방전플라즈마 소결에 의한 자기 통전식 SiC계 세라믹 발열체 개발 = Development of Electroconductive SiC Ceramic Heater by Spark Plasma Sintering

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The composites were fabricated by adding 0, 15, 30, 45vol.% ZrB₂ powders as a second phase to SiC matrix. The Physical, mechanical and electrical properties of electroconductive SiC ceramic composites by spark plasma sintering(SPS) were investigated.
Reactions between β-SiC and ZrB₂ were not observed in the microstructures and the phase analysis of the electroconductive SiC ceramic composites. The relative density of mono β-SiC, β-SiC+15vol.%ZrB₂, β-SiC+30vol.%ZrB₂ and β-SiC+45vol.%ZrB₂ composites are respectively 99.24%, 87.53%, 96.41% and 98.11%.
Phase analysis of the electroconductive SiC ceramic composites by XRD revealed mostly of β-SiC, ZrB₂ and weakly of ZrO₂ phase. The flexural strength showed the lowest of 114.44MPa for composite added with 15vol.% ZrB₂ powders and showed the highest of 210.75MPa for composite no added with ZrB₂ powders at room temperature.
The trend of the mechanical properties of the electroconductive SiC ceramic composites is accorded with the trend of the relative density.
The electrical resistivity of the electroconductive SiC ceramic composites decreased with increased ZrB₂ contents. The electrical resistivity of mono β-SiC, β-SiC+15vol.%ZrB₂, β-SiC+30vol.%ZrB₂ and β-SiC+45vol.%ZrB₂ composites are respectively 4.57×10^(-1), 2.13×10^(-1), 2.68×10^(-2) and 1.99×10^(-2)Ω·㎝ at room temperature. The electrical resistivity of mono β-SiC and β-SiC+15vol.%ZrB₂ are negative temperature coefficient resistance(NTCR) in temperature ranges from 25℃ to 100℃. The electrical resistivity of mono β-SiC+30vol.%ZrB₂ and β-SiC+45vol.%ZrB₂ are positive temperature coefficient resistance(PTCR) in temperature ranges from 25℃ to 100℃. It is convinced that β-SiC+30vol.%ZrB₂ composites by SPS for heater or ignitors can be applied.

국문 초록 (Abstract)

복합체는 SiC에 2차상인 ZrB₂ 0, 15, 30, 45vol.%를 첨가하여 제작되었다. 방전 플라즈마 소결에 의한 자기 통전식 SiC 세라믹 복합체의 물리적, 기계적, 전기적 특성을 조사하였다.
미세구조와 자기통전 SiC 세라믹 복합체의 상 분석을 보았을 때 β-SiC와 ZrB₂사이의 반응은 관찰되지 않았다. 단일 β-SiC, β-SiC+15vol/%ZrB₂, β-SiC+30vol.%ZrB₂, β-SiC+45%ZrB₂ 복합체의 상대밀도는 각각 99.24%. 87.53%, 96.41%, 98.11% 이다.
XRD에 의한 자기통전 SiC 세라믹 복합체의 상분석은 주로 β-SiC, ZrB₂가 나타났고, 미량의 ZrO₂상이 분포되어 있다.
곡강도는 15vol.%의 ZrB₂ 분말가 첨가된 복합체에서 114.44MPa로 가장 낮게 나타났고, 실온에서 ZrB₂ 분발을 첨가하지 않은 복합체에서 210.75MPa로 가장 높게 나타났다.
자기통전 SiC 세라믹 복합체 기계적 특성의 경향은 상대밀도의 경향과 일치한다.
자기통전 SiC 세라믹 복합체의 전기저항률은 ZrB₂ 함유량의 증가에 따라 감소된다. 단일 β-SiC, β-SiC+15vol/%ZrB₂, β-SiC+30vol.%ZrB₂, β-SiC+45%ZrB₂ 복합체는 각각 실온에서 4.57×10¹, 2.13×10¹, 2.68×10², 1.99×10²[Ω·㎝]dlek. 25℃ 에서 100℃의 온도 범위에서 전기 저항률은 단일 β-SiC, β-SiC+15vol/%ZrB₂은 NTCR, β-SiC+30vol.%ZrB₂, β-SiC+45%ZrB₂은 PTCR이다. SPS에 의한β-SiC+30vol.%ZrB₂ 복합체가 발열체 또는 고전압 펄스 발생기로 응용 될 수 있다고 확신한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 제 2 장 방전플라즈마소결법 = 3
• 제 1 절 역사 = 3
• 제 2 절 원리 = 5
• 제 3 절 특징 = 7
• 제 4 절 고온 가압 소결법(HP)과 비교 = 12
• 제 3 장 실험 방법 = 13
• 제 1 절 SiC의 물성 = 13
• 제 2 절 출발 원료 = 15
• 제 3 절 방전플라즈마소결 = 16
• 제 4 절 물성측정 = 22
• 4.1 상대밀도 = 22
• 4.2 상분석 및 미세구조 = 23
• 4.3 기계적 강도 = 23
• 제 5 절 전기저항률 측정 = 25
• 5.1 2단자법 = 25
• 제 4 장 결과 및 고찰 = 27
• 제 1 절 상대밀도 = 27
• 제 2 절 상분석 및 미세구조 = 30
• 제 3 절 기계적 특성 = 39
• 제 4 절 전기저항률 = 45
• 제 5 장 결론 = 49
• 참고문헌 = 51