세라믹 전구체를 이용한 프리프레그 제조 및 적층성형한 복합재료의 수축변형 제어

정한들 부산대학교 대학원 2024 국내석사

CMC(Ceramic Matrix Composite)라고 알려진 세라믹 기지상 복합재료는 고온 안정성, 내구성 등 물리적, 화학적 특성이 우수하고, 극한 환경에서의 안정성이 뛰어나 항공, 우주, 국방산업 분야의 하이엔드(high-end) 부품에 적용된다. 그중, 섬유 강화 세라믹 기지상 복합재료는 화학적 증착 함침법(CVI : Chemical Vapor Infiltration), 고분자 함침-열분해법(PIP : Polymer Infiltraion Pyrolysis), 액상 실리콘 함침법(LSI : Liquid Silicon Infiltration) 등의 방법으로 제조 되는데, 공정별로 특징이 다르므로, 사용 목적과 타겟 물성에 맞는 고품질의 CMC 제조를 위한 공정이 개발되고 있다. 고분자 함침-열분해법에는 고분자 유래 세라믹(PDC : Polymer Derived Ceramic) 기술이 적용되는데, 이는 세라믹 전구체인 무기고분자의 유동특성을 이용하여 성형-경화하고, 성형물을 열분해하여 최종적으로 세라믹으로 전환시키는 방법이다. 이는 고분자의 특성을 활용하여 경제적이고 효율적인 섬유 강화 플라스틱(FRP : Fiber Reinforced Plastic)의 제조공정에 적용이 가능하다. 하지만, 고분자의 특성으로 인해 공정 과정 중 끓을 수 있으며, 세라믹 전환 시, 열분해과정을 거치게 되는데 이때 중량감소에 의한 수축변형이 발생하게 된다. 따라서, 이를 완화시키는 방법이 전체 공정에서 중요한 요소로 작용되고 있다. 본 연구에서는 고분자의 끓는 현상을 제어하기 위해 액상 형태의 폴리카보실란을 기반으로 광/열경화가 가능하도록 배합설계를 하고, 이를 이용하여 90°로 직조된 탄소 패브릭에 도포하여 프리프레그를 제조하였다. 프리프레그의 세라믹 전구체 레진의 열물성을 확인하고, 수축변형을 유발하는 온도 단계별 열분해 거동을 확인하였다. 이에, 열분해 과정에서 중량감소에 의한 수축변형을 확인 및 제어하고자 단계별 공정을 진행하였다. 베큠 백 공정으로 함침을 유도한 후, 경화-어닐링을 진행하였고 열분해 과정 중 중량감소에 의해 발생되는 수축변형을 확인하였다. 이를 제어하기 위해 수축 방향의 일축 유도와 활성화 필러의 효과로 중량감소를 제어하여 수축을 완화하고자 하였으며, 최종적으로 세라믹 기지상 복합재료의 제조 방법 가능성을 제시하고자 한다.

세라믹 막여과 정수처리공정의 여과특성에 미치는 운전조건의 평가

오진석 명지대학교 대학원 2014 국내석사

Ceramic membranes are able to operate at higher filtration flux than polymer organic membranes and can withstand high pressure and temperature. Ceramic membranes are characterized by long operational lifetime and low fouling tendency. However, pre-treatment has a great effect on membrane filtration performance due to the operating condition of high permeate flux. Also, coagulation is the process of making a large corporate body through neutralizing the electrostatically charged particles on the surface and its efficiency will be affected by changes in raw water, coagulant types and the water’s ph. Therefore, optimum coagulation conditions can be determined by batch experiment and jar test. In a sedimentation process, coagulated particles would settle out in a given sedimentation time and inflow of the supernatant would take place in the follow-up filtration process. For mixture-coagulation-ceramic membrane process and mixture-coagulation- sedimentation-ceramic membrane process in which this research focus on, flux changes of ceramic membrane filtration process are made based on changes in turbidity of raw water. Thus, this research evaluates appropriacy of pre-treatment process through raw water component in critical flux of each process and the effects of operating condition on filtration characteristics of ceramic membrane filtration process. A single process of polymer organic membrane and ceramic membrane are also compared under worst stress condition to evaluate the differences between two membranes. In addition, precipitated experiment of polymer organic membrane and ceramic membrane is performed. The purpose of this experiment is to find a solution to the current issue related to drain water treatment of membrane filtration process in water treatment. In the research, few changes were made for the raw water components to evaluate pre-treatment process and each process of mixture-coagulation-ceramic membrane process and mixture-coagulation-sedimentation-ceramic membrane process was compared and analyzed considering the main water quality items such as the level of turbidity, TOC, DOC, UV254, and inorganic matter. In responding properly to extreme conditions like rainfall, a mixture of raw water from A water treatment plant and organic membrane drain water is used to determine applicability of ceramic membrane filtration process according to changes in raw water component. The amount of coagulant dose was 1.0% diluting A-PAC from optimum coagulation condition generating experiment. The time of mixing, coagulation, sedimentation, and mixing speed was carried out for each level such as mixing for 15 seconds at 120rpm, coagulation for 20 minutes at 20 rpm, and sedimentation for 20 minutes. As the components such as coagulation, sedimentation, and ceramic membrane filtration process are added, the value of turbidity, UV254, TOC, and DOC in the raw water used in the research tends to be decreased. Compared to initial raw water, the level of turbidity of mixing-coagulation, mixing-coagulation-sedimentation, and mixing-coagulation-sedimentation-ceramic membrane filtration shows removal rate over 99.0% in every process, and in the case of UV254, the removal rate was turned out exceeding 93.0% in every case. In addition to this, TOC represents the removal rate of 52.4% with mixing-coagulation process, of 56.4% for mixing-coagulation-ceramic membrane filtration process, and of 59.8% for mixing-coagulation-sedimentation-ceramic membrane filtration process. In other words, the each removal rates was slightly increased as process is added, otherwise, DOC is figured out as 18.5%, 22.2%, and 30.7% showing that as process is added, the removal rate is increased considerately. Comparing the removal rates from water quality items, when mixing-coagulation is done on the raw water, the measured vales were enormously decreased. However, in the case of applying the ceramic membrane filtration process without Sedimentation process, TMP will be expected to be soared when operating the ceramic membrane filtration process with high flux. If we operate the back washing period of ceramic membrane filtration process more frequently, it can be possible to drive stable condition for ceramic membrane filtration process only with pre-treatment of mixing-coagulation process. When the high level of turbidity and organic component for the raw water is flowed, ceramic membrane process and PVDF membrane process in the case of ceramic membrane process, the stable operation is possible under the flux level of 2m/d, however, TMP is increased greatly on the flux level of 1.5m/d and it’s impossible to operate on the flux level of 2m/d in the case of PVDF membrane process. It seemed that when the raw water with high level of turbidity and organic components is flowed in, considering the characteristics of polymer organic membrane, it is difficult to process through organic membrane process only. Regarding this research, it was simple to process using ceramic membrane filtration only because it was driven by low flux about 2.0m/d in ceramic membrane filtration, though, in order to apply higher flux on our current level, it is essentially required to use mixing-coagulation process. To compare and evaluate drain water from organic membrane and ceramic membrane, precipitated are measured by value of SVI. For organic membrane drainwater, it is hard to measure settleability due to low concentration of solid matter. On the other hand, average value of SVI30 for ceramic membrane drainwater is measured as 55.06ml which falls into a good settleability range of 50-150ml. This result is due to specific characteristics which ceramic membrane has. Since ceramic membrane has longer filtration time than organic membrane, ceramic membrane has high solids contents. Also, the inflow of solid matter into module operated by dead-end filtration causes solid matter to form the shape of pellet and then to be discharged. 세라믹막은 고분자 유기막에 비해 높은 유속으로 여과가 가능하고, 고압과 고농도 약품에서도 잘 견디며, 막의 수명이 길고, 막 파울링에 강한 특징을 갖고 있다. 다만, 높은 투과유속에서 운전하는 특성상 막여과 성능에 미치는 전처리의 영향이 큰 것으로 알려져 있다. 또한, 응집 공정은 입자들의 표면에 정전기 전하를 중성화함으로써 큰 결합체를 만드는 공정이며, 응집 효율은 적용되는 원수, 응집제 종류 및 pH에 따라 달라지므로 회분식 응집실험(Jar tset)을 통하여 최적 응집 조건을 도출하게 된다. 침전 공정의 경우에는 응집 공정에서 발생한 결합체들을 침전 시간을 주어 가라앉히게 되며 상등수를 후속 공정인 막여과 공정에 유입시키게 된다. 따라서, 본 연구에서 평가하고자 한, 혼화-응집-세라믹 막여과 공정과 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정의 경우에는 원수의 탁도 변화에 따른 세라믹 막여과 공정의 투과유속 변화를 주어 각 공정의 임계 투과유속을 통한 원수 성상에 따른 전처리 공정의 적절성을 평가하고자 하였으며, 세라믹 막여과 정수처리공정의 여과특성에 미치는 운전조건을 평가하고자 하였다. 또한, 가혹 조건에서의 고분자 유기막과 세라믹 무기막 단일공정의 비교 및 평가를 하였으며, 고분자 유기막과 세라믹 무기막 배출수의 침강성 실험을 통해, 현재 대두되고 있는 정수처리 막여과 공정의 배출수 처리 문제에 대한 대안을 강구하고자 하였다. 본 실험에서는 전처리 공정을 평가하고자, 원수 성상의 변화를 주어 혼화-응집-세라믹 막여과 공정과 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정의 각 공정별 탁도, TOC, DOC, UV254, 무기물등을 주요 수질 항목으로 선정하여 비교 분석하였다. 강우시와 같은 극단적인 상황에 적절한 대응을 하며, 원수성상 변화에 따른 세라믹 막여과 공정의 적용 가능성을 평가하고자 A정수장의 원수(한강원수)와 유기막 배출수를 혼합하여 사용하였으며, 응집제 주입량은 최적응집조건 도출 실험에서 알아낸 10.6 %의 A-PAC를 1.0 %로 희석하여 주입하였고, 혼화-응집-침전 시간 및 교반속도는 혼화는 120 rpm에서 15초, 응집의 경우 20 rpm에서 20분, 침전의 경우 20분으로 진행하였다. 연구에 사용된 원수에 응집, 침전, 세라믹 막여과 공정을 추가할수록 탁도, UV254, TOC, DOC값이 감소하는 경향을 보인다. 초기 원수와 비교해볼 때, 탁도는 혼화-응집, 혼화-응집-침전, 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 모든 공정에서 99.0 %가 넘는 제거율을 나타냈고, UV254의 경우에는 모두 93.0 %가 넘는 제거율을 나타냈다. 또한, TOC의 경우는 혼화-응집 공정이 52.4 %제거율을 보였고, 혼화-응집-세라믹 막여과 공정은 56.4 %, 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정이 59.8 %의 제거율로 공정이 첨가될수록 제거율이 미세하게 증가하는 반면, DOC의 경우는 각 공정이 18.5 %, 22.2 %, 30.7 %로 공정이 첨가될수록 제거율이 상당히 증가하는 것을 볼 수 있다. 각 수질 항목들의 제거율로 비교해볼 떄 원수에 혼화-응집 처리만 했을 경우에도 측정치들이 현저히 감소함을 볼 수 있다. 그러나, 침전공정을 거치지 않고 세라믹 막여과 공정을 거칠 경우, 높은 투과유속으로 세라믹 막여과 공정을 운영시에는 차압이 급격히 증가 할 것이라 예상된다. 다만, 세라믹 막여과 공정의 수역세 및 공기역세와 같은 물리세정 주기를 조금 짧게 운영한다면, 혼화-응집 공정의 전처리만으로도 충분히 세라믹 막여과 공정의 안정적인 운전이 가능할 것이라 판단된다. 고탁도․고유기물의 원수 유입시에 세라믹 무기막 공정과 PVDF 유기막 단일공정의 투과유속에 따른 막간차압(TMP) 변화를 관찰 한 결과, 세라믹 무기막 공정의 경우 2m/d의 투과유속까지 안정적인 운전이 가능한 반면, PVDF 유기막 공정의 경우에는 1.5m/d의 투과유속에서 차압의 증가가 급격해지며, 2m/d의 투과유속에서는 운전이 불가능하였다. 이는 고분자 유기막의 특성 상, 고탁도․고유기물의 원수가 유입할 경우에 유기막 공정 단독으로 처리하기에는 한계가 있음을 보인다. 다만, 본 연구에서는 세라믹 막여과 공정에서 2.0m/d의 낮은 투과유속으로 운전을 하였기 떄문에 세라믹 막여과 공정 단독으로도 처리가 용이했지만, 높은 투과유속 적용을 위해서는 혼화/응집 공정이 필수적으로 적용되어야만 한다고 판단된다. 또한, 유기막과 세라믹 무기막 배출수를 비교․평가하기 위하여 SVI값을 통해 침강성을 판단하였다. 유기막 배출수의 경우에는 고형물 농도가 낮다는 단점으로 인하여 육안으로 판단할 수 없었으며, 세라믹 무기막 배출수의 경우에는 평균 SVI30값이 55.06ml/g으로서, 보편적으로 침전성이 양호하다는 50-150의 범위 안의 값을 나타내었다. 이는 세라믹 무기막의 경우 유기막에 비해 여과시간이 길어 고형물 함량이 높아, 내압식 전량여과 방식으로 운영되어 모듈로 유입된 고형물이 모듈의 끝부분에 모여서 펠렛형태로 뭉쳐져서 배출되는 특징 때문인 것으로 판단된다.

파일럿규모 유기/세라믹막 혼합공정을 이용한 탁도대응성 개선 연구

윤태한 성균관대학교 일반대학원 2014 국내석사

세라믹 막은 유기막에 비해 고가임에도 불구하고 기계적 강도가 우수하여 고압으로 역세가 가능하며 친수성 및 투수성이 뛰어나므로 유기막에 비해 고플럭스로 운전이 가능하고 회수율을 높게 운영할 수 있다. 또한 유기계 고분자 막에 비해서 높은 구조적 안정성을 가지며 화학적, 열적, 생물학적 열화에 제한을 받지 않으므로 적용 사례가 증가하고 있다 (Nur et al., 2009; Harman et al., 2010). 우리나라의 막여과 공정에서는 세라믹막보다 유기막이 주로 사용되어 지고 있으나 고탁도 또는 저수온 시 막여과 시설에 부하가 걸리므로 적절한 대응이 필요하다. 본 연구에서는 유기막과 세라믹막을 결합한 혼합 공정을 구성하였다. 공정의 성능평가를 위해 유기막 운전계열 수와 세라믹막의 플럭스를 변화를 통해 원수와 유기막 배출수의 블렌딩 비율에 따라 운전을 실시하였으며, 세라믹막의 응집제 주입량을 변화시켜 공정을 운영하였다. 또한 유입탁도에 따라 유기막과 세라믹막의 플럭스를 조정하여 혼합공정의 안정적인 운영을 확인하였다. 세라믹막의 성능을 평가하고자 실시한 실험에서 2, 3 m3/m2/일의 여과유속으로 운전 시 유입되는 원수에 큰 영향을 받지 않으므로 고탁도 유입 시 무기막의 부하를 증가시키고 유기막의 부하를 감소시켜 안정적인 운전이 가능할 것으로 판단하였다. 원수의 탁도에 따라 플럭스를 조정함으로써 유기막으로 가해지는 부하를 감소시켜 유기막 단독공정에 비해 안정적인 운영이 가능하며, 고탁도 시기에도 생산수량을 유지할 수 있다. 유기/세라믹막 혼합공정 운영결과 평균 99.4%로 유기막과 비교하여 높은 회수율을 얻을 수 있으며 회수율이 높기 때문에 배출수의 양이 적게 발생되어 배출수 처리를 위한 시설의 부지 및 처리비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 유기/세라믹막 혼합공정은 유기막에서 나오는 배출수가 세라믹막으로 유입되어 처리되므로 유기막 배출수 처리를 위한 추가적인 설비가 필요하지 않으며, 세라믹막 운영을 통해 처리수 생산과 유기막 배출수 처리가 동시에 가능하다. 또한 기존 유기막을 이용한 막여과 공정에서의 배출수는 침강성 및 농축성, 탈수성이 좋지 않아서 중력침강을 적용하기에는 어려움이 있다. 유기/세라믹막 혼합공정의 배출수는 배출수량이 적고 배출수의 침강성이 우수하여 중력침강으로도 충분한 농축이 가능하다.

活性세라믹을 利用한 下水處理 效率에 관한 硏究

김광수 東亞大學校 大學院 1999 국내박사

본 연구에서는 먼저 새로운 세라믹 담체의 연구를 위해 초기단계로 혼합 광물을 담체로 이용하여 기초자료를 얻었고, 이것을 기초로 하여 새로운 세라믹 담체 제조에 필요한 자료를 제공하여 공동연구자들로부터 미생물 활성용 세라믹 담체를 공급받아 현재 생물 막 재료로 많이 사용하고있는 Saran과의 제거효율의 비교실험을 통하여 그 가능성을 확인하고 다음단계로 실제 시스템에 적용할 수 있는 가능성을 알아보기 위하여 합병정화조 실험 장치에 미생물 활성용 담체인 세라믹 담체를 이용하여 부착성 미생물 및 토양미생물의 활동을 촉진시킬 수 있도록 운전하여 하수처리 효율을 향상시키고자 하였다. 인공폐수를 사용한 4개 반응조(두 종류의 다른 담체를 각각 사용한 무산소-호기공법, 담체를 넣지않은 무산소-호기공법, 활성슬러지 공법)를 운전하여 나타난 유기물 제거효율에서는, 초기미생물농도를 저농도로 설정하여 MLSS의 농도를 1100㎎/L로 하고, MLVSS의 분율을 70%로 조정하여 운전한 경우에는 담체의 유무에 상관없이 크게 영향을 미치지 않지만, 초기 미생물농도를 고농도로 설정하여 MLSS의 농도를 4300㎎/L로 하고, MLVSS의 분율은 80%인 고농도 분율로 운전한 경우에 있어서는 담체 없이는 운전이 불가능함을 알 수 있었고, Saran담체(99.5%)와 혼합광물을 담체(94.5%)로 사용한 경우에는 큰 차이가 없었다. 또한 총 질소제거효율을 보면 활성슬러지 공법에서 13.1%, 담체를 넣지 않은 무산소-호기공법에서는 54.0%, 두종류의 다른 담체를 넣은 무산소-호기공법에서는 Saran 57.6%와 혼합광물56.2%를 나타내어 두 종류의 다른 담체 사이에는 거의 차이가 없었다 총 인의 제거효율을 보면 활성슬러지 공법에서는 5.5%로서 거의 효과가 없는 반면에 무산소-호기공법에서는 27.9%를 나타내 활성슬러지 공법보다는 5배정도 높은 제거효율을 보였고, 4개 반응조 중에서는 활성 세라믹담체가 37.0%로서 가장 높은 제거효율을 보였다. 따라서 Saran과 혼합 광물 담체의 제거효율 비교에서는 유기물 및 질소의 제거효율은 큰 차이가 없었으나, 인 제거효율은 월등히 우수하므로 새로운 담체의 원료로서의 충분한 가능성을 확인할 수 있었다. Saran과 처리효율을 비교한 실험결과를 보면 BOD제거효율은 활성세라믹이 Saran보다 5ppm정도 좋게 나타났으며, T-P의 제거효율도 활성세라믹이 Saran보다 1ppm 정도로 제거효율이 높았다. 본 실험결과에서 Saran에 비해 활성세라믹이 제거효율이 좋게 나타난 것은 Saran은 부착성 미생물만을 이용하는 반면에 활성세라믹은 미생물들에게 무기 영양 원소를 공급할 수 있을 뿐 만 아니라 조절도 가능하여 미생물들을 활성화 시켜 줄 수 있기 때문이다. 합병정화조 실험장치에 의한 현장에 적용시킨 실험결과를 보면 COD, BOD의 방류수는 10ppm 전후로 나타났고, 총질소(T-N)는 60-70%정도까지 제거시킴으로 인해, 외부에서 환원제인 유기물질을 첨가하지 않고도 탈질을 할 수 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 총 인(T-P)은 80%이상의 제거효율을 나타내어 생물학적인 처리가능성을 확인할 수 있었다. This study, for the research of new ceramic media, attempts to gain the basic data by using mixed ore of early stage as media, to supply coworkers with data required to produce new ceramic media, to receive ceramic media for the composition of microorganism from them on the basis of these data, to make sure the possibility of removing nitrogen through the comparative experiment of removing efficiency with Saran used now as the materials of biofilm, and to improve the efficiency of treating wastewater so that the activities of adhesive microorganism and soil microorganism can be improved using ceramic media, media for the activation of microorganism in the experiment of amalgamated septic tank in order to see if it can be applied to the actual system. As for the efficiency of removing organic substance shown through the operation of four reaction tanks (anaerobic-aerobic methods using 'two kinds of different media respectively, anaerobic-aerobic method without media, and activated sludge method) with artificial wastewater, it can be seen that it doesn't have a great influence regardless of media for low concentration. Moreover, as for the efficiency of removing nitrogen totally, it can be seen that it shows 13.1% in activated sludge method and 54.0% in anaerobic-aerobic method without two kinds of different. media, while it shows 57.6% and 56.2% respectively in anaerobic-aerobic method with two kinds of different media. This means that there is no significant difference between the two kinds of different media. As for the efficiency of removing phosphorus totally, it can be seen that it shows 5.5%, little effect in activated sludge method, while it shows 27.9% in anaerobic-aerobic method, signifying five times higher than activated sludge method. Additionally, it shows 37.0%, the highest efficiency in activated ceramic media among 4 reaction tanks. As a result of comparative experiment of removing efficiency with Saran, activated ceramic shows 5ppm better than Saran in the efficiency of removing BOD and lppm higher than Saran in the efficiency of removing T-P. Moreover, as a result of experiment to apply to actual site by amalgamated septic tank, it can be confirmed that discharging water of COD and BOD shows around l0ppm and denitrification is possible without additing organic substance, reducing agent by removing 60-70% of T-N. In addition, T-P represents higher than 80% of removing efficiency, signifying the possibility of biological treatment. Therefore, it is firmly believed that this study is applicable to the actual system.

세라믹 / 폴리머 복합체의 열적특성

주한새 경기대학교 일반대학원 2013 국내석사

고방열 기기의 응용을 위하여 세라믹(BN, Al2O3) / 폴리머(polymethyl methacrylate(PMMA), high density polyethylene(HDPE), polyvinyl butyral(PVB)) 복합체의 열전도도에 대하여 연구하였다. 모재상에 비해 높은 세라믹의 열전도도 때문에 세라믹의 함량이 증가함에 따라 복합체의 열전도도는 증가하였다. BN, Al2O3 / PMMA 복합체의 열전도도에 미치는 충전제의 입자크기의 영향에 대하여 연구하였다. 동일한 부피분율(Vf)의 세라믹이 충전된 복합체에 대해서, 충전제의 입자크기는 복합체의 열전도도에 영향을 주었다. 이는 기공의 형성과 관련된 세라믹 입자들과 폴리머 모재상 사이의 계면 흡착 에너지의 차이 때문이다. BN / PMMA 복합체의 경우 10μm의 BN이 충전된 복합체의 열전도도가 가장 높았으며, Al2O3 / PMMA 복합체의 경우 20μm의 Al2O3가 충전된 복합체의 열전도도가 가장 높았다. 서로 다른 입자 크기를 갖는 이종의 세라믹 충전에 따른 BN, Al2O3 / HDPE 복합체의 열전도도에 대하여 연구하였다. 3μm와 20μm의 서로 다른 입자크기의 BN을 각각 Vf=0.1과 Vf=0.2로 함께 충전한 BN / HDPE 복합체의 경우, 서로 다른 입자크기의 BN을 각각 충전한 복합체에 비해 높은 열전도도를 나타내었다. 또한, 판상과 침상의 Al2O3를 각각 Vf=0.4와 Vf=0.1로 함께 충전하여 HDPE와 복합화한 경우가 판상의 Al2O3만 Vf=0.5 충전한 복합체에 비해 향상된 열전도도를 나타내었다. 이러한 결과는 한 종류의 충전제 입자들 사이를 이종의 충전제 입자가 연결시켜줌으로써 열전도성 경로의 수가 증가하였기 때문이다. BN, Al2O3 / PVB 복합체의 열전도도에 미치는 판상의 세라믹 충전제의 배향의 영향에 대하여 연구하였다. 충전제의 면이 열전달의 방향에 대하여 평행하게 배향되어 있는 복합체의 경우(in-plane)는 수직으로 배향되어 있는 복합체(transverse)에 비해 더 높은 열전도도를 나타내었다. 이는 BN의 결정 구조적인 특성에 의해 BN의 축방향(c-axis)에 비해 면방향(a,b-axis)으로 열이 더 잘 확산되기 때문이다. 열전도도의 등방성을 갖는 Al2O3의 경우는 모재상 보다 높은 열전도도를 갖는 Al2O3 입자들로 이루어진 열전도성 경로의 증진 때문이다. Thermal properties of ceramic(BN and/or Al2O3) / polymer(polymethyl methacrylate(PMMA), high density polyethylene(HDPE), polyvinyl butyral(PVB)) composites were investigated for the application of high heat spreader device. With increase of ceramic content, the thermal conductivity of the composites increased due to the higher thermal conductivity of the ceramic filler than that of the polymer matrix. Effect of particle size of ceramic on the thermal conductivity of BN and/or Al2O3 / PMMA composites was investigated. For the composites with same volume fraction(Vf) of the ceramic filler, the thermal conductivity of the composites affected by the particle size of the ceramic filler. This result is due to interface adhesion energy between the ceramic particles and polymer matrix associated with formation of pores. For the composites with BN, the composites with 10μm BN showed the highest thermal conductivity, while the composites with 20μm Al2O3 showed the highest thermal conductivity for the composite with Al2O3. The thermal conductivity of BN and/or Al2O3 / HDPE composites with different ceramic particles was investigated. The BN / HDPE composites with a mixture of the different particle sized BN(0.1Vf of 3μm BN and 0.2Vf of 10μm BN) exhibited higher thermal conductivities than the composites with singe particle sized BN. Comparing with the composites with flake Al2O3 only, the mixture of flake Al2O3 with rod Al2O3(0.4Vf of flake Al2O3 and 0.1Vf of rod Al2O3) improved the thermal conductivity of the Al2O3 / HDPE composites. These result could be affected by the increase of thermal conductive pathways consisting of the ceramic particles. Effect of orientation of flake ceramic on the thermal conductivity of BN and/or Al2O3 / PVB composites was investigated. The composites with ceramic oriented parallel to the heat flow(in-plane) showed higher thermal conductivity than that of the composites with ceramic oriented perpendicular(transverse). These result could be attributed that the heat is more easily diffused to plane direction(a,b-axis) than axial direction(c-axis) of BN due to the crystal structural characteristics of BN. On the other hand, for the composites with Al2O3 which showed higher thermal conductivity than the matrix phase, the in-plane composites showed higher thermal conductivity than the transverse composites due to increase of the thermal conductive pathways.

세라믹 아트퍼니처 작품 연구 : 본인 작품을 중심으로

김민주 경희대학교 대학원 2023 국내석사

포스트모더니즘 이후 다양하게 표현되고 있는 가구는 우리 생활 속에서 없어선 안 될 물건이며 일상과 예술의 간격을 좁히는 가장 친근한 예술품이다. 우리는 이것을 아트퍼니처(Art Furniture)라고 부른다. 직접 손으로 만지고 몸과 맞닿게 되는 아트퍼니처는 기능성과 심미성뿐만 아니라 인간의 내재된 감성을 전달하는 중요한 매개체이다. 연구자는 이러한 아트퍼니처를 만들기 위해 예술성과 실용성을 모두 가지고 있는 세라믹을 소재로 제작했다. 본 연구에서는 현재 활동하고 있는 세라믹 아트퍼니처 작가들의 작품을 토대로 장식적, 형태적 특징을 분석하여 세라믹 아트퍼니처만의 장점을 모색하고 발전 가능성을 알아보고자 한다. 이를 통해 본 연구자의 고유한 조형 언어와 개념을 세라 믹 아트퍼니처에 적용해서 세라믹이 가진 작품과 가구로써의 조형적 가치를 연구작품을 통해 제시하는 것을 목적으로 한다. 선행연구 결과를 통해 포스트모더니즘 아트퍼니처 작품 사례에서 공통적으로 보이는 인간 감성을 자극하는 디자인과 반기능주의 정신으로 다양한 형태와 장식을 가진 세라믹 아트퍼니처가 등장할 수 있도록 하는 계기가 되었음을 확인할 수 있었 다. 그리고 세라믹 아트퍼니처에서 보이는 특성을 고찰하기 위해 국내외 세라믹 아트퍼니처 작가 9인의 작품 표현 방식을 분석하고, 선행 작품에서 드러난 강조된 표현 방식에 따라 장식적 표현과 형태적 표현 두 가지로 분류했다. 결론적으로 장식적인 요소가 크게 반영되면 형태적 요소가 비교적 약하게 드러나고 형태적인 요소가 강하다면 장식적 표현이 덜하게 나타난다는 것을 알 수 있었다. 또한 도자 특성상 한 가지의 요소만 사용되는 것이 아니라 두 가지의 표현이 상호작용하는 양상을 보였고 작품 의도나 표현 방식에 따라 표현적 요소가 강하게 드러난다는 것을 알 수 있었다. 이론적 고찰을 바탕으로 연구 작품은 연구자의 고유 조형 언어인 ‘뚱뚱한 살’을 표현하기에 형태적 표현 방식이 적합함을 알 수 있었으며, 가소성을 지닌 점토로 부피가 크고 유기적인 ‘살’의 형태를 가진 아트퍼니처를 제작하였다. 이는 사회적 이슈인 ‘미의 고정관념’이라는 주제를 기능성 있는 가구로써 유희적으로 풀어내고자 한 시도이며, 세라믹 또한 모더니즘의 기능성만을 추구하는 게 아니라 사회적 문제에 해학적으로 접근해 인간 감성과 맞닿는 아트퍼니처를 제작할 수 있다는 가능성 을 확인할 수 있었다.

세라믹 코팅 분리막의 세라믹 입자가 LIB의 전기화학 특성에 미치는 영향에 대한 기구규명 및 이를 이용한 LIB의 전기화학 특성향상에 관한 연구

권혁권 성균관대학교 일반대학원 2014 국내석사

We have proposed an inorganic composite separator prepared by coating ZrO2 nanoparticles with a PVDF-12wt%HFP copolymer binder. By integrating the ZrO2 nanoparticles coating layer on the surface of the PE separator, the thermal stability can be effectively enhanced. The electrochemical performance of the cell employing the proposed composite separator was comparable with that of the cell containing the pristine PE separator. We found that the formation of the mircopores by phase inversion induced by the moisture adsorbed on the ZrO2 nanoparticles in the polymeric layer was mainly responsible for ensuring comparable electrochemical performance with the pristine PE separator. To inspect further, we also investigated the correlation between the moisture content of the ZrO2 nanoparticles and the microstructure of the composite separators. With an increase in the moisture content, the number of micropores created around the embedded ZrO2 nanoparticles increased, thereby significantly affecting the electrochemical properties of the separators. When highly moisturized ZrO2 nanoparticles(16000ppm) were used for the preparation of the composite separators, adequate air permeability and ionic conductivity were attained. Our findings will be helpful in the development of promising inorganic composite separators that would offer excellent thermal and electrochemical properties.

고분자 열분해를 이용한 금속-세라믹복합 밀봉재 개발

홍성진 성균관대학교 일반대학원 2013 국내박사

물성 조절이 용이하고 낮은 온도에서 세라믹으로 전환이 가능한 무기 고분자 세라믹 전구체에 높은 열팽창계수를 갖는 충진제를 첨가하여 고체산화물 연료전지용 밀봉재를 개발하였다. 우선 평판형 SOFC용 밀봉재의 경우, Ni과 ZrO2를 동시에 충진제로 활용하고 B2O3를 16vol% 첨가하여 안정적인 선형적 열팽창 거동을 확보할 수 있었고 열팽창계수 또한 10.1-10.5 x 10-6/K로 연료전지의 다른 부품들과의 열응력을 방지하기에 적절한 값을 보였다. 또 수축률은 2%미만으로 연료전지의 조립을 위한 열처리시 발생할 수 있는 응력을 제어하기에 충분하였다. 이어진 밀봉률 측정 실험에서 반복적인 열사이클에 취약한 양상을 보인 MNZ111 조성에 비해 MNZ342 조성은 60시간동안 98%이상의 밀봉률을 보였으며 20회의 열사이클을 인가하였을 경우에도 안정적인 밀봉률을 보였다. 그리고 세그먼트형 SOFC용 전도성 밀봉재를 제조하였는데, AlCo, Ni, NiAl을 충진제로 사용을 시도하였다. AlCo는 전극재료인 Ni과 반응하여 화학적 불안정성을 보였고, Ni은 산화에 취약한 양상을 보였다. 따라서 이후 실험에서는 NiAl을 충진제로 선정하여 실험을 진행하였다. MK-NiAl 시편은 다른 부품과 열응력을 발생시키지 않을 수 있는 10.5 - 11.1 x 10-6/K의 적절한 열팽창계수와 3%미만의 낮은 흡수율을 보여 높은 밀봉률을 기대할 수 있었다. 또한 연료전지의 단면을 관찰한 결과 전도성 밀봉재는 지지체, 전극과 같은 연료전지의 다른 부속품들과도 안정적인 접촉면을 보였다. MK-NiAl 전도성 밀봉재는 750℃에서 500시간동안 진행한 밀봉율 측정 실험에서도 높은 밀봉특성을 보였으며 500시간동안 750℃에서 열처리한 전도성 밀봉재는 162 S/cm의 높은 전기 전도도를 보였다. Seals for SOFC was developed by using preceramic polymer. The formation, microstructure and properties of composites seals were evaluated. Polymethylsiloxane was chosen as a ceramic precursor. First, Seals for the planar type SOFC was developed by using Ni and ZrO2 filler and B2O3 of 16vol%. The shrinkages of MNZ series were < 2%, which was small value enough to avoid thermal stress during fuel cell fabrication. In addition the CTE of MNZ series were 10.1 - 10.5 x 10-6/K. The high temperature sealing properties were measured. MNZ111 specimen shows good sealing property but fragile to heat cycle. By the way MNZ342 specimen shows sealing efficiency of >98% for 60hrs at 750℃ and shows stable sealing property for 20 times of heat cycle. Second, metal-ceramic composite seal for segment-in-series SOFC was fabricated. a metal-ceramic composite shows the dense microstructure composed of metal filler distributed in the ceramic matrix derived from polymer precursor. The interface between conductive seal and other component shows good binding. The coefficient of thermal expansion and water absorption of MK-NiAl specimen were 10.5 - 11.1 x 10-6/K and 0.24-2.26%, respectively. In addition the MK-NiAl specimen shows excellent sealing efficiency at 750℃ for 500hrs and the electrical conductivity of MK-NiAl specimen was 162S/cm after 500hrs of oxidation test at 750℃

세라믹 분말(Ceramic powders)이 약용식물의 생장과 이차대사산물 생산에 미치는 영향

김유정 전남대학교 대학원 1998 국내석사

두 종류의 원적외선 방사 세라믹(A: Fe₂O₃, 42.46%, ZnO, 9.97%; MgO, 38.9%; MnO₂, 7.6%; Dy₂O₃, 0.73%; RuO₂, 0.23%; B: Fe₂O₃, 61.4%; ZnO, 26.1%; MnO₂, 5.6%; Dy₂O₃, 0.62%; RuO₂, 2.3%)이 in vitro하에서 배양되고 있는 캘러스, 부정근과 모상근 및 유식물 등의 생장에 미치는 효과와 주요 이차대사산물의 생산에 미치는 효과를 조사하였다. 탈분화된 세포배양에서 생장률은 Achyranthes japonica(쇠무릎)가 0.1% B 처리구에서 대조구(light; 0.12 g, dark; 0.08 g)에 비해 증가(light; 0.23g, dark; O.13g)함을 보였으나, Centella asiatica(병풀)에서는 대조구(light; 0.21g)와 0.1% B 처리구(0.20g), A 처리구(0.22g) 모두 비슷하였다. 뿌리 배양의 경우, Hyoscyamus niger(가지과), Scopolia parviflorum(미치광이풀), Platycodon grandiflorum(도라지)에서 촉진효과를 보였으며, 특히 H. niger(가지과)는 대조구에 비해 2배 이상의 생장촉진효과를 보였다. 유식물에서는 세포배양에서 세라믹 촉진효과를 보였던 A. japonica(쇠무릎)이 0.05% B 처리구에서 약 1.75배라는 좋은 생장률을 보였으며, S. parviflorum(미치광이풀)은 약간의 촉진효과를 보인 반면 C. asiatica(병풀)에서는 유의할 만한 생장촉진효과가 나타나지 않았다. 이차대사산물의 생산에 대한 세라믹의 효과는 H. niger(가지과), P. grandiflorum(도라지)에서 조사되었으며, 0.05% B 처리구에서 H. niger(가지과)의 tropane alkaloids와 P. grandiflorum(도라지)의 polyacetylenes의 함량은 약 35%, 30% 각각 증가되었다. This study was attended to show effect of ceramic powders on growth and secondary metabolites production in vitro of medicinal plants. In this work, we were carried out to examine the effect of two kinds of ceramics(A: Fe₂O₃; 42.46%, ZnO; 9.97%, MgO; 38.9%, MnO₂; 7.6%, Dy₂O₃; 0.73%, RuO₂; 0.23%, B: Fe₂O₃; 61.4%, ZnO; 26.1%, MnO₂; 5.6%, Dy₂O₃; 0.62%, RuO₂; 2.3%) in being cultured samples; callus, adventitious root, hairy root, young plantlet. In case of disorganized callus culture, Achyranthes japonica slightly increased at the medium containing 0.05% B ceramic powder as compared with no ceramic powder. When Centela asiatica was cultured at the medium added control and 0.1% A, B ceramic powder, the growth rate generally was similar. In adventitious root or hairy root culture, there was also stimulation effect in Hyoscyamus niger, Platycodon grandiflorum, Scopolia parviflora. Especially, glowth of H. niger in 0.05% B treatment was 2 times higher than that of control. In young plantlets, A. japonica that enhanced at callus culture increased about 1.75 folds at 0.05% B ceramic treatment S. parviflora showed a bit enhancement but C. asiatica not changed. From these results, the effects of ceramics on total productivity of come secondary metabolites of samples being effect examined. In major tropane alkaloids production of H. niger and polyacetylene production of P. grandiflorum with ceramic 0.05% B treatment, yields increased about 35%, 30%, respectively.

낱알 정렬된 Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5TiO₃세라믹의 유전 및 압전 특성

김민석 동의대학교 대학원 2006 국내석사

압전세라믹은 발진자, 레조네이터, 액추에이터 등과 같은 전자부품소재로 실용화되고 있으며, 전기기계 결합계수(k_(p)), 기계적 품질계수(Q_(m)), 압전계수(d_(33)) 등과 같은 압전 특성이 뛰어난 Pb(Zr,Ti)O_(3) (PZT)계 물질이 주류를 이루고 있다. 그러나 PZT계 화합물로 제조된 센서나 장치는 환경에 유해한 납(Pb)이 60 wt% 이상 포함되어 있어 인체에 유해하기 때문에 최근 산업계에서는 납이 함유되지 않는 친환경 무연(無鉛) 압전 소재 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 무연계 압전 세라믹 개발의 선행연구로 K (potassium) 치환량에 따른 Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_(x))_(0.5)TiO_(3) (BNKT) 세라믹을 제작하여 유전 및 압전 특성을 조사하였다. K 치환량이 증가함에 따라 BNKT 세라믹은 rhombohedral 상에서 tetragonal 상으로 상전이 하였으며, K 치환량이 x=0.15 영역에서 두상이 공존하는 상 경계영역 (Morphotropic Phase Boundary, MPB)이 존재하고 이 영역에서 높은 압전 특성 (k_(p)?43 %, d_(33) ?140 pC/N)을 나타내었다. 선행연구 결과로부터 K 첨가량이 x=0.15인 MPB 조성[Bi_(0.5)(Na_(0.85)K_(0.15))_(0.5)TiO_(3)]을 선택하여 Reactive Templated Grain Growth (RTGG) 방법으로 낱알 정렬된 BNKT 세라믹을 제조하고, 낱알 정렬 방향에 따른 BNKT 세라믹의 유전 및 압전 특성을 조사하였다. XRD와 SEM 측정으로부터 BNKT 세라믹의 결정구조와 낱알의 표면형상을 조사하였으며 낱알 정렬 방향에 따른 BNKT 세라믹의 P-E 이력곡선, 유전율, 전기기계 결합계수, 압전계수 등을 측정하여 유전 및 압전 특성을 조사하였다. RTGG 방법으로 제작된 BNKT 세라믹의 낱알은 a축 방향으로 40% 이상 정렬되었으며 일반적인 방법으로 제작된 BNKT 세라믹과 비교하여 우수한 압전 특성을 나타내었다. Piezoelectric ceramics are utilized for electronic devices such as resonators, vibrators, and actuators. Pb(Zr,Ti)O_(3) (PZT) system are well known material for such demands because it has good piezoelectric properties such as electromechnical coupling factor (k_(p)), mechanical quality factor (Q_(m)), and piezoelectric coefficient (d_(33)). But current demands in environment recommends to avoid lead contents in electronic devices. In this study we fabricated Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_(x))_(0.5)TiO_(3) (BNKT) ceramics with potassium dopants and investigated its dielectric and piezoelectric properties. Phase was changed from rhombohedral to tetragonal as potassium contents increased, found the MPB (Morphotropic Phase Boundary) at the ratio of x=0.15 mole% with high piezoelectric coefficients (k_(p)?43 %, d_(33) ?140 pC/N). BNKT ceramics, Bi_(0.5)(Na_(0.85)K_(0.15))_(0.5)TiO_(3) were fabricated using the above conditions by Reactive Templated Grain Growth (RTGG) method. Grain-oriented BNKT ceramics were made and dielectric and piezoelectric properties of grain-oriented BNKT ceramics were measured using previous conditions. Surface morphology and phases of the grains were investigated using SEM and XRD. Dielectric and piezoelectric properties such as P-E hysteresis, dielectric constants, piezoelectric coefficients, and electromechnical coupling factors depending on the direction of grain orientations were investigated. BNKT ceramics made by RTGG method has 40% of a-axis preferency and it has higher piezoelectric properties by comparing to BNKT ceramics made by normal method.