가압성형 AlN-Y2O3-Ga2O3 세라믹스와 테이프캐스팅 성형 AlN-Y2O3 기판 제조 및 물성 연구
A study on the preparation and properties of press-formed AlN-Y2O3.Ga2O3 ceramics and a tape-casted AlN-Y2O3 substrate
- 주제(키워드) 도움말 질화알루미늄(AlN) , 이트리아(Y2O3) , 산화갈륨(Ga2O3) , AFB-1521 , polyethylene glycol , polyvinyl butyral , 열전도도
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 申鉉浩
- 발행년도 2014
- 학위수여년월 2014. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 재료공학과
- 원문페이지 ⅶ, 60 p.
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000006457
- 본문언어 한국어
초록/요약
95.5AlN-(4.5-x)Y2O3-xGa2O3(x=0, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00)조성을 갖는 분말 혼 합체를 1800℃에서 3시간동안 소결하였다. X-선 회절분석 결과, 주 결정상 은 AlN(aluminium nitride), 2차상은 YAM(yttrium aluminium monoclinic, Y4Al2O9) 및 YAP(yttrium aluminium perovskite, YAlO3)인 것으로 확인되었다. X-선 회절 패턴에 대한 리트벨트 해석을 실시한 결과, Ga22O3의 치환양이 증가하면 Y4Al2O9상의 양이 감소하고 YAlO3상의 양은 유사함을 확인하였 다. Ga2O3의 첨가량이 증가할수록 탄성률은 361 GPa부터 331 GPa까지 감소 되었다. 시편의 겉보기 밀도는 3.32~3.33 g/cm3이었고 선 수축률은 20.2~21.1%이었다. 이를 통해, Y2O3에 대한 Ga2O3 치환은 AlN-Y2O3의 소결 에는 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 한편, 무수에탄올 용매하에서 AlN-4.5wt%Y2O3 혼합 분말을 분산시키는 능 력이 우수한 분산제를 찾기 위해 6종의 분산제를 평가한 결과, 음이온성 고분자 분산제의 일종인 AFB-1521이 가장 우수하였으며, 최적 첨가량은 혼 합 분말 대비 1 wt%이었다. 동 조건으로 제작된 시트를 유연성, 인장 강도 및 hole의 결함을 기준으로 평가한 결과, 가소제인 polyethylene glycol의 함량은 8 wt%, 결합제인 polyvinyl butyral의 함량은 12 wt%가 선정되었다. 위 결과를 토대로 AlN-4.5wt%Y2O3 조성에 분산제, 가소제 및 결합제를 첨가하 여 테이프 캐스팅 공정을 통해 제작한 시트를 적층한 후 70℃에서 100 bar 압력으로 warm isostatic press 공정을 수행한 후 1800℃에서 4시간 소결을 하여 두께 1 mm의 기판을 제작한 후, 열전도도를 측정한 결과, 169 W/mK 를 나타내었다.
more초록/요약
A series of 95.5AlN-(4.5-x)Y2O3-xGa2O3 (x=0, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00 in weight percent) compositions were prepared, pressed, and sintered at 1800oC for 3 h in flowing N2 atmosphere. In X-ray diffraction analysis, AlN is identified as the main phase and YAlO3 and Y4Al2O9 are observed as the secondary phases. Based on the Rietveld analysis of X-ray diffraction patterns, as the degree of substitution of Ga2O3 for Y2O3 increased, the quantity of Y4Al2O9 deceased while that of YAlO3 was more or less similar. The apparent density and the linear shrinkage (20 mm in diameter) were in the ranges of 3.32 ~ 3.33 g/cm3 and 20.2 ~ 21.2%, respectively. From the results of the density and shrinkage, the substitution of Ga2O3 for Y2O3 is interpreted not to inhibit the sinterability of the AlN ceramics. The elastic modulus showed slightly decreasing trend from 361 GPa (x=0) to 331 GPa (x=1.0) by the addition of Ga2O3. The capability of 6 types of dispersants in dispersing the AlN-4.5wt%Y2O3 powder mixture in ethanol medium were investigated based on sedimentation of the particles in the medium. Among the investigated dispersants, AFB-1521 was shown to be the best in ethanol medium, and its optimum amount was 1 wt% with reference to the ceramic powder. The optimum quantities of the binder (polyvinyl butyral, 12 wt% w.r.t. the ceramic powder) and plasticizer (polyethylene glycol, 8 wt%) were determined based on the flexibility, tensile strength, and number of holes in the tape-casted sheet. Ten tape-casted AlN-Y2O3 sheets were layered, warm isostatically pressed at 70oC and 100 bar, and finally sintered at 1800oC for 4 h in flowing N2 atmosphere. The thermal conductivity of the sintered substrate was 169 W/mK.
more목차
제 1 장 서론 1
제 2 장 이론적 배경 3
제 2-1 절 질화알루미늄 특성 3
제 2-1-1 절 질화알루미늄 주요 특성 3
제 2-1-2 절 질화알루미늄 열적 특성 4
제 2-1-3 절 질화알루미늄 제조 방법 7
제 2-2 절 공정 방법 및 물성 측정 원리 9
제 2-2-1 절 테이프 캐스팅 공정 9
제 2-2-2 절 분산성 평가 방법 12
제 2-2-3 절 소결 공정 14
제 2-2-4 절 물성 측정 원리 17
제 3 장 실험 방법 21
제 3-1 절 가압성형 AlN 세라믹스 제조 및 물성 연구 21
제 3-1-1 절 질화알루미늄-이트리아-산화갈륨 세라믹스 복합체의 칭량 조성 21
제 3-1-2 절 질화알루미늄-이트리아-산화갈륨 세라믹스 복합체 성형 22
제 3-1-3 절 질화알루미늄-이트리아-산화갈륨 세라믹스 복합체 소결 24
제 3-1-4 절 결정상 분석을 위한 리트벨트 연구 방법 25
제 3-2 절 테이프캐스팅 성형 질화알루미늄-이트리아 기판 제조 및 물성 연구 27
제 3-2-1 절 질화알루미늄-이트리아 및 이트리아 슬러리 제조 27
제 3-2-2 절 질화알루미늄-이트리아 및 이트리아 분산 실험 30
제 3-2-3 절 분산 실험 적용된 테이프 캐스팅 실험 32
제 3-2-4 절 적층 및 소결 공정 34
제 4 장 결과 및 고찰 35
제 4-1 절 질화알루미늄-이트리아-산화갈륨 디스크 특성 35
제 4-1-1 절 겉보기 밀도 및 선 수축률 측정 결과 35
제 4-1-2 절 물성 측정 결과 37
제 4-1-3 절 X-선 회절 분석 및 미세 구조 관찰 38
제 4-1-4 절 리트벨트를 이용한 결정상 분석 결과 42
제 4-2 절 질화알루미늄-이트리아 슬러리 분산성 실험 결과 44
제 4-2-1 절 분산제 종류 및 함량에 따른 침전 높이 평가 결과 44
제 4-2-2 절 슬러리 미세 구조 관찰 49
제 4-2-3 절 가소제 및 결합제 함량에 따른 테이프 캐스팅 결과 51
제 4-2-4 절 질화알루미늄-이트리아 기판 열전도도 결과 53
제 5 장 결론 54
제 6 장 참고문헌 57
