PZT 세라믹스에서 $PbZrO_3$와 $PbTiO_3$ 첨가에 의한 입계이동과 입자모양 변화

허태무,김재석,이종봉,이호용,강석중 한국세라믹학회 2000 한국세라믹학회지 Vol.37 No.1

When PbZrO3 (PZ) and PbTiO3 (PT) particles were scattered on polished surfaces of sintered Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PZT; Zr/Ti=1.08) and then annealed, the PZT grain boundaries migrated. Near the scattered particles, grain boundaries were corrugated and thus the grain shape changed from a normal one to irregular ones. Especially, near the scattered PZ particles, fast grain growth occurred. In the regions swept by moving grain boundaries, the Zr/Tiratio was measured to be about 1.35 for of PZ scattering and about 0.8 for PT scattering, respectively. This result indicates that the grain boundary migration was induced by alloying of Zr and Ti ions in PZT grains, as in usual diffusion induced grain boundary migration(DIGM). A calculation showed that higher coherency strain energy was induced for PT scattering because of higher alloying of Ti than of Zr.

BaTiO₃에서 SiO₂ 첨가에 의한 비정상 입성장과 단결정 성장

김재석,허태무,이종봉,이호용 한국세라믹학회 2004 한국세라믹학회지 Vol.41 No.3

BaTiO$_3$ 소결체에 국부적으로 SiO$_2$를 첨가하고 열처리하여 비정상 입성장을 유도하였다. 열처리 중에 SiO$_2$가 첨가되지 않은 부분에서는 BaTiO$_3$ 기지상 입자의 성장이 아주 느리게 일어났으나, SiO$_2$가 첨가된 부분에서는 BaTiO$_3$ 기지상 입자가 빠르게 성장하였다. 장시간 열처리 후에는 SiO$_2$가 첨가된 부분에서 비정상 입자가 생성되었고, 열처리 중에 연속적으로 성장하여 2 cm 크기 이상으로 성장하였다. 성장한 비정상 입자내부에는 (111) double twin 또는 single twin 등의 결함이 관찰되지 않아, 국부적으로 첨가된 SiO$_2$에 의하여 생성된 액상에 의하여 비정상 입자와 단결정이 성장하였다. 이러한 결과는 BaTiO$_3$계에서 액상 분포의 불균일으로 비정상 입성장이 유도될 수 있으며, 또한 비정상 입성장을 이용하여 쌍정면 결함을 포함하지 않는 cm크기의 BaTiO$_3$ 단결정을 제조할 수 있음을 보였다. A very small amount of SiO$_2$ was locally added in sintered BaTiO$_3$ ceramics and then heat-treated at 135$0^{\circ}C$. In the region where SiO$_2$ was not added, grain growth occurred very slowly. In the region where a very small amount of SiO$_2$ was added, however, grain growth occurred very actively. After long time annealing at 135$0^{\circ}C$, abnormal grains appeared only in the part where SiO$_2$ was added and grew up to 2 cm in size. In the grown abnormal grains or single crystals, (111) double or single twins were not observed. The growth of abnormal grains or single crystals was explained by formation of liquid phase in the region where SiO$_2$ was added. These results showed that centimeter-sized BaTiO$_3$ single crystals without (111) double or single twins could be fabricated by using abnormal grain growth.

(65)Pb(${Mg_{1/3}}{Nb_{2/3}}$)$O_3$-(35)$PbTiO_3$의 입자성장과 치밀화에 미치는 과량 PbO의 영향

이종봉,허태무,이호용,최균,김도연,Lee, Jong-Bong,Hur, Tae-Moo,Lee, Ho-Yong,Choi, Kyun,Kim, Doe-Yeon 한국세라믹학회 2000 한국세라믹학회지 Vol.37 No.7

The effect of excess PbO(0, 1, 2, 4, and 8 mol%) on grain growth and densification of (65)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-(35)PbTiO3 [mol%] ceramics has been investigaetd. With increasing the amount of excess PbO and sintering time, densities of sintered samples decreased gradually. The samples containing less than 1 mol% of PbO showed normal grain growth behavior, however abnormal grain growth was observed to occur in the samples with more than 2 mol% of PbO. In the samples with more than 2 mol% of PbO, the number of abnormal grains decreased and thus the average grain size became smaller with increasing the amount of excess PbO. These results demonstrated that the abnormal grain growth started to occur when a critical amount of excess PbO was added to a (65)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-(35)PbTiO3 sample. Since PMN-PT grains in a liquid matrix were angular, the observed abnormal grain growth was explained to proceed through the two dimensional nucleation process.

BaTiO₃에서 2차 비정상 입성장

이호용,김재석,허태무,이종봉 선문대학교 1998 공과대학논문집 Vol.1 No.1

Ti-excess BaTiO_(3)를 1360℃와 1370℃ 사이 온도에서 열처리하였을 때, 비정상 입자들이 수 ㎜까지 성장하였다. 이러한 비정상 입자들은 1차 비정상 입성장이 끝난 후에 다시 나타나 이를 2차 비정상 입성장이라고 하였다. 대부분의 2차 비정상 입자들에서 수 십 ㎛ 두께의 (111) 쌍정이 관찰되며, 2차 비정상 입성장은 1360℃와 1370℃ 사이의 온도 범위에서만 일어났다. 이러한 2차 비정상 입성장을 Twin-Plane Re-entrant Edge (TPRE) 성장기구로 설명하였다. When undoped BaTiO_(3) powder of Ti-excess composition was sintered, some abnormal grains appeared and grew to several millimeters at temperatures between 1360℃ and 1370℃. Since it occurred after completion of the first abnormal grain growth, it is called the secondary abnormal grain growth (SAGG). Almost all secondary abnormal grains were observed to contain the (111) double twins of about several tens ㎛ spacing. The SAGG was observed to occur on]y at temperatures between 1360℃ and 1370℃. The SAGG was explained in terms of Twin-Plane Re-entrant Edge (TPRE) growth mechanism.

$BaTiO_3$에서 이차 비정상 입성장과 (111)쌍정판

김재석,이종봉,허태무,이호용,김도연 한국세라믹학회 1999 한국세라믹학회지 Vol.36 No.12

BaTiO3에서 SiO2 첨가에 의한 비정상 입성장과 단결정 성장

김재석,이호용,허태무,이종봉 한국세라믹학회 2004 한국세라믹학회지 Vol.41 No.3

A very small amount of SiO2 was locally added in sintered BaTiO3 ceramics and then heat-treated at 1350oC. In the region where SiO2 was not added, grain growth occurred very slowly. In the region where a very small amount of SiO2 was added, however, grain growth occurred very actively. After long time annealing at 1350oC, abnormal grains appeared only in the part where SiO2 was added and grew up to 2 cm in size. In the grown abnormal grains or single crystals, (111) double or single twins were not observed. The growth of abnormal grains or single crystals was explained by formation of liquid phase in the region where SiO2 was added. These results showed that centimeter-sized BaTiO3 single crystals without (111) double or single twins could be fabricated by using abnormal grain growth. BaTiO3 소결체에 국부적으로 SiO2를 첨가하고 열처리하여 비정상 입성장을 유도하였다. 열처리 중에 SiO2가 첨가되지 않은 부분에서는 BaTiO3 기지상 입자의 성장이 아주 느리게 일어났으나, SiO2가 첨가된 부분에서는 BaTiO3 기지상 입자가 빠르게 성장하였다. 장시간 열처리 후에는 SiO2가 첨가된 부분에서 비정상 입자가 생성되었고, 열처리 중에 연속적으로 성장하여 2 cm 크기 이상으로 성장하였다. 성장한 비정상 입자내부에는 (111) double twin 또는 single twin 등의 결함이 관찰되지 않아, 국부적으로 첨가된 SiO2에 의하여 생성된 액상에 의하여 비정상 입자와 단결정이 성장하였다. 이러한 결과는 BaTiO3 계에서 액상 분포의 불균일으로 비정상 입성장이 유도될 수 있으며, 또한 비정상 입성장을 이용하여 쌍정면 결함을 포함하지 않는 cm 크기의 BaTiO3 단결정을 제조할 수 있음을 보였다.

PbZrO₃첨가에 의한 PZT의 입계이동

이호용,김재석,허태무,이종봉 선문대학교 1998 공과대학논문집 Vol.1 No.1

미세연마된 Pb(Zr_(0.52),Ti_(0.48))O_(3)(PZT) 소결체에 PbZrO_(3) 입자들을 뿌리고 900℃에서 1200℃ 사이에서 각각 3시간씩 열처리 하였을 때, 뿌려진 PbZrO_(3) 입자 주위에서 빠른 입자성장과 화학불안정에 의한 입계이동이 일어났다. 1100℃에서는 물결모양의 입자들이 관찰되었고, 1200℃에서는 1100℃?비하여 길쭉하고 큰 입자들이 관찰되었다. 물결모양의 입자들 중에서 입계이동 부위를 조성 분석한 결과 입계이동부위에서 Zr/Ti 비가 약 1.35 정도로 입자 내부보다 높게 나타났다. 이 결과로 PbZrO_(3)가 PZT의 입계를 통하여 확산되면서 입자성장과 화학불안정에 의한 입계이동을 유발하였다는 것을 알 수 있었다. When PbZrO_(3) particles were scattered on polished surfaces of sintered Pb(Zr_(0.52),Ti_(0.48))O_(3) and annealed at temperatures between 900℃ and 1200℃, fast growth of PZT grains and chemically induced grain boundary migration (CIGM) occurred near scattered PbZrO_(3) particles. At 1100℃, corrugated grain boundaries were the most offer observed. In the region swept by a moving grain boundary, Zr/Ti ratio was about 1.35 which is higher than inside PZT grains. This shows that Zr ions diffused along grain boundaries from scattered PbZrO_(3) grains and then CIGM was induced by alloying of Zr in PZT grains

(65)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-(35)PbTiO3 세라믹스에서 Mg 원료 분말에 따른 분말합성과 미세조직 변화

이호용,이종봉,김재석,허태무 선문대학교 1999 공과대학논문집 Vol.1 No.2

세 가지 다른 MgO 원료 분말(4MgCO_(3) · Mg(OH)_(2) · 4H_(2)O, 초고순도 MgO, 고순도 MgO)을 사용하여 (65)PMN-(35)PT(mol%) 분말을 만들고 분말의 형상 빚 크기, 상형성, 그리고 소결 특성을 조사하였다. 제조한 분말로 성형체를 만들어 1100℃와 1200℃에서 소결 하였을 때, 2차상은 관찰되지 않았고 모두 perovskite 상이었다. 4MgCO_(3) · Mg(OH)_(2) · 4H_(2)O와 초고순도 MgO를 사용한 경우는 소결체의 입자크기가 비슷하였으나, 고순도 MgO 분말을 사용한 경우는 다른 시편들 보다 4배 정도 큰 입자들이 관찰되었다. 이러한 차이는 MgO 분말의 순도와 입자크기, 그리고 원료 분말에서의 Mg 양 차이에서 기인한다고 생각된다. By using three different Mg-source powder (4MgCO_(3) · Mg(OH)_(2) · 4H_(2)O, MgO(very high pure), MgO(high pure)), (65)Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-(35)PbTiO_(3) (mol%) powder was synthesized. When the three different (65)PMN-(35)PT compacts were respectively sintered at two different temperatures of 1100℃ and 1200℃, other phase except perovskite was not observed. The average grain size in the sample synthesized by using high pure MgO was four times bigger than those in other samples, The difference in grain size among three samples was explained in terms of purity of Mg source powder, particular size, and Mg content in source powder.