결합제 조성이 수계 세라믹 테이프의 성형 특성에 미치는 영향

박일석 연세대학교 대학원 2005 국내박사

Polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cellulose, gelatine 그리고 아크릴 에멀젼과 같은 수용성 결합제를 사용하여 수계 세라믹 테이프를 제조하고 이들의 단독 또는 혼합 결합제 조성이 세라믹 테이프의 성형성을 중심으로 세라믹 테이프의 특성에 미치는 영향을 관찰하였다. 3차원 형상 제조를 위해 PVP를 결합제로 사용한 알루미나 테이프의 습도증가에 따른 강도의 저하와 낮은 건조속도의 문제점들을 개선하기위해 PVA와 젤라틴을 결합제로 첨가하였다. PVA의 첨가는 PVA의 높은 수화도와 결정성에 의해 PVP 함유 테이프 강도의 습도의존성 문제를 해결할 수 있었으며 젤라틴의 첨가는 건조 시 테이프 내 수분이 젤라틴의 겔화를 유발시켜 건조속도가 향상된 알루미나 테이프를 제조할 수 있었다. 강도, 유연성, 접착성과 건조시간이 최적화된 수계 알루미나 테이프를 위한 복합 수계 결합제의 조성은 89.5 wt% PVP-10 wt% PVA-0.5 wt%gelatine 이었다. 한편 PVP와는 달리 아크릴 에멀젼은 단일 결합제로도 접착성, 유연성이 우수하며 건조속도가 빠른 3차원 형상제조를 위한 수계 알루미나 테이프의 제조가 가능하였다. 이러한 특성은 에멀젼 단량체의 구성에 의한 것으로 이들이 테이프의 유연성에 영향을 주는 유리전이온도 (Tg)와 인장강도의 특성을 결정하기 때문으로 butyl acrylate, methyl aclylate, hexyl acrylate 그리고 methyl-metha acrylate로 구성된 에멀젼의 경우 약 -20℃의 유리전이온도를 나타내었다. 그러나 아크릴 에멀젼이 LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)용 박막 (100 이하)의 세라믹 테이프를 형성하기 위한 결합제로는 테이프의 강도가 낮고 높은 접착성에 의해 필름으로부터 테이프를 분리해 내기 어려운 문제점들을 가지고 있어 아크릴 에멀젼의 단독사용은 적층형 전자부품을 위한 박막의 세라믹 테이프 제조에 적용할 수 없었다. 이러한 특성을 해결하기 위해 수계 결합제들이 박막의 세라믹 테이프의 특성에 미치는 영향을 연구하고자 Al2O3-SiO2-B2O3-K2O로 구성된 LTCC 분말을 사용하여 수계 세라믹 테이프를 제조하였다. 이를 위해 아크릴 에멀젼, hydroxypropylmethyl cellulose(HPMC), 그리고 PVA를 혼합한 복합결합제를 사용하였다. 높은 강도를 부여하는 HPMC 내 ether backbone의 특성으로 인해 최소 10 두께까지 수계 세라믹 테이프의 제조가 가능하였으며 PVA의 높은 결정성이 세라믹 테이프의 접착력을 저하시킴으로 인해 박막의 세라믹 테이프를 필름으로부터 분리가 용이하였다. 테이프 제조 시 LTCC 분말 내 B2O3의 수화에 의한 슬러리 분산성의 저하는 결합제를 아크릴 에멀젼-HPMC-PVA의 순서로 첨가하여 PVA나 HPMC와의 겔화를 억제시켜 개선함으로 테이프 캐스팅용 슬러리의 점도를 이룰 수 있었다.Mixtures of water-soluble binders, such as polyvinyl alchohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cellulose, gelatine, and acrylic emulsion were used for fabrications of water-based ceramic tapes and influences of the binder compositions on tape properties were investigated placing emphasis on formability of the tapes. The drawbacks of the water-based alumina tapes using the PVP as a binder for the applications of three-dimensional forming were eliminated by the addition of PVA and gelatine. The PVA alleviated the relative humidity sensitive strength degradation of the PVP-tape due to the high hydrolysis level and the high molecular weight of the PVA. On the other hand, the gelatine increased the tensile strength and the drying rate of the alumina tapes containing the PVP binder as a result of gelation while drying. The strength, flexibility, adhesiveness, and drying rate of the aqueous-based alumina tape were optimized by using a co-binder whose composition was 89.5 wt% PVP, 10 wt% PVA, and 0.5 wt% gelatine. In contrast with PVP, acrylic emulsion was used as a single binder to fabricate water-based alumina tapes having high flexibility and drying rate, excellent adhesiveness, and humidity-insensitive strength, which are prerequisite to 3-dimensional forming. These properties were attributed to the presence of monomers, such as butyl acrylate, methyl acrylate, hexyl acrylate, and methyl-metha acrylate, in the emulsion, which led to a low glass transition temperature (Tg) of -20℃. Nevertheless, the acrylic emulsion binder alone could not be applied for the fabrication of water-based LTCC tapes whose thickness is less than 100 μm because the acrylic emulsion binder is not stiff enough to form thin tapes and is too sticky to peel off from the Mylar film. The LTCC tapes, containing Al2O3-SiO2-B2O3-K2O were prepared using the binder mixture of acrylic emulsion, hydroxypropylmethyl cellulose(HPMC), and PVA. HPMC conferred a high stiffness so that the tapes could be casted with the thickness of 10 μm. On the other hand, PVA facilitated the removal of the tapes from the tape carrier. Hydration of B2O3 in water caused an coagulation between the LTCC powders and PVA or HPMC so that the tapes could not be casted. The adverse effect of the hydrated B2O3 on the dispersion of the powders was eliminated by the addition of the binders in the sequence of acrylic emulsion-HPMC-PVA. The sequence suppressed the influences of the side groups of OH in HPMC and PVA on charging of the hydrated B2O3 so that the slurry could be had viscosity for casting.

치과용 지르코니아의 소결 및 전장도재와의 결합 특성

김태석 경상대학교 대학원 2012 국내박사

Densification and mechanical properties of dental zirconia ceramics were evaluated by different sintering methods. Microwave sintering was very effective so that considerable mechanical properties such as flexural strength and bulk density were drastically increased than conventional electric heating method. It is also shown that microwave sintering time was faster and more economical than common method to be present in qualities which equal or exceed. However, in the high heating rate, some cracks were occurred in the thick specimens. By adjusting the heating rate in dry phase at lower temperature than 400℃, thereby having been able to inhibit the crack formation, which had occurred in the specimen with large thickness due to moisture, and to obtain the fine zirconia sintered body. However, it will be important to seek the accurate sintering condition of dental zirconia by microwave sintering method and the continuous research is necessary for the study of relationship between sintering temperature and mechanical properties. The shear bond strength between sintered zirconia cores and veneering ceramics was measured and the effect of Coefficient of Thermal Expansion(CTE) of veneering ceramics and surface treatment method were evaluated. Four groups of veneering ceramics with different CTE were sintered on sandblasted zirconia. The shear bond strength of lower CTE was higher than high CTE groups. And 4 groups of specimens with different surface treatment were prepared. Group I: without any pre-treatment, Group II: treated with sandblasting, Group III: treated with liner, Group IV: treated with sandblasting and liner. The shear bond strength was tested in a universal testing machine. The shear bond strength of Group II was significantly higher than the other groups. Sandblasting decreased the percentage of interfacial failure patterns and increased the surface roughness and bond strength. In contrary, liner application reduced the shear bond strength and increased the likelihood of interfacial failure and delamination of the veneering ceramic from the zirconia core structures. CTE of the core and veneer is an important factor in making a successful core veneer combination. Finally the effect of thermo-cycling treatment on the bond strength and flexural strength of ceramic veneered zirconia was evaluated. After thermo-cycling treatment between 5℃ to 55℃ ceramic-zirconia bond strength and zirconia flexural strength was not affected. In the phase analyses using XRD, after thermo-cycling treatment, however both the experimental group and the control group were tetragonal phase. That is, the ceramic-zirconia bond strength and zirconia flexural strength were unaffected by low temperature degradation. So low temperature aging treatment did not reduce the flexural strength and the temperature applied to the aging treatment was relatively low.

고온수증기분해를 위한 관형 이중층의 멤브레인과 SOEC 제조

이경진 인하대학교 대학원 2013 국내석사

High temperature steam electrolysis (HTE) is an environmentally friendly process because of manufacturing the hydrogen using electricity obtained from nuclear power. And It is suitable method to produce the hydrogen to use a heat source by the temperature area of the high-speed or high-temperature furnace. There are two of HTE, ceramic membrane and SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell). HTE using the ceramic membrane can overcome the thermodynamic limit. and produce the hydrogen at low temperature (800-1000 ℃). Because, if oxygen or hydrogen decomposed from water vapor is selectively removed, it will be possible for the equilibrium of the above reaction to shift towards water decomposition. HTE using SOEC has a high efficiency since a portion of the electricity required for electrolysis can be replaced by thermal energy such as waste heat. Materials used for SOEC are stabilized zirconia, perovskite type oxides and mixture of ceramic and metallic nickel as electrolyte, anode and cathode, respectively. If the electricity is applied to the SOEC unit cell, high-temperature water vapor is decomposed, leading to generation of hydrogen gas at the cathode side. Oxygen ions passed through the electrolyte generate the oxygen gas at the anode side. In this study, commercial La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) and synthetic La0.6Sr0.4Ti0.2Fe0.8O3-δ (LSTF), Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF) Disc-type ceramic membrane) materials having Mixed ionic electronic conductivity (MIEC) and high oxygen permeability were prepared and evaluated electrochemical properties to apply the HTE system by the above two ways. Also, I manufactured the microtubular ceramic membranes and the SOEC (NiO-YSZ / YSZ / LSM) to increase the density due to the miniaturization and easy to seal between gas of both areas. And evaluated the sintering behavior, microstructure, and electrochemical properties. 고온수증기 분해 (high temperature steam electrolysis, HTE)는 원자력으로부터 얻는 전기를 이용하여 수소를 제조하기 때문에 이산화탄소를 배출하지 않는 환경친화적 프로세스이며, 고온가스로 또는 고속로의 온도영역이 열원으로서 적합한 수소제조법이다. 고온 수증기 분해는 세라믹 멤브레인에 의한 분해법과 SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell)에 의한 분해법의 두 가지 방식이 있다. 세라믹 멤브레인을 이용한 수증기 분해는 수증기로부터 분해된 산소 또는 수소를 선택적으로 제거하게 되면 상기 반응의 평형을 물이 분해되는 쪽으로 shift하는 것이 가능하기 때문에 열역학적인 한계를 극복하고 비교적 낮은 온도 (800-1000℃)에서 수소를 제조할 수 있다. 또한 SOEC에 의한 수증기 분해는 전기분해에 필요한 전기 중 일부를 열에너지로 공급하는 방식으로 효율이 높으며 전해액으로는 고온 수증기를 사용하고, 전해질로는 산소 이온전도성을 갖는 안정화 지르코니아 등을 이용하며 양극으로는 페롭스카이트(Perovskite) 타입의 산화물, 음극으로는 금속 니켈과 세라믹의 혼합 소결체등이 사용된다. SOEC의 단위 셀에 전기를 가해주면 고온 수증기는 음극에서 분해되어 수소를 발생하고 분해된 산소이온은 전해질을 통과하여 양극에서 산소가 생성된다. 본 연구에서는 상기 두 가지 방식에 의한 고온 수증기 분해시스템을 적용하기 위하여 Mixed ionic electronic conductivity(MIEC)와 높은 Oxygen permeability를 가지고 있다고 보고된 상용의 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)와 합성된 La0.6Sr0.4Ti0.2Fe0.8O3-δ(LSTF), Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF) 재료를 이용한 Disc형의 세라믹 멤브레인을 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. 또한 양쪽 영역의 Gas간의 Sealing이 용이하고 소형화에 의한 집적도를 높일 수 있는 Micro tube 형태의 세라믹 멤브레인과 SOEC (NiO-YSZ / YSZ / LSM)을 제조하여 소결거동, 미세구조, 전기화학적 특성을 평가하였다.

전사법을 이용한 다전지식 고체산화물 연료전지 설계ㆍ제작 및 그 성능에 관한 연구

안용태 인하대학교 대학원 일반대학원 2013 국내박사

다공성 세라믹 지지체 위에 다전지식 셀-스택을 제작을 하기위하여 연료극은 전기전도성이 우수한 소재로 폭은 넓게 두께는 얇게, 전해질은 이온전도성이 우수한 소재로 치밀하게, 공기극은 전기전도도성과 이온전도성이 우수한 소재로 폭은 좁고 두께는 두껍게, 연결재는 전기전도도성이 우수한 소재로 폭은 좁고 두께를 얇게 설계하였다. 위와 같이 설계한 다전지식 고체산화물 연료전지 셀, 스택은 원하는 폭과 두께를 갖게끔 제작코자 전사지를 이용하여 solid layer로 적층할 수 있는 새로운 적층방법을 고안하여 사용하였다. 새로 고안된 전사법을 이용하여 다공성 세라믹 지지체 위에 셀 구성소재를 앞면, 뒷면 및 옆면을 포함하는 전체면적에 여러 개 적층하여 동시에 제작 한 후 셀과 셀 사이를 연결재로 연결하여 SIS-SOFC 셀 스택을 제작하였다. 구성소재를 전사지로 제작할 경우 균일한 두께는 인쇄 횟수로 제어가 가능하였고, 구성소재 입자크기가 작고, 전사 oil양이 작을수록 치밀한 구조를 얻을 수 있었다. 다공성 세라믹 지지체 위에 연료극과 전해질 전사지 이용 셀을 제작한 경우 지지체의 다 기공 속으로 Ni-YSZ 연료극의 침투 없이 수십 ㎛ 두께의 다기공형의 연료극이 형성되었고, 다공성 연료극 층 위에 전해질 층이 치밀하게 형성되었다. 또한 지지층-연료극 층 및 전해질 층간의 계면간 접착도 우수하였다. 다공성 세라믹 지지체 전체면적에 셀-스택을 형성한 결과 기존 한 면에 적층할 때 보다 출력은 균일한 전류이동으로 셀-스택의 저항과 polarization resistance가 감소하여 3.3배(유효면적 2.6배)로 높게 나타났다. 전사법을 이용하여 다공성 세라믹 지지체 위에 전해질 전사지를 적층 시 적층횟수가 증가함에 따라 전면에 치밀한 구조를 형성하여 셀-스택의 개방회로전압이 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 전해질 두께가 증가함에 따라 grain size는 감소하는 경향을 나타내며 폐기공이 증가하는 경향이 나타났다. 연료극과 공기극 폭을 감소시켰을 때 전류이동경로 감소로 인해 lateral resistance가 감소하여 출력밀도는 증가하는 경향을 나타내었고, 평균 ASR은 폭이 감소함에 따라 감소하였다. 또한 전사법 이용 다공성 세라믹 지지체 위에 연료극을 수십 ㎛로 얇게 적층한 결과 산화, 환원분위기에서 Ni입자 소결에 의한 성능감소가 거의 일어나지 않았다. 셀 폭에 따른 출력은 셀의 폭을 5mm에서 7mm까지 증가 할 때는 출력은 증가하다가 8mm가 되면 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 유효면적 증가에 의해 출력이 증가하다가 셀 폭이 일정길이 이상 길어지면 lateral resistance가 더 큰 영향을 주기 때문이다. 셀 간격이 감소함에 따라 전류 분포가 집중되어 shunting current는 증가하였다. 하지만 전체면적 적층 시 셀 간격이 2mm일 때 전류손실은 가장 낮은 값을 나타내었고, 저항은 최소화 되어 가장 높은 출력 값을 나타내었다. Segmented-in-Series flat tubular SOFC cell-stack was fabricated on the porous ceramic support. Since the anode has high electrical conductivity which means the polarization in not influenced by the width and the thickness of the electrodes, the anode layer was designed to have a wide width and a thin thickness. The electrolyte was made to have dense microstructure to completely separate the oxygen potential between the anode and the cathode. Due to the low electrical conductivity of the cathode it was designed to be thick and narrow. The interconnect was designed to be narrow and thin to minimize ohmic loss. Each layer was formed using a decalcomania method by which any solid layer can be laminated with the desired thickness. The cell components were laminated on the porous ceramic support to be designed as covering the whole area of the front, the back and the side of the ceramic supports and an anode of one cell was electrically connected to a cathode of another cell through the interconnect. The thickness of the solid layer was able to adjust by the number of the screen printing process, and the density of the green layer was controlled by the particle size of the raw powder and the content of the decalcomania oil. All the layers were well laminated having uniform thickness of several tens of ㎛ without any inter-penetration of the Ni-YSZ anode to the porous ceramic support. The dense electrolyte was formed on the porous anode, and the adhesion between the support and the anode and between the electrolyte interface. The effective area of the flat tubular SIS-SOFC fabricated using decalcomania method, which the cell-stack is laminated to the whole area of a porous ceramic support, was increased as 2.6 times compared increase of the effective area, however, the actual power output was increased as 3.3 times. When 2~4 sheets of the electrolyte were laminated on the porous ceramic support, the thickness of the electrolyte and the OCV of the cell-stack had an increasing tendency as the number of the electrolyte decalcomania paper was increased. The grain size was decreased and the closed pore was increased as the thickness of the electrolyte increased. The power density was increased when the width of the anode and the cathode was reduced, and the average ASR was decreased as the width was decreased. As the thickness of the anode was designed as several tens of ㎛ on the porous ceramic support, there was non degradation effect of Ni coarsening at the reducing atmosphere. The overall power output was improved when the cell width increased from 5mm to 7mm whereas the cell width of 8mm resulted in the drop of the power output, and the ohmic resistance was increased as the cell width was decreased. When the cell-to-cell distance was adjusted to 1, 2 and 3mm, the power density showed a maximum value in the cell-to-cell distance of 2mm and a minimum in cell-to-cell distance of 1mm. The shunting current was decreased when the cell-to-cell distance was increased from 1mm to 3mm. The ohmic resistance and the polarization resistance showed minimum value in cell-to-cell distance of 2mm, maximum in cell-to-cell distance of 1mm.

(K,Na)NbO3계 압전 세라믹 링을 이용한 비납계 압축형 가속도계 센서 제조 및 특성 연구

한승호 홍익대학교 일반대학원 2020 국내석사

압전형 가속도계 센서는 화학 플랜트, 원자력발전소 등 다양한 산업 설비 및 기기의 구조적 건전성을 모니터링하는 데 사용되고 있는 핵심 센서이다. 현재 가속도 센서에 사용되는 대표적안 압전 소재로서 PZT계 세라믹이 사용되고 있는데 유해물질 사용 규제로 인해 납을 포함한 PZT를 대체하기 위한 비납계 압전 소재와 응용 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 KNN계 비납계 압전 세라믹 조성을 도입하여 환형(Ring type)의 실형상을 제조하였고 이를 센서 모듈 제작에 도입하였다. 또한, 메타모델링 및 압전 해석 등 시뮬레이션을 수행하여 센서 부품 디자인을 최적화하였으며, 센서의 주요 특성인 감도와 공진 주파수에 관련된 최적화된 디자인을 구하였다. 마지막으로 최적화된 디자인을 토대로 압축형 가속도계 센서 모듈을 제작하였고, 가진 시험 및 임피던스 특성 평가를 통해 전하 감도 및 공진주파수 특성을 결정하였다.

폐윤활유 정제/재생용 세라믹 복합막의 최적화

이경수 연세대학교 대학원 2004 국내석사

고온 막분리에 의한 폐윤활유 재생 효율의 증진을 위하여 압출 성형법에 의한 세라믹 담체 및 슬러리 코팅에 의한 세라믹 복합막 제조 공정의 최적화, 담체 및 합성막의 미세구조, 기공구조, 유체투과 특성 그리고 폐윤활유 재생 효율 등이 연구되었다.세라믹 복합막 합성을 위해 선행되어야 하는 세라믹 담체의 최적화 작업을 수행하였으며 최적화된 알루미나 담체 (OD = 7.7 mm, thickness = 1 mm, length = 200 mm) 의 평균 기공크기는 1.17 이었고, 기공율과 순수 투과율은 각각 35 % 와 1972 ℓm2･h･bar 정도이었다. 제조된 알루미나 담체 상에 입자 크기가 0.4 인 지르코니아 슬러리로 역침지-인상법 (reverse dip-drawing technique) 을 사용하여 코팅한 분리막 층의 기공크기는 수은 압입법으로 측정하였을 때 0.0785 이고 두께는 20 정도였으며, 복합막의 순수투과율은 754 ℓm2･h･bar 정도이었다. 합성 분리막의 최대 기공크기는 최대 기포점법 (maximum bubble point test) 으로 측정하였을 때 0.244 였으나, 장치상의 측정 한계인 0.185 보다 큰 범위내의 기공 분율이 아주 적기 때문에, 결함이 거의 없는 균일한 크기의 기공크기를 갖는 분리막층이 형성되고 있음을 예측할 수 있었다.지르코니아 복합막을 이용한 막분리 공정에 의하여 50 ~ 150 ℃의 온도범위와 2.4 ms 의 유속 및 1.96 bar 의 transmembrane pressure 에서 폐윤활유를 재생 처리 했을 때, 각 온도에서의 오일 투과량은 처리시간 (4시간) 에 무관하게 일정하였으며, 온도에 거의 직비례하여 증가하였다. 정제된 투과유의 ash 함량은 100 ℃에서 처리 시 0.0414 wt % 정도이어서 재생 연료유로의 응용에 적합한 것으로 평가되었다. To improve the reclamation efficiency of waste lubricating oils through separation by membrane at high temperature, the synthetic processes of alumina supports by extrusion method and ceramic composite membranes by slurry coating technique were optimized. The microstructure, pore size and liquid permeation characteristics of synthesized supports and membranes as well as their reclamation efficiency of waste lubricating oils were also studied.The synthetic process of ceramic supports for preparing ceramic composite membranes was established, the mean pore size, porosity and pure water flux of the alumina support (OD=7.7 mm, thickness=1 mm, length=200 mm) were 1.17 , 35 % and 1972 ℓm2･h･bar respectively. The separation layer was fabricated onto the alumina support by the reverse dip-drawing technique using zirconia slurry with the particle size of 0.4 , its mean pore size measured by mercury porosimeter and the thickness were 0.0785 and 20 respectively, the pure water flux of the synthesized composite membrane was 754 ℓm2･h･bar. Although the maximum pore size of the separation layer was observed to be 0.185 by the maximum bubble point test, the low ratio of its pore volume above 0.185 which is maximum value by the test equipment could make it was evaluated that separation layer had uniform range of pore size without any defect.When the waste lubricating oils were reclaimed by separation process through the zirconia composite membrane under the condition that the crossflow velocity, the transmembrane pressure and the temperature range were 2.4 ms, 1.96 bar and 50 ~ 150 ℃ respectively, the oil permeability was not changed with the operation time (4 hours) and increased almost proportionally to the temperature. As ash content of permeate reclaimed at 100 ℃ was 0.0414 wt %, it was concluded that the reclaimed oil obtained by the membrane separation process could be used as reclaimed fuel oils.

(Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3 무연계 세라믹의 압전특성

최유정 인하대학교 대학원 2011 국내석사

압전 부품에 많이 사용되고 있는 PZT계 압전 세라믹은 유해물질인 납을 60% 이상 포함하고 있어 친환경 무연 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 주로 연구되고 있는 무연 압전 세라믹 재료는 압전 단결정계, Tungsten Bronze계, Bi-Layer, KNN계, 페로브스카이트계 등의 5가지 정도로 구분할 수 있다. 그 중에서도 비스무스계에 대한 연구를 중심으로 활발히 진행되었다. PZT계 대체 조성중의 하나인 (Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)계 소재는 상온에서 강한 강유전 특성을 나타내지만, 비교적 큰 잔류분극(remanent polarization, Pr=38μC/cm2)과 항전계(coercive field, Ec=73kV/cm)을 가지고 있다.1) 순수한 (Bi0.5Na0.5)TiO3는 높은 항전계와 낮은 절연파괴전압(breakdown voltage)을 가지고 있어 분극(poling)이 어렵다. 그래서 BaTiO3, CeO2 등을 첨가 및 치환시키는 화학적 개량으로 압전 특성을 향상시키는 연구가 활발히 수행되고 있다. 본 연구에서는 일반적인 세라믹 공정을 이용하여 (1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBaTiO3 ((1-x)BNT-xBT) (x=0.03, 0.06, 0.08, 0.12, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4) 세라믹을 제작하였다. 그리고 세라믹의 결정구조, 유전특성 및 압전특성을 관찰하였다. BNT-BT의 밀도와 미세구조는 BaTiO3의 양이 증가할수록 감소하였다. BNT-BT의 결정구조는 BaTiO3의 양이 증가함에 따라 능면정상에서 정방정상으로 변화하였다. kt와 d33는 x=0.12일 때, 27.1%와 131pC/N을 나타내었다. Pb(Zr,Ti)O3 ceramics have been widely used as sensors, actuators, filter, resonator and other piezoelectric devices because of outstanding piezoelectric and dielectric properties. However, they contain 60 weight percent PbO and it raises the environmental problems. Lead-free piezoelectric ceramic materials are mainly investigated the piezoelectric single crystal system, Tunsten Bronze system, Bi-Layer, KNN system, Perovskite system. Bismuth inter alia for the systems have been extensively conducted research focusing on. (Bi0.5Na0.5)TiO3 has relatively large remenant polarization(Pr=38μC/cm2) and large coercive field.(Ec=73kV/cm). But because of its large coercive field and relatively high conductivity, pure (Bi0.5Na0.5)TiO3 is difficult to poling and its piezoelectric properties are not desirable. Therefore, (Bi0.5Na0.5)TiO3-based solid solutions were studied to improve piezoelectric properties BaTiO3, CeO2, and the addition and substitution by a chemical addition. In this study, using conventional ceramic process (1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBaTiO3((1-x)BNT-xBT)(x=0.03, 0.06, 0.08, 0.12, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4) ceramics were fabricated. And we have investigated the crystalline structure, dielectric and piezoelectric properties of ceramics. The density and microstructure of the BNT-BT ceramics is decreased with increasing BaTiO3 concentration. The crystalline structure of BNT-BT changed from rhombohedral to tetragonal with increasing BaTiO3 concentration. The kt and d33 showed their maximum at x=0.12 with 27.1% and 131pC/N.

Ormosil sol 코팅에 의한 세라믹 복합 막의 제조 및 특성

김태봉 연세대학교 대학원 2005 국내석사

Ceramic membrane that is stable for high temperature, high pressure and chemicals is studying because of increasing needs for filter system in severe condition. Sol-gel methods offer many advantages over conventional slip-casting, including the ability to produce ceramic membranes. They are purer, more homogeneous, more reactive and contain a wider variety of compositions. In this study, we produced ormosil sol of TEOS-AlNPDMS-PEG system by sol-gel process. Ormosil sols are prepared under different concentration of inorganic component and various conditions of adding polymer. The properties of as-prepared ormosil sol such as, viscosity, gelation time are characterized. Also, the ceramic membrane was prepared by dip-coating with synthetic sol and its micro-structure was observed by scanning electron microscopy. The permeability and rejection efficiency of membrane for oilwater emulsion were evaluated as cross-flow apparatus. Viscosity of sol was increased with increasing the solid concentration of TEOS-AlNPDMS system but gelation time was decreased. The secondary particle''s size of synthetic TEOS-PEG ormosil sol was controled about 200 ㎚, ormosil sol was prepared with changing PEG molecular weight. It''s viscosity was measured as little change in range of 4.8 to 6.1 but phase separation was quickly progressed by increasing molecular weight of organic component. The membrane coated ormosil sol was easily formed by steric effect of polymer. Also, the coated porous membrane on wet support soaked in solvent was thinly formed without crack by effect decreased in capillary force. The permeability of ormosil sol coated membrane compared with colloidal sol coated that was elevated about 200 ℓm2h at point of five minutes from starting test. Also, the rejection efficiency improved. The ormosil sol coated membranes on wet support soaked in solvent are efficient for the oily waste water treatment. When back washing process periodically conducted, the permeability of coated membranes with various conditions will be increased. 산업의 진보에 따라 가혹한 조건에서의 필터시스템에 대한 요구가 늘면서 세라믹 분리 막에 대한 필요가 증가되고 있다. Sol-gel 공정에 의해 제조된 세라믹 membrane은 보다 순수한 재료를 이용할 수 있고, 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 다양한 복합체도 넓은 범위에서 반응을 유도할 수 있다는 장점을 가지고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 sol-gel 공정을 이용하여 TEOS-AlNPDMS-PEG계 ormosil sol을 합성하였다. 무기 성분의 농도변화 뿐 아니라 polymer 분자량 및 첨가량을 변수로 하여 sol 합성 후 특성 변화를 관찰하였다. 합성된 sol을 튜브 형 다공성 담체에 dip-coating법을 이용하여 막을 제조하였으며, 분리 막의 미세구조를 확인하였다. 합성 복합 막의 OilWater 에멀젼의 처리효율을 cross-flow 타입의 막 분리 장치를 이용하여 측정하였다. TEOS-AlNPDMS ormosil sol은 무기 성분의 농도가 높아질수록 점도가 높아졌고 gel화 시간은 급격히 줄어들었다. TEOS-PEG ormosil계는 합성 sol의 이차 입자 크기가 200 ㎚ 급으로 제어된 system에 PEG 분자량을 변수로 한 ormosil sol을 제조하였다. 각각의 점도 변화는 4.8-6.1 cP.s로 그 차이가 크게 나타나지 않았으나, gel화 시간의 변화는 분자량이 큰 polymer를 첨가할수록 급격히 감소되었다. 미세구조 관찰에선 ormosil sol을 이용하였으므로 polymer의 입체적 장애에 의해 코팅 층을 용이하게 형성시킬 수 있었다. 또한, sol 코팅 전에 담체를 용매에 담지 시킨 후 코팅함으로써 모세관력이 줄어든 효과로 더욱 얇게 크랙이 없는 다공성 막을 제조할 수 있었다. PEG를 첨가한 ormosil system sol을 코팅하여 제조한 분리 막의 수 처리 시험 결과 colloidal sol 코팅 막에 비해 분리효율 뿐 아니라 flux 특성이 5 분경과 시점에서 약 200 ℓ㎡·h 향상되었으며, 담체를 용매에 담지 시킨 후 sol을 코팅하여 제조한 분리 막 역시 flux 효율이 높아졌다. 여러 조건으로 제조한 세라믹 분리 막의 flux에 대한 결과 값에서 볼 때 20분경과 후 연속 back washing공정을 도입하면 flux 효율을 상당히 높일 수 있을 것으로 보여진다.

화학증착 탄화규소에 의한 다공성 세라믹의 기공제어에 관한 연구

황상민 연세대학교 대학원 2003 국내석사

Dispersion Stability and Consolidation Behavior of Nano- and Colloidal Barium Titanate Particulates

여정구 한양대학교 대학원 2004 국내박사