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Al₂O₃ 분말의 분산도 증가를 위한 플라즈마 표면처리 공정 연구
안치성(C. Ahn),장규봉(K. B. Jang),전재은(J. E. Jeon) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
금속산화물 분말(Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂ 등)은 세라믹 3D 프린팅을 구현하기 위한 핵심적인 구성 요소로서 순도, 입경 분포 및 형태, 표면 작용기 등의 물리/화학적 특성에 따라 출력물의 품질이 좌우될 수 있기 때문에 이와 관련한 전처리 공정 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 열처리 기반의 탈지 및 소결 공정으로부터 기인하는 변형, 수축, Crack 현상을 최소화하기 위해서는, 고밀도 세라믹 페이스트를 구현하는 것이 중요하므로, 바인더와의 결합 시 분산도 극대화가 가능한 분말 표면 개질 공정에 대한 관심이 증가하고 있다. 대표적으로, Ball-milling 공정을 이용하여 세라믹 분말의 표면 활성화를 극대화하고 이를 통해 입자 접합을 유도함으로써 저온에서 Green Body 를 구현하는 연구가 진행되었으나, 상대적으로 긴 수십 시간 이상의 전처리 공정시간으로 인해 세라믹 3D 프린팅의 RM (Rapid Manufacturing) 체제를 효과적으로 구축하는 데에는 한계가 있다. 본 연구에서는 나노사이즈 입경 분포(약 300 nm)를 지닌 Al₂O₃ 분말 표면의 친수성을 증가시키기 위해 저온 진공플라즈마 표면처리 공정을 도입하였고, 공정 변수에 따른 분산도 변화를 관찰하였다. 분말의 최대 표면처리 시간은 1 시간 미만으로 설정하였으며, 작용기를 형성하기 위한 Precursor 로서 O₂ Gas 및 H₂O 증기를 사용하였고, Ar 을 Carrier Gas 로 도입하여 플라즈마를 방전하였다. 또한, 분산도를 평가하기 위해서 플라즈마 표면처리 된 분말을 DI Water 에 희석한 후 침강 속도를 관찰하였다.
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