Y3Al5O12 첨가가 질화규소 세라믹스의 제조 및 그 기계적 특성에 미치는 영향

Abstract

In the present work, silicon nitride was fabricated with Y3Al5O12 as a sintering additive and its mechanical properties were investigated. Silicon nitride with 3, 5, and 7 wt% of Y3Al5O12 was prepared and sintered by a Hot Pressing (HP) technique at 1750 and 1800℃ for 2 h. The process was performed under different process pressures of 30 and 45 MPa. Mechanical properties (density, strength, hardness, and fracture toughness) were investigated as a function of the Y3Al5O12content in Si3N4. Si3N4 -Y3Al5O12 ceramics showing similar mechanical properties compared with Si3N4-Y2O3-Al2O3 ceramics. But its high temperature strength was considerably higher than that of Si3N4-Y2O3-Al2O3 ceramics.1. 서 론 산업이 고도화되고 이용되는 부품소재가 더욱 가혹한 환경에 노출됨에 따라 기존의 금속이나 고분자소재보다 높은 기계적 특성을 지니는 구조세라믹스에 대한 요구가 증대되고 있다. 그러나 실제 응용에 있어서 구조세라믹스는 자체의 신뢰도와 취성 때문에 많은 제한이 있으며, 이를 극복하기 위해 가혹한 환경에서의 높은 강도와 파괴인성을 확보하는 것이 가장 중요한 과제로 대두되고 있다(Tsuge et al., 1975; Sanders and Mieskowski, 1985).대표적인 구조세라믹스인 질화규소는 강도, 내열성, 내열충격성, 내화학성, 내마모성 등이 매우 우수한 재료이다. 이러한 특성으로 자동차 엔진부품, 가스 터빈, 절삭 공구, 베어링, 펌프용 실링(Sealing)재로 산업전반에 걸쳐 활용되고 있다. 하지만 Si3N4는 소결 시 충분한 소결강도를 가지기 전에 분해할 뿐만 아니라, 난소결성이며 파괴인성 또한 낮은 것이 단점으로 지적되고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 일반적으로 질화규소는 Al2O3, Y2O3, MgO, ZrO2 등의 소결조제를 첨가하여