동결주조로 성형한 La₂O₃가 첨가된 Al₂O₃ 다공체의 소결 중 입자성장 거동
Grain growth behavior of porous Al₂O₃ with addition of La₂O₃ prepared via freeze-casting
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초록
Al₂O₃ 다공체는 필터 및 촉매 담체 등으로 활용되며 그 기능성과 내구성을 확보하기 위해서는 다공성 구조의 기계적 강도가 중요하다. 소결 중 치밀화 및 입자성장을 유리하게 제어하는 것이 기계적 강도 향상에 필수적이며, 본 연구에서는 그 일환으로 La을 첨가하여 동결주조로 성형된 Al₂O₃ 다공체의 입자성장 양상을 분석하였다. 즉, 250 ppm의 La을 첨가한 계에서 1400°C에서 1600°C에 이르는 온도 범위 내에서 소결 시간 및 온도에 대한 평균입도 변화를 관찰하여 Gtn-G0n= kt 관계로부터 exponent(n 값)은 3으로, k = k0exp(-Ea/RT)로부터 입자성장에 대한 활성화 에너지(Ea)는 489.09 kJ/mol로 각각 계산되었다. 이러한 결과는 입자성장에 대한 La의 첨가 효과를 나타내며, La이 Al₂O₃의 입계 이동속도를 늦춰 입자성장의 억제에 효과가 있음을 방증하므로 기계적 강도에 이롭다. 한편, 향후 원료 분말에 함께 포함되어 있는 미량의 불순물 작용을 관찰하면 La의 기여를 명확히 구분할 수 있으며, 이러한 접근은 향후 다공성 Al₂O₃에서 입자성장을 제어하는데 사용될 수 있는 첨가제를 선택하는 데 유용하게 사용될 수 있다.
Abstract
To secure the mechanical strength of porous Al₂O₃ ceramics, which can be utilized for filters and catalyst supports is essential for their functionality and durability. Superior mechanical strength would be obtained by tailoring thedensification and grain growth during sintering. This study deals with grain growth behavior of a freeze-casted Al₂O₃ with addition of La₂O₃. In a temperature range between 1400 and 1600°C, variations of average grain size with sintering timeand temperature were observed and analyzed with G_{t}^{n}-G_{0}^{n}= kt and with k = k0exp(-Ea/RT). As a result, n value and activation energy (Ea) for grain growth were calculated as 3 and 489.09 kJ/mol, respectively. These commonly confirms retardation effect of the La addition during sintering of Al₂O₃ porous structure. More accurate analysis on the La effect can be followed to provide useful guidance for the selection of additives for better mechanical strength in Al₂O₃ porous structures.
참고문헌 (15)
- E.C. Hammel, "Processing and properties of advanced porous ceramics : An application based review", Ceram. Int, 40, pp.15351~ (2014)
- C. Gaudillere, "Freeze-casting : Fabrication of highly porous and hierarchical ceramic supportsfor energy applications", Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr, 55, pp.45~ (2016)
- Y. Zhang, "Freeze casting of aqueous Alumina slurries with glycerol for porous ceramics", Ceram. Int, 36, pp.617~ (2010)
- B.-H. Yoon, "Generation of large pore channels for bone tissue engineering using camphene-based freeze casting", J. Am. Ceram. Soc, 90, pp.1744~ (2007)
- 김철, "유리", 다공성 알루미나의 접촉하중에 의한 기계적 거동, 2014, pp.51(5), 399~405[DOI]
- H. Cay, "Mechanical behavior of porous Magnesium", Alumina composites with high strength and low density, 2013, pp.574, 137~
- S.-C. Jeon, "Densification behavior of freezecasted alumina with grain boundary segregation of impurities", Appl. Surf. Sci, 593, pp.153437~ (2022)
- J. Fang, "Effect of Yttrium and Lanthanum on the final-stage sintering behavior of ultrahigh-purity alumina", J. Am. Ceram. Soc, 80, pp.2005~ (1997)
- S.K. Behera, "Kinetics of grain growth in La-doped ultrapure Al2O3", J. Alloys Compd, 683, pp.444~ (2016)
- K.A. Berry, "Effect of MgO solute on microstructure development in Al2O3", J. Am. Ceram. Soc, 69, pp.143~ (1986)
- A.K. Mukhopadhyay, "Grain size effect on abrasive wear mechanisms in alumina ceramics", Wear, 162, pp.258~ (1993)
- C. Tallon, "Shaping of porous alumina bodies by freeze casting", Adv. Appl. Ceram, 108, pp.307~ (2009)
- R. L. Coble, "Sintering crystalline solids. I. Intermediate and final state diffusion models", J. Appl. Phys, 32, pp.787~ (1961)
- F. Wang, "Influence of La doping on the apparent cativation energy of α-Al2O3 during the densification process at constant heating-rate", Adv. Mater, 709, pp.23~ (2013)
- S.J. Dillon, "Intrinsic grain boundary mobility in Alumina", J. Am. Ceram. Soc, 89, pp.3885~ (2006)