrSiO₄/C system, ZrC and SiC were formed by competitive reaction of ZrO₂(s) and SiO(g) with carbon at temperature higher than 1400℃. The apparent activation energy for the formation of ZrC was approximately 18.5㎉/㏖(1400-1600℃). In ZrSiO₄/Al/C system, ZrC was formed by reaction of ZrO(g) with Al(l, g) and carbon at temperature higher than 1200℃, and SiC was formed by reduction-carbonization of SiO(g) with Al(l, g) and carbon at temperature higher than 1300℃. The products obtained at 1600℃ for 5h consisted of ZrC with lattice constant of 4.679Å and crystallite size of 640Å, and SiC with lattice constant of 4.135Å and crystallite size of 500Å. And also, the mean particle size was about 21.8㎛.

$\textrm{Al}_2\textrm{O}_3$를 함유하는 AIN세라믹스의 반응소결 및 열전도도

김영우,이윤복,박상희,오기동,박홍채,Kim, Yeong-U,Lee, Yun-Bok,Park, Sang-Hui,O, Gi-Dong,Park, Hong-Chae 한국재료학회 1998 한국재료학회지 Vol.8 No.1

5-64.3mol% AI$_{2}$O$_{3}$를 함유하는 AIN(1wt% $Y_{2}$O$_{3}$)의 1650-190$0^{\circ}C$ 상압소결에 따른 치밀화 거동, 미세구조, 열전도도가 검토 되었다. XRD 분석결과, AION(5NIN \ulcorner9 AI$_{2}$O$_{3}$ ), 27R AIN다형, AIN이 소결체의 주상으로서 동정되었다. AI$_{2}$O$_{3}$ 의 함량이 증가할수록 소결체의 부피밀도는 증가 하였다. AION을 기지상으로 하는 물질($\geq$ 30mol% AI$_{2}$O$_{3}$ )인 경우는 175$0^{\circ}C$ 소결에서 최대의 부피밀도를 나타내었으며, AIN을 기지상으로 하는 경우(5mol% AI$_{2}$O$_{3}$ ) 는 소결온도가 증가할수록 밀도가 감소하였다. $Y_{2}$O$_{3}$의 존재하에서 주로 185$0^{\circ}C$이상에서 AI$_{2}$O$_{3}$ 와 AIN의 반응에 으해서 액상이 생성되었다. AION을 기지로 하는 물질의 치밀화는 주로 액상의생성 및 AION의 입성장에 의해서 지배되었으나, AIN을 기지로 하는 물질에 있어서는 1$650^{\circ}C$에서 액상이 생성되었고, 소결온도가 190$0^{\circ}C$까지 상승할 동안 AIN의 입성장은 크게 일어나지 않았다. AI$_{2}$O$_{3}$ 함량이 증가할수록 낮은 열도도를 갖는 다량의 AION 및 액상의 생성으로 인하여 소결체의열전도도는 감소 하였다. 5mol% AI$_{2}$O$_{3}$ 를 함유한 190$0^{\circ}C$ 소결체가 최대의 열전도도(77.9W/(m\ulcornerk))를 나타내었다.

Fabrication of $\textrm{ZrB}_2$ by SHS Process and Reaction-bonded $\textrm{ZrB}_2$-ZrC Composite

이윤복,김정섭,김상배,박홍채,오기동,Lee, Yun-Bok,Kim, Jeong-Seop,Kim, Sang-Bae,Park, Hong-Chae,O, Gi-Dong Materials Research Society of Korea 1999 한국재료학회지 Vol.9 No.1

$ZrB _2$ was prepared from a mixture of $ZrO_2$, $B_2$$O_3$and Mg by SHS method. The combustion products were successfully obtained from a mixture of $Zro_2$:$B_2$$O_3$:Mg=1:2.0:8.5(molar ratio). MgO, by-product, was removed to 92.7% by leaching with 1M HCl solution at 9$0^{\circ}C$, for 10 hours. After leaching, the mean particle size of the resultant $ZrB_2$powders was 23.6$\mu\textrm{m}$. $ZrB_2$-ZrC composite was suitably obtained from a mixture of C/Zr=1.2 molar ratio by arc-melting method. The density of arc-melted specimen increased by adding excess zirconium content(x). The bulk density was 6.17g/㎤ for x=0, and 6.37g/㎤ x=4. Vickers hardness of arc-melted specimen was /$1290kg\textrm{mm}^2$ for x=0, and fracture toughness increased to 4.2MPa.m\ulcornerforx=4 compared to 3.4MPa.m\ulcornerfor x=0.

액상침투법을 이용한 $Al_2O_3/TZP$ 복합체의 제조 및 특성

양태영,이윤복,김영우,오기동,박홍채,Yang, Tae-Yeong,Lee, Yun-Bok,Kim, Yeong-U,O, Gi-Dong,Park, Hong-Chae 한국재료학회 2000 한국재료학회지 Vol.10 No.5

다공성 알루미나 소결체내부로 3Y-TZP 및 12Ce-TZP 전구체를 각각 액상침투시킴으로써 2종류의 $Al_2O_3/TZP$복합체를 제조하였다. 소량의 (~11.0 wt%) TZP의 첨가는 Al2O3소결체 ($1600^{\circ}C$, 2시간)의 강도 (19~59%)와 파괴인성(14~157%)을 증가시켰다. 3Y-TZP의 첨가는 복합체의 강도의 향상에 12Ce-TZP의 첨가는 인성의 향상에 보다 효과적이었다. 침투도니 TZP는 복합체의 내부보다 표면에 집중되었으며, 그 결과 이곳에서의 입성장에 빨랐고 $Al_2O_3$의입성장 억제효과도 상대적으로 뛰어났다. 입계 및 입내균열전파가 일어났으나 $Al_2O_3/12Ce-TZP$의 경우가 $Al_2O_3/3Y-TZP$에 비하여 입계파괴가 우세하였다 Two kinds of $Al_2O_3/TZP$ composites were prepared using the liquid infiltration of 3Y-TZP and 12Ce-TZP precursors into hte sintered porous $Al_2O_3$. Small TZP additions(~11.0wt%) had increased the strength(19~59%) and fracture toughness(14~157%) of the sintered Al2O3 material($1600^{\circ}C$, 2h). The addition of 3Y-TZP was effective on case of the strength. By the way, in case of the fracture toughness that of 12Ce-TZP was effective. Infiltrated TZP was concentrated on the surface where its grain growth was enhanced and $Al_2O_3$ grain growth was effectively inhibit-ed, when compared to the inner region of the composite. The indentation crack was propagated through both intergranular modes and transgranular and the proportion if intergranular fracture was the larger in $Al_2O_3/12Ce-TZP$.

마그네시아 지르코니아 복합소결체의 소결과 미세구조에 미치는 $TiO_2$의 영향

이윤복,김인술,장윤식,박홍채,오기동,Lee, Yun-Bok,Kim, In-Sul,Jang, Yun-Sik,Park, Hong-Chae,O, Gi-Dong 한국재료학회 1994 한국재료학회지 Vol.4 No.7

마그네시아-지르코니아 복합체의 소결과 미세구조에 미치는 $TiO_{2}$의 영향에 대하여 검토하였다. 3mol%$Y_{2}$O_{3}$를 함유한 $ZrO_{2}$는 $TiO_{2}$첨가시 $1400^{\circ}C$에서 기지상인 MgO와 첨가제인 $TiO_{2}$의고용에 의해서 $c-ZrO_{2}$상으로 존재하였다. $TiO_{2}$첨가시 조성에 관계엾이 승온수축거동은 유사하였으며 $1650^{\circ}C$에서 최종수축율은 8.58-11.0%였다. 1.67wt%$TiO_{2}$첨가시 소결이 촉진되어 $1600^{\circ}C$ 2시간에서의 소결밀도는 3.7g/$\textrm{cm}^3$(이론밀도의 98%)였다. $ZrO_{2}$내에 고용된 MgO와 $TiO_{2}$의 양은 각각 5.67wt%, 2.62wt%로 냉각과정중 입계주위에서 일부 석출되어 Ti화합물을 형성하였다. 이의 존재로 말미암아 생성된 미세균열은 꺽임강도를 감소시켰다. Influence of $TiO_{2}$ addition on sintering behavior and microstructure of MgO-$ZrO_{2}$ composites was studied. $ZrO_{2}$ containing 3mol%Y203 was existed as a c-$ZrO_{2}$ phase due to the formation of solubility of MgO, $TiO_{2}$ and $ZrO_{2}$ when sintered $1400^{\circ}C$ for 2h. All the compositions employed exhibited a similar shrinkage behavior with an end-point shrinkage between 8.58 and 11.00%. The additlon of $TiO_{2}$ promoted densification and the bulk density of specimen containing 1.67wt% $TiO_{2}$ was 3.75g/$\textrm{cm}^3$(98% TD) when $1600^{\circ}C$ for 2h. The amount of solubilities of MgO and TiOz in $ZrO_{2}$ were 5.ti7wt% and 2.62wt%,respectively. They were partially segregated near $ZrO_{2}$ grain boundary in the form of Ti-compounds during cooling. This segregation resulted in the formation microcracks which decreased the bending strength.

SHS법에 의한 붕화지르코늄의 합성 및 치밀화에 미치는 첨가제의 영향

이윤복,곽철상,김상배,김영우,박홍채,오기동,Lee, Yun-Bok,Gwak, Cheol-Sang,Kim, Sang-Bae,Kim, Yeong-U,Park, Hong-Chae,O, Gi-Dong 한국재료학회 1998 한국재료학회지 Vol.8 No.7

ZrO2, B2O3 및 AI을 사용하여 SHS법에 의한 붕화지르코늄을 합성을 하고 산화철과 알루미늄 분말의 첨가가 합성물의 치밀화에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 합성물중에 존재하는 결정상은 대부분이 ZrB2와 $\alpha$-AI2O3상이었다. 산화붕소와 알루미늄의 몰비가 1.0:3.3이상일 때 합성물의 치밀화는 크게 증가하였고, ZrB2 입자도$\alpha$-AI2O3용융상과 더불어 조대하였다. 산화철 1목에 대하여 알루미늄을 1-3몰을 첨가한 것과 산화철 1.5몰에 대하여 알루미늄을 3몰 첨가시 $\alpha$-AI2O3를 중심으로하는 슬라그상으로부터 용융상의 분이가 가능하였고, 이들 용융상에 존재하는 결정상은 ZrB2이외에 Fe, Fe2B, Zr2Fe상이었다. 용융상의 상대밀도는 산화철 1몰에 대하여 알루미늄을 1몰 첨가시 83.2%인 반면에 그 이상의 첨가량에 대해서는 치밀화는 크게 증가하여 알루미늄을 3몰 첨가한 경우 상대밀도는 93.7%로서 최대를 나타내었다.

ASEA-SKF 래들용 고알루미나 내화재의 용손성향

박홍채,이윤복,양태영,장윤식,오기동 釜山大學校生産技術硏究所 1997 生産技術硏究所論文集 Vol.53 No.-

ASEA-SKF 래들에 사용된 고알루미나 내화물의 광물 및 화학적 변화를 화학분석, 현미결관찰, X-선회절분석으로 조사하였다. 미사용 벽돌의 주요 광물상은 α-Al₂O₃, mullite, tridymite이었다. 가동면에서 SiO₂결정상이 소실되었으며 mullite와 α-Al₂O₃가 다소 감소하였고 2FeO·SiO₂와 hercynite, FeO, Cr₂O₃상이 생성되었다. 침식율은 강종에 따라 다소간 차이가 있었으며 용강 SF-45와 60분간 반응시켰을때 SK36벽돌의 침식율은 75.9%인 반면에 SK38벽돌의 침식율은 20.47%이었다. 대부분의 용손벽돌에서 가동면으로부터 내부로 감에 따라 열적 및 화학적 스폴링으로 인하여 미세균열이 존재하였다. Mineral and chemical changes of alumina refractories used in ASEA-SKF ladle were examined by chemical analysis, microscopy and X-ray diffraction method. Main minerals in unused high alumina runner bricks were α-Al₂O₃, mullite and tridymite. In working face of high alumina runner bricks, SiO₂phase was not observed, mullite and α-Al₂O₃phases more or less decreased. On the other hand, 2FeO·SiO₂, hercynite, FeO and Cr₂O₃phases were formed. Th corrosion of high alumina runner bricks showed different behavior by using various types of iron melts. Expecially, corrosivites of SK36 bricks and SK38 bricks, which immersed in SF-45 Iron melts for 60min, were 75.9% and 20.47%, respectively. Microcracks in high alumina runner bricks increased from the working face to the inside due to thermal and chemical spalling.

MgO-Cr₂O₃캐스타블의 화학적 손상에 관한 연구

최익대,이윤복,박홍채,오기동 부산대학교 생산기술연구소 2000 生産技術硏究所論文集 Vol.59 No.-

마그-크롬질 캐스타블에 대한 내알칼리성 증진에 의한 수명 향상의 가능성을 검토하였다. 골재로서 전융 알루미나, 크롬질, 소결 스피넬, 마그-크롬질, 마그네시아질 순으로 알칼리 침식에 대한 저항성이 우수하였다. 마그-크롬질은 다른 골재에 비하여 알칼리에 대한 침식저항성 뿐만 아니라 열충격에 대한 저항성이 양호하였다. 장시간 적용 시험시 β-2CaO · SiO2.3CaO · SiO2 및 K2SO4가 존재하였고 조직 취화를 초래하여 가동면에서 손상을 가속하였다. 전융 마그네시아를 사용한 경우 소결 마그네시아질에 비하여 재질 변경 및 조직 치밀화로 인하여 알칼리에 대한 침식 억제 효과가 있었다. For long life of applications in MgO-Cr2O3 castables, the improvement of chemical resistance against alkali salts were investigated. Chemical resistance against alkali salts was excellent in order, i.e fused alumina, chrom ore, sinterded spinel, Magnesia-chrome, magnesia based castables. magnesia-chrome based tastable was comparatively good in the chemical attacks and the thermal resisatnce. As working for long time, β-2CaO · SiO2, 3CaO · SiO2 and K2SO4 were existed, and they accelerated chemical wear in the working area of magnesia-chrome castables caused the degreaded microstructure. The chemical resistance of fused magnesia in MgO-Cr2O3 castables showed the more excellent than that of the sintered magnesia due to the densification of mircrostructure and the change of materials

MgO-C질 내화재료의 내침식성에 관한 연구

오기동,허정,이윤복,박홍채 釜山大學校生産技術硏究所 1999 生産技術硏究所論文集 Vol.57 No.-

마그네시아와 인상흑연을 출발원료로, 페놀레진을 결합제로 사용하여 MgO-C질 내화물을 제조하고 내산화성 및 내슬라그성에 미치는 금속 Al, Si의 첨가효과를 검토하였다. 무첨가에 비하여 금속 Al 및 Si 첨가시 고온 물성이 양호하였고, Al 참가는 Si 보다 1400℃에서 산화저항성이 우수하였다. 침식지수는 전융마그네시아는 해수 또는 천연소결마그네시아에 비하여 가장 낮았고, 인상흑연은 순도가 높아짐에 따라 내식성이 향상되어 순도가 99%일 때 침식지수가 30 이었다. MC 및 MC-S에 비하여 MC-A는 침식지수는 33으로 가장 양호하였다. MgO-C refractories were prepared from a mixture of magnesia, flake graphite and phenol resin as a binder, and effects of addition of Al and Si on oxidation resistance and chemical stability against slag were investigated. By adding Al and Si, samples showed excellent physical properties at high temperatures, and the oxidation resistence by Al addition was higher than that by Si addition at 1400℃ for 5hrs. Corrosion index of fused magnesia was lower than those of sea-water and natural sintered magnesias. Higher purity of flake graphite had much chemical stability against slag, and the corrosion index was 30 at 99% purity. Corrosion index of MC-A sample was 33 lower than those of MC- and MC-S samples.

SHS법에 의한 ZrB₂-Al₂O₃복합체의 치밀화에 미치는 Al의 첨가영양

오기동,양용,이윤복,박홍채 釜山大學校生産技術硏究所 1999 生産技術硏究所論文集 Vol.57 No.-

ZrO₂, B₂O₃ 및 과량 Al을 사용하여 SHS법에 의한 ZrB₂-Al₂O₃복합체를 합성을 하고 과량의 Al이 합성물의 치밀화에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 연소합성반응이 일어나는 점화온도는 800℃∼820℃범위이었다. 과량의 Al(x)을 0에서 6몰까지 변화시 합성물의 치밀화는 증가하여 x=6일 때 약 76%이었다. 합성물의 치밀화에 미치는 성형압력에 대한 영향은 거의 없었다. x=0인 경우 압축강도는 100MPa/㎟인 반면에 과량의 Al이 증가함에 따라 강도는 증가하여 x=6인 경우 215MPa/㎟이었다. ZrB₂-Al₂O₃composites were prepared from a mixture of ZrO₂, B₂O₃and excess Al, and effect of excess Al addition on densification of combustion products was investigated. Ignition temperrature to occure spontaneosly combustion reaction was 800∼820℃. As excess Al(x) increase from 0 to 6, the densification increased, and the density of combustion product was 76% theorectical at x=6, the densification increased, and the density of combustion product was 76% theorectical at x=6. However, compaction pressure did not have much effect on densication of combustion products. Compressive strength of combustion products increased with excess Al, and increased to 215MPa/㎟ at x=6 compared to 100MPa/㎟ at x=0.