고에너지 밀링 및 반응 합성에 의해 제조된 Fe-TiC 복합재료분말의 소결에 관한 연구

이용희 울산대학교 대학원 2013 국내석사

TiC is a refractory compound with excellent hardness, thermal and corrosion resistance and chemical inertness. TiC-reinforced Fe-based matrix composite is a potential candidate to be responsible for costly WC-Co cements in applications of cutting tools and high-performance wear-resistant parts. Fe-TiC composite produced by various processes have been performed. Most of them were produced by the in-situ technique that reinforcements are formed in-situ and distributed in the Fe-based matrix by the chemical reaction between elements or their compounds during the fabrication process. The outstanding advantages of in-situ composites vs. ex-situ ones composed of uniform distribution and finer particles size of reinforcement, especially reinforcement-matrix agglutination is very good. Milling the pure Fe and TiC powders is conventional route to fabricate Fe-TiC composite powder. Fabrication of uniformly compound micro powder is expected to reduce of raw material cost by using the FeO, Carbon and TiH2 powders. In this study, Fe-TiC composite was prepared with three powder fabrication process. The first process includes Milling of precursors, and then Reduction & Synthesis are performed in a tube furnace. The FeO and 1.75 at% C powders were ground in a high-energy mill (AGO-2 mill) followed by a heat treatment process to reduce FeO by Carbon and the mixture would be Fe?0.75at%C powder after the reduction. In next step, this mixture would be added with sufficient amount of TiH2 powder to be expected to form a final product of Fe?30wt%TiC composite. The Fe?0.75at%C-TiH2 mixture was then milled again before synthesized in a tube furnace and sintering by the mean of SPS facility. In the second process, the Fe?0.75at%C-TiH2 mixture after milling again was synthesized and sintered simultaneously in a SPS chamber. Third process was performed on Fe and TiC precursor powders to fabricate an ex-situ Fe?30wt%TiC composite in order to compare with that of two processes above. It was a simple process by milling a mixture of Fe and TiC stating powders in the same mill, AGO-2 mill, and then the milled mixture was sintered by SPS facility. The optimal condition of first and second milling for high-energy planetary mill is 500 rpm for 1h. 10g of mixed powder is loaded into a jar with steel ball (Φ5)and the ball to powder ratio was kept at 20:1 in all milling processes. The jars were evacuated and filled with 0.3MPa pure Ar gas before each running to prevent oxidation during processing. Reduction & Synthesis processes both are carried out in the horizontal tube furnace, Therm Vac, working temperature 1750℃. Powder mixture is filled into a corundum boat and Ar gas is flowed in the furnace (180ml/min). The heating rate was 5℃/min, and the temperature was set at 900℃ for reduction and 1000℃ for synthesis. It should be maintain for 1hour and cool down. To examine the powder characteristic do FE-SEM shape observation, X-ray mapping analysis, LPSA particle size analysis, EDS composition analysis and XRD phase analysis. Those analysis results of M powder showed fine and uniform distribution (average size is 0.53㎛) The fabricated three type of Fe-TiC composite powder was densified by SPS system (Spark Plasma Sintering, 515S model) under the following condition; Sintering temperature of 1070℃, sintering pressure of 70MPa, heating rate of 50℃, holding time of 10 minutes and vacuum gauge of 1.33×10-5MPa. Using the data that comes from SPS draw the shrinkage curve and densification rate curve. Through the characteristic analysis, sintering behavior is identified with each section. M-R powder is the best properties which are fine particle size, uniform distribution and SHS effect among the powders. It is recognized from the sintering behavior. The relative density of sintered composite compounds are 91.6%(M process), 96.2%(M-R-S), and 98.9%(M-R), which means M-R sintered composite has a good characteristic. Microstructure observation showed that fine TiC particles with retained submicron<less than 1μm> size were uniformly distributed in Fe matrix. Vickers hardness of 720Hv10 was measured and expected composition was Fe-30wt%TiC. M-R powder which has the best characteristics was fabricated by pressureless sintering with stainless steel mould. After the compression molding, it is placed on horizontal tube furnace. The condition of sintering process is same as previous synthesis process. The result of pressureless sintering is relative density of 74.8% ~ 84.1%. 마이크론 크기 이하의 입자가 분산된 세라믹스 강화 재료는 WC 재료를 대체할 수 있는 공구재료로 각광받고 있다. WC의 경우 높은 녹는점을 가진 재료이며 고온에서의 고경도를 가지고 내마모성을 가진 재료이다. 하지만 가격이 비싸고 가공성이 좋지 않아 비슷한 성능을 가질 수 있는 대체 재료로 Fe계 세라믹스 분산강화재료가 많은 연구자들에 의해 연구되고 있다. 그 중 Fe-TiC 복합재료는 높은 경도와 융점을 가지며, 내마모성과 열 및 화학적으로 안정한 대표적인 금속기지 복합재료로 알려져 있어 절삭공구 및 내마모 부품과 같은 첨단산업분야에 널리 사용되고 있다. 우수한 기계적 특성과 열적 안정성을 얻으면서, 동시에 WC 재료의 단점을 보완하기 위한 방법으로 Fe 기지상에 미세하고 균일한 크기의 TiC 입자를 강화상으로 균일 분산시키고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 분말공정에서는 순수 Fe 분말에 TiC 분말을 밀링하여 Fe-TiC 복합분말을 제조하였으나, FeO와 Carbon, TiH2 분말을 이용하면 원재료 단가의 감소와 함께 밀링 효과를 제고시킬 수 있어 균일혼합 미세분말 제조가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구에서는 다음과 같은 세 가지 분말 제조공정을 사용하여 Fe-TiC 복합재료 분말을 준비하였다. 첫 번째 공정은 기존의 일반적인 분말야금에서 사용하는 단순 혼합 밀링(Milling; M)법으로 Fe 분말과 TiC 분말을 칭량하여 고에너지 밀링하는 방법이다. 두 번째 공정은 밀링, 환원 및 합성(Milling, Reduction & Synthesis; M-R-S)법이다. FeO 분말과 carbon 분말을 칭량하여 고에너지 밀링법으로 1차 밀링하고 환원하여 Fe + C 혼합분말을 만든다. 그 후에 이 혼합분말과 TiH2 분말을 함께 칭량하여 2차 밀링을 한 뒤, TiC로 합성하여 분말을 제조한다. 세 번째 공정은 밀링 및 환원(Milling&Reduction; M-R)법이다. M-R-S 방법과 2차 밀링공정까지 동일하며, TiC로의 합성은 하지 않고 소결과정에서 합성반응 시키는 방법이다. 1차 밀링 및 2차 밀링 조건은 고에너지 밀링장치(Planetary mill; P-100)를 이용하여 500rpm으로 1시간동안 밀링하였는데, 밀링 시 장입하는 분말의 총 양은 10g이고, 분말과 함께 강구(φ5)를 함께 용기에 장입한다. 용기와 강구의 재질은 stainless steel이며 분말과 강구의 장입 비율은 1 : 200 이다. 밀링 시 높은 에너지가 가해지게 되는데 이때 산화가 될 수 있으므로 분말 장입 후 용기 내에 Ar gas를 함께 주입하여 분위기를 치환해주었다. 1, 2차 밀링 후 환원공정 및 합성공정을 실시하였는데, 두 공정 모두 수평관상로를 이용하여 실험을 진행하였다. 분말을 세라믹 보트에 담아 관상로에 넣고, 산화를 막기 위하여 10분간 Ar gas 분위기로 치환하고 실험이 진행되는 동안 180ml/min의 속도로 흘려주었다. 승온 속도는 5℃/min이며, 환원 시 900℃까지, 합성 시 1000℃까지 승온한 뒤 1시간 유지 후 노냉하였다. 분말 특성을 조사하기 위해 FE-SEM 형상 관찰과 X-ray mapping 분석, LPSA 입도 분석, EDS 조성 분석 및 XRD 상 분석을 실시하였고, M 분말이 평균입도 0.53μm의 미세하고 균일 분포를 가진 분말이라는 것을 확인할 수 있었다. 준비된 세 가지 Fe-TiC 복합분말을 이용하여 방전플라즈마소결(Spark Plasma Singering; SPS)하여 시편을 제조하였다. 소결온도는 1070℃, 소결압력은 70MPa, 승온속도는 50℃/min, 유지시간은 10분, 진공도는 1.33×10-5MPa의 진공 분위기에서 소결을 진행하였다. 분말을 장입한 몰드와 펀치는 흑연재질이었다. 분말 장입 시 전기 전도의 상승 및 소결 후 몰드와 쉽게 분리하기 위하여 윤활제 역할을 하는 Carbon paper를 분말과 몰드 사이에 넣어 분리시켰다. 시편은 1.4g의 분말로 제조하였으며, 직경은 10mm, 높이는 2~4mm로 제조하였다. 방전플라즈마 소결 시 수축률 곡선 및 치밀화 속도곡선을 얻기 위하여 SPS 장비 내 프로그램을 이용하여 5초에 1회씩 수축량을 측정하고, 그 데이터를 이용하여 수축률 곡선 및 치밀화 곡선을 구하였다. 치밀화 속도 변화 구간을 구분하여 각 온도 범위의 시편을 제조하고 FE-SEM 형상 분석과 XRD 상 분석, EDS 조성 분석 및 경도 분석과 같은 특성분석을 실시하였으며, 각 구간별 소결거동을 확인하였다. 그 결과 M-R 분말이 미세하고 균일한 분포의 분말을 가지면서 자전합성반응에 의해 가장 특성이 높은 소결체를 제조하는데 성공하였고 소결거동에 관해 논하였다. 세 가지 공정으로 제조된 M, M-R-S, M-R 분말의 소결체는 각각 91.6%, 96.2%, 98.9%의 상대밀도를 나타내었으며, M-R 분말의 소결체가 가장 좋은 특성을 나타냄을 확인하였다. M-R 분말 소결체는 1μm 내외의 TiC 입자들이 Fe 기지 내에 균일 분포한 형상을 나타내었으며, 상온에서의 비커스 경도는 720Hv10, 조성은 기대 조성인 Fe-30wt%TiC 임을 확인하였다. 가장 높은 특성을 가진 M-R 분말을 이용하여 상압소결을 실시하였다. Stainless steel 재질의 직경 10mm 시편을 제작할 수 있는 몰드에 M-R 분말을 각각 1.4g을 장입한 후 가압성형하고 이를 수평관상로에 넣어 상압소결체를 제조하였다. 소결조건은 합성공정과 동일한 조건으로 실시하였다. 즉 승온속도 5℃/min, 유지시간 1시간, Ar gas 분위기에서 실시하고 노냉하였다. 그 결과 상대밀도 74.8 ~ 84.1%를 갖는 소결체를 제조하였다.

분말야금법으로 제조된 Al-Si/SiC 복합재료의 미세조직 및 기계적 특성

주승환 부산대학교 2012 국내석사

The ever-increasing demand for light weight, environmental and fuel efficiency, has lead to the development of advanced materials along with optimized design. Aluminum matrix composites reinforced with SiC particles exhibit better frictional and wear behavior, higher specific heat capacity and thermal conductivity. In addition to improved physical and mechanical properties, PM processing proved to be effective in avoiding the limitations and defects of casting techniques, and in producing materials with superior properties inherited from the powder characteristics usually related to rapid solidification. In this study, the wear behaviour of Al-9Si-20vol%SiC PM composites was investigated. Al-9Si alloy powder which contained 20vol% SiC particles at intra-granular was prepared by a gas atomization process. The composite powder has both dispersed fine primary Si phases and SiC particles uniformly. It was consolidated by Hot Press at 565°C for a hour under 70MPa. Relative density of the sintered samples was over 98.5% of theoretical density. For comparison, the specimen which contained 20vol% SiC paricles at inter-granular was prepared by mixing method. The effect of the refinement and the microstructure was investigated on the tensile and wear properties.

Glycothermal 법에 의한 Pb-free 압전체용 KNbO3, KxNa(1-x)NbO3 분말제조 및 압전특성에 관한 연구

조흥찬 배재대학교 대학원 2008 국내박사

일반적인 PZT계 압전 세라믹 재료는 우수한 압전특성으로 현재 압전 변압기, Actuator, Transducer, 센서, Resonator, 필터 등의 용도로 매우 광범위하게 응용되고 있다. 그렇지만, 산화납의 환경유해성, 독성, 제조 공정중 높은 증기압으로 인하여 매우 심각한 환경 오염의 원인으로 이슈화되어지고 있다. 이런 환경적인 요구로 인해 PZT 계와 유사한 우수한 압전특성을 가지는 Pb-Free 계 압전 세라믹의 개발이 일본과 유럽을 중심으로 그 필요성이 심각히 대두되고 있다.^(1~3),^(18),^(20) 이러한 환경적인 문제로 인하여 연구되어지고 있는 Pb-Free계 압전 세라믹스로는 BNT [(BiNa)TiO3] Perovskite계 강유전 세라믹, Bi-Layer 구조 강유전 세라믹, Potassium-Sodium Niobates (KNbO3-NaNbO3)계 압전 재료, Tungsten Bronze계 강유전 세라믹, Langasite (La3Ga5SiO14)와 Lithium Tetraborate (Li2B4O7)로 대표되는 압전 단결정 등이 있다.^(2),^(26) 이 가운데 Potassium-Sodium Niobates (KNbO3-NaNbO3)계 압전 재료에 대한 많은 연구가 진행되고 있으나 고온의 열처리 과정 중에 K+, Na+의 휘발에 의한 소결밀도가 낮아지는 단점을 가지고 있다.4) 이러한 문제를 해결하기 위해 HP(Hot-pressing)법이나, SPS(Spark plasma sintering)법 등이 연구되고 있으나 제조비용이 고가인 단점을 가지고 있다.^(7),^(8),^(25) 반면, Glycothermal법은 낮은 반응온도에서 직접 결정질의 분말을 얻을 수 있고, 반응조건에 따라서 구조, 형태, 크기를 조절할 수 있다.^(9~15),^(19),^(21) 이러한 장점을 이용하여 나노 크기의 KNbO3, KxNa(1-x)NbO3 분말을 제조함으로 소결구동력을 높일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 KOH, NaOH와 Nb2O5를 출발물질로 사용하였고, 반응용매로써는 1,4-Butanediol과 D.I.water를 사용하여 다양한 조건에서 KNbO3, KxNa(1-x)NbO3 분말을 얻었다. 본 연구의 결과로 반응온도 200℃ 이상에서 12시간동안 반응시켜 결정질의 KNbO3, KxNa(1-x)NbO3 분말을 합성하였다. 합성된 분말의 크기는 대략적으로 200nm에서 300nm의 크기를 가지며, 입도분포가 좁고, 분산성이 우수하였다. 입자의 형태는 육면체를 나타내었으며, 반응용매로 사용한 1,4-Butanediol의 첨가량에 따라 입자크기를 조절 할 수 있었다. Potassium niobate (KNbO3) is a well known ferroelectric material for applications such as optical wave-guiding, frequency doubling, holographic storage and surface acoustic wave devices. KNbO3 (KN) has orthorhombic structure at room temperature, and is an attractive material that shows the Curie temperature (Tc: 435℃) much higher than BaTiO3 systems. KN single crystal shows an excellent electromechanical coupling coefficient kt of 69%. Therefore, KN materials have attracted considerable attentions for the applications of Pb-free piezoelectric materials, since the lead in Pb(Zr, Ti)O3 (PZT) which is used in many electronic devices may affect the natural environment and the human body. furthermore Potassium sodium niobate (K1/2Na1/2)NbO3 ceramics is one of the important Pb-free piezoelectric materials with perovskite structure. The advantages of mixed glycothermal process were direct formation of crystalline oxide powders possibility of producing highly crystallized and high-purity, homogeneous powders. In this work, First, The glycothermal synthesis of single phase KNbO3 using Nb2O5 and KOH as reactants. We study the effect of D.I.Water/1,4-Butanediol(B/W) volume ratio on the size and morphology of KNbO3 powder by glycothermal process. Compared with the hydrothermal process, the glycothermal process has been confirmed to be a more efficient method in controlling the particle size of powders. It is demonstrated that the size of KNbO3 particles can be controlled by reaction conditions, such as various volume ratios of B/W volume ratio, K:Nb molar ratio, reaction temperature and reaction time. Second, (K1/2Na1/2)NbO3 powders were synthesized through glycothermal process in a Teflon lined cylindrical autoclave using KOH, NaOH and Nb2O5 as starting materials. The effect of K:Na:Nb molar ratio, B/W volume ratio, reaction temperature and reaction time on the phase and size of (K1/2Na1/2)NbO3 powders in mixed glycothermal process was studied.

니오븀산화물 분말의 마그네슘 가스 환원을 통한 니오븀 금속 분말 제조에 관한 연구

박수진 부산대학교 대학원 2021 국내석사

110 kPa의 아르곤 분위기로 최대 80시간까지 챔버 내부의 가장 적절하고 비교적 낮은 온도 범위인 1073~1223 K에서 니오븀산화물(Nb2O5) 분말을 마그네슘 가스로 환원하여 산소 함량이 최소인 금속성 니오븀 분말을 제조하기 위한 최적의 조건을 찾으려고 시도했다. 환원의 부산물인 산화 마그네슘은 10 % 염산 수용액에 용해시켜 제거 하였다. 환원 온도의 증가에 따라 20시간 동안 환원된 니오븀 분말의 입자 크기는 200~600 nm 범위 내에서 약간 증가하였다. 이중 성장하지 않은 미세입자는 1173 K에서 80시간까지 환원 시간을 증가시켜 약 1 μm까지 더 조대화 되었으며, 최대 환원 효과에 만족된 환원 시간은 산소 함량이 약 0.46 중량 %인 60시간인 것으로 밝혀졌다. 또한, 탈산 수소화에 의해 0.28 중량 %의 산 침출로 인한 수소 오염을 873 K에서 2시간 동안 진공 분위기 속에서 열처리를 통해 완전히 제거하여, 최종 금속 니오븀 분말을 형성하였다. It was tried to find the optimal condition to prepare the metallic niobium powder with minimal oxygen content by atmospheric magnesium gas reduction of niobium pentoxide (Nb2O5) powder at 1073-1223 K, which are industrially moderate and low temperature ranges until maximally 80 h inside the chamber held under the argon circumstances of 110 kPa. Magnesium oxide of the by-product of the reduction, was dissolved and removed fully by dissolving in a 10% aqueous hydrochloric acid solution. The particle size of the niobium powder reduced for 20 h was slightly increased within the range of 200-600nm according to increase of reduction temperatures. And such fine particles were further coarsened to near 1 μm by increase of reduction times until 80 h at 1173 K, which is thought to be the most suitable for magnesium-gas reduction to be applied in industry. The reduction time satisfied for a maximal reduction effect was found to be 60 hours as the oxygen content was then minimally saturated to about 0.46 wt.%. Furthermore, the hydrogen contamination due to acid leaching of 0.28 wt.% was fully removed by dehydrogenation, which was a heat treatment performed under vacuum at 873 K for 2 h; this resulted in the formation of metallic niobium powder.

분무열분해법에 의한 구리염화물 용액으로부터 CuO 분말 제조에 관한 연구

박희범 호서대학교 대학원 2001 국내석사

본 연구에서는 구리 염화물 용액을 원료로 하여 분무열분해 공정에 의해 평균입도가 1㎛ 이하이면서 입도분포가 균일하고 치밀한 조직을 나타내는 구리 산화물 분말을 제조하기 위하여 생성되는 분말 특성에 영향을 미치는 반응온도, 원료용액의 유입속도, 분위기 기체(공기)의 유입속도, 노즐 입구의 직경 및 원료용액의 농도 등의 반응인자들의 영향을 검토하였다. 원료용액 내의 Cu 농도에 관계없이 반응온도의 증가에 따라 입자들은 점점 치밀한 조직을 나타내었으며, 특히 원료용액 내의 Cu 농도가 30g/l인 경우에는 반응온도의 증가에 따라 입도가 현저히 증가하였다. 원료용액 내의 Cu 농도가 증가할수록 분말의 입도가 현저히 증가하였으며, 분말들의 표면은 다공질 형태의 조직을 나타내고 있었다. 원료용액 중의 구리 성분의 농도가 100g/ℓ 이상인 경우에는 분무열분해 공정에 의해 생성된 고상분말들은 대부분 CuCl 상을 나타내었다. 반면 구리 성분의 농도가 30g/ℓ 이하이고 반응온도가 900oC 이상인 경우에는 CuO가 주된 상을 나타내고 있었다. 원료용액의 반응로 내부로의 유입속도 증가에 따라 생성된 분말들의 표면은 점점 다공질의 조직을 나타내었다. 또한 노즐 입구의 직경 증가에 따라 분말들의 입도는 증가하였으며, 입자들의 표면은 상당히 분열된 상태를 나타내었다. 반응로 내부로 유입되는 공기압력의 증가에 따라 분말들의 입도는 감소하였으며 입도분포도 매우 균일한 상태를 나타내었다. In this study copper chloride solution was used as raw material to produce the fine copper oxide powder which has less than 1 ㎛ average particle size and has uniform particle size distribution by spray pyrolysis process. In this work the effects of reaction temperature, the injection speed of solution and air, the nozzle tip size and the concentration of raw material solution on the properties of produced powder were studied. As the reaction temperature increased, the structure of the powder became much more compact, and the particle size of the powder increased accordingly in case of 30 g/ℓ copper concentration of the raw material solution. As the copper concentration of the raw material solution increased, the particle size of the powder increased accordingly, and the surface structure of the powder became more porous. When copper concentration in raw material solution was more than 100 g/ℓ, all produced powder was CuCl regardless of reaction temperatures. When copper concentration in solution was below 30 g/l and reaction temperature was high than 900oC, CuO was the main phase. As the injection speed of solution was increased, the surface of powder tended to become porous. As the nozzle tip size increased, particle size was increased and the surface of powder showed severely disrupted state. As the air pressure through nozzle was increased, the average particle size was decreased and the particle size distribution was more uniform.

기계적 합금화 방법에 의한 Al_(3)NB 나노결정립 분말제조와 미세구조특성에 관한 연구

양회운 전남대학교 대학원 1999 국내석사

본 연구에서는 Al-25at.%Nb 의 혼합 분말을 아트리터 내에서 기계적 합금화하였을 때 그 공정변수에 따른 Al₃Nb 나노결정립 분말의 제조특성과 미세구조 특성간의 관계를 조사하고자 하였다. 기계적 합금화는 3wt.%의 스테아린산을 공정제어제로 첨가하고, 400 rpm 으로 회전속도로 40시간까지로 하였다. 광학현미경, 주사전자현미경, 투과전자현미경, 고분해능 투과전자현미경으로 Al₃Nb분말의 형성과정과 그 미세구조 분산에 대해 조사하였으며 XRD 회절시험, DTA 분석을 통해 상변화 구역을 분석하고 분말의 열처리를 통해 결정립 크기 변화를 검사하였다. 기계적 합금화한 분발은 10시간 이후의 공정에서부터 약 5㎛ 크기의 미세하고 균일한 합금분말을 이루었으며 MA 2시간 이후에서 준안정상 Nb₂Al이 생성되고 MA 40시간의 분말에서는 안정상인 Al₃Nb 상이 생성되었다. 1시간 MA 처리된 분말에서 약 100nm 두께의 lamella 구조를 투과전자현미경으로 관찰하였고, 고분해능 전자현미경으로 15시간 동안 MA 처리된 분말에서는 준안정상 Nb₂Al상과 무질서한 Al의 혼합상을 관찰하였다. DTA 분석 결과 약 630∼823K에서 준안정상에서 안정상으로 변태하는 발열반응 peak의 존재를 확인하였다. 973k로 열처리한 분말을 Williamson-Hall식으로 계산한 결과 10시간에서 약 13nm, 40시간에서는 약 l0nm 정도의 미세한 Al₃Nb 결정립이 생성되었다. In the study, elemental powder mixtures of Al-25at.%Nb were mechanically alloyed with an attritor in order to the investigation of characteristics of fine microstructure and the fabrication of nanocrystalline Al₃Nb powders. In the mechanical alloying, 3wt.% stearic acid as PCA was added and the powder was rotated by 400rpm up to 40 h. Al₃Nb powder formation-procedure, microstructure dispersing in the powder were examined by Optical microscopy, SEM, TEM and HREM. New phases and phase transformation region were rovealed by X-ray and Differential Treatment Analysis. And crystallite size change was analyze by heat treatment. About 5㎛ size intermetallic powder was obtained from 10 h mechanically alloying. And metastable state Nb₂Al phase was transformed into stable Al₃Nb Phase in MA 40 h. About 100nm lamella structure could be seen in MA 1 h powder by TEM. And metastable Nb₂Al phase and disordered Al element were mixed in MA 15 h powder As the results of DTA, the exothermic reaction peak was rovealed that the metastable state was transformed into stable state from 630k to 823k. Using the Williamson-Hall equation, about 13nm and 10nm Al₃Nb crystallites were respectively calculated in the MA 10 h and MA 40 h powder after heat treatment at 973k for 1 h.

밀리미터파 광대역 흡수를 위한 복합자기구조 자성분말 제조에 관한 연구

조기련 부산대학교 대학원 2023 국내석사

전자기기 및 통신기기의 발달에 따라 회로의 동작 주파수가 밀리미터파 (30-300 GHz) 대역으로 증가하고 있는 추세이다. 또한 다양한 주파수 대역에서 사용되고 있는 전자부품들의 전자파를 차폐하기 위해서는 전자파 흡수체의 광대역화가 필요하다. 하지만 광대역 전자파 흡수체로 사용되고 있는 메타물질 (metamaterial)은 마이크로파 대역에서 사용되고 있지만, 설계의 어려움으로 밀리미터파를 광대역으로 흡수하는 흡수체는 거의 알려지지 않았다. 현재 고주파 대역의 전자파를 흡수하는 재료는 자성재료가 유력하다. 산화철계 강자성 소재 중 스트론튬 페라이트 (SrFe12O19)는 약 5 kOe의 보자력을 가지며, 약 50 GHz에서 공명주파수 흡수능을 보인다. 그리고 입실론 산화철 (ε-Fe2O3)은 약 20 kOe의 높은 보자력을 가지며, 약 180 GHz에서 공명주파수 흡수능을 보인다. 더불어 입실론 산화철은 비자성 원소를 치환하여 공명주파수를 조절이 가능하다. 본고에서는 밀리미터파를 흡수하는 자성소재인 SrFe12O19와 ε-MxFe2-xO3을 복합자기구조로 구현하여 밀리미터파를 광대역으로 흡수하는 자성분말을 제조하고 자기특성 및 공명주파수 흡수능을 확인하였다.

기상반응법에 의한 초미립자 SiC와 Si₃N₄분말 제조 및 특성

劉龍浩 江原大學校 大學院 2000 국내석사

분무열분해 공정에 의한 나노 크기의 인듐산화물 분말제조에 관한 연구

박시현 湖西大學校 大學院 2004 국내석사

본 연구에서는 인듐 성분을 포함하는 원료용액을 분무열분해 시킴에 의해 평균입도 100 nm 이하의 In_(2)O_(3) 나노 분말을 제조하였으며 반응온도, 용액의 농도, 용액의 유입속도, nozzle tip 크기 및 공기의 유입속도 변화에 따른 생성된 분말들의 특성 변화를 파악하였다. 반응온도가 850℃로부터 1000℃로 변화함에 따라 분말의 평균입도는 30 ∼ 40 nm로 부터 100 nm 이상까지 증가하고 있었으며, 조직도 점점 치밀화되는 반면 입도분포는 더욱 불균일하게 나타나고 있었다. 또한 반응온도의 증가에 따라 XRD peak의 강도는 점점 증가하였으며 비표면적은 감소하고 있었다. 원료용액 내의 In 성분의 농도가 40 g/ℓ로부터 350 g/ℓ로 증가됨에 따라 생성된 분말의 평균입도는 20 ∼ 30 nm 로부터 50 ∼ 60 nm 로 점점 증가하는 반면 입도분포는 더욱 불균일하게 나타나고 있었으며, XRD peak의 강도는 점점 증가하고 비표면적은 감소하고 있었다. 용액의 유입속도가 2 cc/min.로부터 5 cc/min.로 증가됨에 따라 분말들의 평균입도는 감소하고 입도분포는 더욱 균일하였다. 유입속도가 10 cc/min.인 경우에는 5 cc/min.의 경우 보다 분말들의 평균입도는 크게 증가하고 더욱 불균일한 입도 분포를 나타내었으며, 유입속도가 50 cc/min.로 증가된 경우에는 분말들의 평균입도가 유입속도 10 cc/min.의 경우 보다 크게 감소하였고 치밀하지 못한 조직을 나타내었다. XRD peak의 강도 및 비표면적의 변화는 분말들의 평균입도의 변화와 같은 경향을 나타내었다. Nozzle tip의 크기가 1 mm로 부터 5 mm로 증가함에 따라 분말들의 평균 입도는 40 nm 정도로부터 100 nm 정도까지 점점 증가하고 입도분포는 더욱 불균일하게 나타나고 있었으며, XRD peak 강도는 증가하는 반면 비표면적은 감소하고 있었다. 공기압력이 0.1 kg/㎠로부터 0.5 kg/㎠로 증가되는 경우에는 분말의 평균입도는 90 ∼ 100 nm로 현저한 변화를 나타내지 않았다. 공기압력이 1 kg/㎠ 및 3 kg/㎠로 증가하는 경우에는 평균입도는 50 ∼ 60 nm 정도까지 감소하였으며, XRD peak 강도는 감소하고 비표면적은 증가하고 있었다. In this study, nano-sized indium oxide powder with the average particle size below 100 nm is fabricated from the indium chloride solution by the spray pyrolysis process. The effects of the reaction temperature, the concentration of raw material solution, the inlet speed of solution, nozzle tip size and air pressure on the properties of powder were studied. As the reaction temperature increased from 850 to 1000℃, the average particle size of produced powder increased from 30 to 100 nm, and microstructure became more solid, the particle size distribution was more irregular, the intensity of a XRD peak increased and specific surface area decreased. As the indium concentration of the raw material solution increased from 40 to 350 g/ℓ, the average particle size of the powder gradually increased from 20 to 60 nm, yet the particle size distribution appeared more irregular, the intensity of a XRD peak increased and specific surface area decreased. As the inlet speed of solution increased from 2 to 5 cc/min., the average particle size of the powder decreased and the particle size distribution became narrower. In case of the inlet speed of 10 cc/min, the average particle size was larger and the particle size distribution was much irregular compared with the inlet speed of 5 cc/min. As the inlet speed of solution was 50 cc/min, the average particle size was smaller and microstructure of the powder was less solid compared with the inlet speed of 10 cc/min. The intensity of an XRD peak and the variation of specific area of the powder had the same tendency with the variation of the average particle size. As the nozzle tip size increased from 1 to 5 mm, the average particle size of the powder increased from 40 to 100 nm, the particle size distribution was much more irregular, the intensity of a XRD peak increased and specific surface area decreased. As the air pressure increased from 0.1 to 0.5 kg/㎠, the average particle size of the powder varies slightly upto 90 ∼ 100nm. As the air pressure increased from 1 to 3kg/㎠, the average particle size decreasedupto 50 ∼ 60nm, the intensity of a XRD peak decreased and the specific surface area increased.

폴리올 프로세스를 이용한 태양전지용 CuInS2 나노분말제조 및 특성연구

이대걸 세종대학교 일반대학원 2010 국내석사

Chalcopyrite based sollar cells have received much attention because of their tunable electronic and optical properties. As a typical ternary chalcopyrite material, CuInS₂ has been considered as one of the most popular and promising candidates as absorber materials for photovoltaic applications because of its high absorption coefficient and environmental consideration. In this study, CuInS₂ powders have been synthesized using polyol process of a mixture of copper nitrate, indium nitrate, and thiourea with various stoichiometric molar ratios in ethylene glycol at 196℃. As boiling time goes by, the color of metal ion mixed solutions were changed transparent green to dark green and finally turned to black by reduction of OH- radicals. The prepared powders were fully characterized using SEM, XRD, TG-DSC and UV-Vis. The particle shape of black colored powders showed sphere with about 30 nm in particle size compared to those with dark green colored powders showed irregular shape with about 1 ㎛in particle size. The XRD results showed highly crystallized CuInS₂. The UV-Vis spectra showed broad shoulder at 530 and 780 nm corresponding to 2.33 and 1.58 eV for the dark green colored one and black colored one, respectively. Polyol process를 이용하여 화합물 박막 태양전지의 광 흡수층 물질인 CuInS₂의 분말을 제조하였다. 출발물질로는 Copper nitrate trihydrate(Samchun chem.), Indium(Ⅲ) nitrate hydrate(Sigma-Aldrich Co. Ltd), Thiourea(Samchun chem.)을 사용하였다. 실험 방법으로는 196℃의 ethylene glycol에서 가열시간을 각각 30분, 1시간, 2시간, 4시간으로 변화 시키면서 합성하였으며, 합성된 분말의 재료학적 특성을 평가하기 위해 주사전자현미경, X-선 회절시험, UV-Vis등을 사용하였다. 특성평가결과 1:1:2(Cu:In:S)의 몰비율에서 4시간동안 가열하였을 때 지름이 약 30nm인 구형의 1차 입자를 갖는 검은색 분말을 얻을 수 있었다. X-선 회절시험 결과 28o 부근에서 메인 픽을 갖는 CuInS₂(JCPDS 75-0106)의 상을 나타내었고, UV-Vis를 이용하여 광흡수도를 측정하고 밴드갭을 계산한 결과 약 1.53eV를 나타내었다. 합성한 분말을 400℃, 500℃, 600℃에서 열처리 한 결과 더욱 결정성 높은 CuInS₂ 분말의 수득이 가능하였으나 일부가 산화하여 In₂O₃가 생성되었다.