KR101442634B1 - Manufacturing method of aluminum titanate having high-temperature strength and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, SiO2 8.0∼12.0몰%, ZrO2 1.0∼4.0몰%, MgO 4.0∼8.0몰%, Al2O3 43.0∼49.0몰% 및 TiO2 33.0∼39.0몰%를 화학 조성 성분으로 포함하는 알루미늄티타네이트의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 알루미늄티타네이트는 낮은 열팽창계수 및 높은 내부식성 특성을 가질 뿐만 아니라 고온에서 고강도이며 분해 안정성이 높다.The invention, including SiO 2 8.0~12.0 mol%, ZrO 2 1.0~4.0 mol%, MgO 4.0~8.0 mol%, Al 2 O 3 and TiO 2 33.0~39.0 43.0~49.0% by mole% by mole in the chemical composition components To a process for producing aluminum titanate. The aluminum titanate of the present invention not only has a low coefficient of thermal expansion and high corrosion resistance, but also has high strength at high temperature and high decomposition stability.
Description
본 발명은 알루미늄티타네이트의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 열팽창계수 및 높은 내부식성 특성을 가질 뿐만 아니라 고온 환경에서도 우수한 고온 강도 및 안정성을 갖는 알루미늄티타네이트의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing aluminum titanate, and more particularly, to a method for producing aluminum titanate having a low thermal expansion coefficient and a high corrosion resistance property as well as an excellent high temperature strength and stability even in a high temperature environment.
알루미늄티타네이트(Al2TiO5)는 낮은 열팽창계수와 높은 내부식성 때문에 내열성 재료로 알려져 있다.Aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ) is known as a heat-resistant material because of its low thermal expansion coefficient and high corrosion resistance.
순수한 알루미늄티타네이트는 소결 후 냉각하는 중에 750∼1300℃의 영역에서 알루미나(α-Al2O3)와 산화티타늄(TiO2)으로 분해되는 열적 불안정성을 갖고 있다. Pure aluminum titanate has thermal instability that is decomposed into alumina (α-Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ) in the region of 750 to 1300 ° C. during cooling after sintering.
또한, 알루미늄티타네이트는 상이한 결정축에 따라 서로 다른 열팽창계수를 갖기 때문에 내부응력에 의한 미세균열이 발생하고, 1300℃ 이상의 고온에서는 급격한 입자성장으로 낮은 기계적 강도를 갖게 된다. 알루미늄티타네이트는 소결체의 결정입자가 이방성이기 때문에 열팽창으로 인한 응력(stress)에 의해 야기되는 결정입자 간의 계면변위(interfacial displacement)와 미세 균열이 발생하는 등의 단점이 있다. In addition, aluminum titanate has micro-cracks due to internal stress because it has different thermal expansion coefficients according to different crystal axes, and has low mechanical strength due to rapid particle growth at a high temperature of 1300 DEG C or more. Aluminum titanate has disadvantages such as interfacial displacement and microcracking caused by stress due to thermal expansion since the crystal grain of the sintered body is anisotropic.
상기와 같은 이유들로 인해 종래의 알루미늄티타네이트는 고온 환경에서 충분한 내구성을 발휘하는데에는 한계가 있고, 낮은 소결성, 낮은 기계적 강도 및 열적 불안정성은 알루미늄티타네이트를 고온 구조재료로 사용하는데 많은 제약을 주고 있다.
For the above reasons, the conventional aluminum titanate has a limitation in exhibiting sufficient durability in a high temperature environment, and the low sinterability, the low mechanical strength and the thermal instability have many limitations in using aluminum titanate as a high-temperature structural material have.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 낮은 열팽창계수 및 높은 내부식성 특성을 가질 뿐만 아니라 고온 환경에서도 우수한 고온 강도 및 안정성을 갖는 알루미늄티타네이트의 제조방법을 제공함에 있다.
A problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing aluminum titanate having a low thermal expansion coefficient and a high corrosion resistance property as well as an excellent high temperature strength and stability even in a high temperature environment.
본 발명은, SiO2 8.0∼12.0몰%, ZrO2 1.0∼4.0몰%, MgO 4.0∼8.0몰%, Al2O3 43.0∼49.0몰% 및 TiO2 33.0∼39.0몰%를 화학 조성 성분으로 포함하는 알루미늄티타네이트를 제공한다. The invention, including SiO 2 8.0~12.0 mol%, ZrO 2 1.0~4.0 mol%, MgO 4.0~8.0 mol%, Al 2 O 3 and TiO 2 33.0~39.0 43.0~49.0% by mole% by mole in the chemical composition components Aluminum titanate.
상기 알루미늄티타네이트는 α-Fe2O3 0.01∼1.0몰%를 화학 조성 성분으로 더 포함할 수 있다.The aluminum titanate may further contain 0.01 to 1.0 mol% of? -Fe 2 O 3 as a chemical composition component.
또한, 본 발명은, SiO2 8.0∼12.0몰%, ZrO2 1.0∼4.0몰%, MgO 4.0∼8.0몰%, Al2O3 43.0∼49.0몰% 및 TiO2 33.0∼39.0몰%를 포함하는 출발원료를 준비하는 단계와, 상기 출발원료에 유기 바인더 및 분산제를 첨가하여 혼합하는 단계와, 혼합된 결과물을 성형하는 단계 및 성형된 결과물을 소결하는 단계를 포함하는 알루미늄티타네이트의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention, SiO 2 8.0~12.0 mol%, from containing ZrO 2 1.0~4.0 mol%, MgO 4.0~8.0 mol%, Al 2 O 3 and TiO 2 33.0~39.0 43.0~49.0 mol% mol% A step of preparing a raw material, a step of adding and mixing an organic binder and a dispersant to the starting material, a step of molding the mixed product, and a step of sintering the molded product .
상기 출발원료는 α-Fe2O3 0.01∼1.0몰%를 더 포함할 수 있다.The starting material may further contain 0.01 to 1.0 mol% of? -Fe 2 O 3 .
상기 소결하는 단계는, 400∼800℃의 제1 온도에서 유지하는 단계 및 상기 제1 온도보다 높은 1400∼1650℃의 제2 온도에서 유지하는 단계를 포함할 수 있다.The sintering may comprise maintaining at a first temperature of 400-800 C and holding at a second temperature of 1400-1650 C above the first temperature.
1300℃의 고온에서 알루미늄티타네이트의 강도를 개선하기 위하여, 평균 입자 크기가 1∼10㎛인 Al2O3 분말을 출발원료로 사용하고, 평균 입자 크기가 1∼50㎛인 ZrO2 분말을 출발원료로 사용하는 것이 바람직하다.
In order to improve the strength of aluminum titanate at a high temperature of 1300 ° C, Al 2 O 3 powder having an average particle size of 1 to 10 μm was used as a starting material, and ZrO 2 powder having an average particle size of 1 to 50 μm It is preferable to use it as a raw material.
본 발명의 알루미늄티타네이트는 낮은 열팽창계수 및 높은 내부식성 특성을 가질 뿐만 아니라 고온 환경에서도 우수한 고온 강도 및 안정성을 갖는다.The aluminum titanate of the present invention not only has a low coefficient of thermal expansion and high corrosion resistance, but also has excellent high temperature strength and stability even in a high temperature environment.
본 발명에 의해 제조된 알루미늄티타네이트는 고온 환경에서 충분한 내구성을 갖고, 기계적 강도가 우수하며, 열적 불안정성이 작아 고온 구조재료로서 산업적으로 적용될 가능성이 크다.The aluminum titanate produced by the present invention has a sufficient durability in a high temperature environment, an excellent mechanical strength, and a low thermal instability, and thus is highly likely to be industrially applicable as a high-temperature structural material.
본 발명에 따른 알루미늄티타네이트 제조방법은 재현성이 높고, 공정이 간단하며, 안정적으로 대량 생산에 적용할 수 있다.
The method of producing aluminum titanate according to the present invention is highly reproducible, simple in process, and can be stably applied to mass production.
도 1은 Al2O3-TiO2 2성분계 상평형도이다.
도 2는 실험예 1에서 출발원료로 사용된 마이크로 ZrO2 분말의 전계방출 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope; FE-SEM) 사진이다.
도 3은 실험예 1에서 출발원료로 사용된 나노 ZrO2 분말의 FE-SEM 사진이다.
도 4는 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 FE-SEM 사진으로서 샘플1과 샘플2에 대한 것이다.
도 5는 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 X-선회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴으로서, 샘플1과 샘플2에 대한 것이다.
도 6은 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 고온 3점곡강도(3 point flexural strength) 그래프로서, 샘플1과 샘플2에 대한 것이다.
도 7은 실험예 1에서 출발원료로 사용된 마이크로 Al2O3 분말의 FE-SEM 사진이다.
도 8은 실험예 1에서 출발원료로 사용된 나노 Al2O3 분말의 FE-SEM 사진이다.
도 9는 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 FE-SEM 사진으로서, 샘플1과 샘플3에 대한 것이다.
도 10은 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 X-선회절(XRD) 패턴으로서, 샘플1과 샘플3에 대한 것이다.
도 11은 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 고온 3점곡강도 그래프로서, 샘플1과 샘플3에 대한 것이다.
도 12는 실험예 2에 따라 1500℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 상온 및 고온 곡강도 그래프이다.
도 13은 실험예 2에 따라 1600℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 상온 및 고온 곡강도 그래프이다.
도 14는 실험예 2에 따라 1500℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 X-선회절 결과이다.
도 15는 실험예 2에 따라 1600℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 X-선회절 결과이다.
도 16은 실험예 2에 따라 1500℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 미세구조이다.
도 17은 실험예 2에 따라 1600℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 미세구조이다.
도 18은 실험예 2에 따라 1600℃에서 16시간 소결된 시편에 대한 상들의 몰분율(atomic%)을 나타낸 EDS(energy dispersive spectroscopy) 결과이다.
도 19는 실험예 2에 따라 1500℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 열팽창 거동을 나타낸 그래프로 가열과 냉각 과정 중의 히스테리시스 곡선이다.
도 20은 실험예 2에 따라 1600℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 열팽창 거동을 나타낸 그래프이다. Figure 1 is an Al 2 O 3 -TiO 2 2-component phase diagram.
2 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) photograph of micro ZrO 2 powder used as a starting material in Experimental Example 1. FIG.
3 is an FE-SEM photograph of nano-ZrO 2 powder used as a starting material in Experimental Example 1. FIG.
4 is an FE-SEM photograph of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1 for
5 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
6 is a high temperature three point flexural strength graph of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
7 is an FE-SEM photograph of micro Al 2 O 3 powder used as a starting material in Experimental Example 1. FIG.
8 is an FE-SEM photograph of nano-Al 2 O 3 powder used as a starting material in Experimental Example 1. FIG.
9 is an FE-SEM photograph of the aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
10 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1 for
11 is a high-temperature three-point curvature graph of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
12 is a graph showing room temperature and high-temperature bending strength according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1500 ° C according to Experimental Example 2. FIG.
13 is a graph showing room temperature and high-temperature bending strength according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1600 ° C according to Experimental Example 2. FIG.
FIG. 14 shows X-ray diffraction results according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1500 ° C. according to Experimental Example 2. FIG.
Fig. 15 is a result of X-ray diffraction according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1600 DEG C according to Experimental Example 2. Fig.
16 is a microstructure of sintered aluminum titanate sintered at 1500 DEG C according to Experimental Example 2. FIG.
17 is a microstructure according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1600 DEG C according to Experimental Example 2. FIG.
FIG. 18 is a result of energy dispersive spectroscopy (EDS) showing the mole fraction (atomic%) of phases for a specimen sintered at 1600 ° C. for 16 hours according to Experimental Example 2.
19 is a graph showing the thermal expansion behavior of sintered aluminum titanate sintered at 1500 ° C according to Experimental Example 2, and is a hysteresis curve during heating and cooling processes.
20 is a graph showing the thermal expansion behavior of the aluminum titanate sintered at 1600 ° C according to sintering time according to Experimental Example 2. FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.
이하에서, 나노라 함은 나노미터(nm) 단위의 크기로서 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 의미하고, 마이크로라 함은 마이크로미터(㎛) 단위의 크기로서 1㎛ 이상이고 1㎝ 미만의 크기를 의미하는 것으로 사용한다. Hereinafter, the term " nano " refers to a size in nanometers (nm), which is 1 nm or more and less than 1 탆, and the term " micrometer " It is used to mean size.
열팽창계수는 저열팽창, 중열팽창, 고열팽창으로 구분할 수 있다. 저열팽창의 경우는 팽창계수 값이 2×10-6/℃ 이하의 경우이고, 고열팽창의 경우는 8×10-6/℃인 경우이다. 일반적으로 알려진 저열팽창성 세라믹재료는 규산염계, 알루미노 규산염계(alumino-silicate) 물질과 알루미늄티타네이트(Aluminum Titanate) 등이 있다. The thermal expansion coefficient can be classified into a low thermal expansion, a heavy thermal expansion, and a high thermal expansion. In the case of low thermal expansion, the expansion coefficient is 2 × 10 -6 / ° C. or less, and in the case of high thermal expansion, the expansion coefficient is 8 × 10 -6 / ° C. Commonly known low thermal expansion ceramic materials include silicate-based, alumino-silicate materials and aluminum titanate.
알루미늄티타네이(Al2TiO5)는 결정 방향에 따라 반대 방향으로 열팽창수축 거동을 나타낸다. 예를 들면 알루미늄 티타네이트의 경우, a와 b축으로는 매우 큰 (+)의 열팽창계수인 11.8×10-6/℃와 19.4×10-6/℃의 값을 가지나 C축으로는 -2.6×10-6/℃의 값을 나타내기 때문에 종합적으로는 (-)의 팽창계수를 나타내게 된다.Aluminum T taneyi (Al 2 TiO 5) represents the thermal shrinkage in the opposite direction according to the determined direction. For example, aluminum titanate has very large (+) thermal expansion coefficients of 11.8 × 10 -6 / ° C and 19.4 × 10 -6 / ° C for a and b axes, but -2.6 × 10 -6 / ° C, and thus the coefficient of expansion is (-) comprehensively.
도 1은 Al2O3-TiO2 2성분계 상평형도를 나타낸다. 도 1에서 볼 수 있듯이 알루미늄티타네이트는 2가지 산화물의 화합물이며, 그 용융 온도는 1860℃ 정도이다. 그러나 순수한 알루미늄티타네이트는 750∼1300℃ 사이에서 분해되는 경향이 있기 때문에 열적 안정성을 위해 MgO, Fe2O3, TiO2 등을 첨가한다. 1 is Al 2 O 3 -TiO 2 2-component represents the phase diagram. As can be seen from Fig. 1, aluminum titanate is a compound of two oxides, and its melting temperature is around 1860 ° C. However, since pure aluminum titanate tends to decompose between 750 and 1300 ° C, MgO, Fe 2 O 3 and TiO 2 are added for thermal stability.
알루미늄티타네이트의 저열팽창 특성의 발현은 미세균열에 의한 것으로 보고되고 있으며, 이는 앞서 기술한 바와 같이 열팽창의 이방성에 기인한다. 알루미늄티타네이트는 열처리 과정 중에 발생한 균열이 미세하게 발생하면 결정 방향에 따라 팽창하는 것을 이 미세균열이 흡수를 하여 전체적으로 팽창을 하지 않는 것처럼 보이게 되는 특이한 소재이다. 알루미늄티타네이트는 이러한 좋은 고온 특성과 열적 안정성이 있지만, 이러한 미세구조로 인해 치밀체를 얻는데 어려운 소재로 알려져 있다. 그러나 이러한 치밀체에 대한 개선안으로 다양한 첨가물을 도입할 수 있다. The development of low thermal expansion properties of aluminum titanate is reported to be due to microcracks, which is due to the anisotropy of thermal expansion as described above. Aluminum titanate is an unusual material that appears to be inflated along the crystal direction when the cracks generated during the heat treatment process are finely generated, and this microcrack absorbs and thus does not expand as a whole. Although aluminum titanate has such good high-temperature properties and thermal stability, it is known that it is difficult material to obtain dense body due to such fine structure. However, various additives can be introduced as an improvement to such a dense body.
Al2TiO5는 750∼1300℃ 온도영역에서 출발물질 α-Al2O3와 TiO2(rutile)로 분해되어 낮은 기계적 강도와 열적 특성의 변화를 가져온다. 이와 같은 분해를 억제하기 위해 c축의 수축을 억제할 수 있는 이온을 단위격자 내에 고용체를 분포시켜 구조적 변형을 완화하는 열역학적 상안정제로 MgO가 있다. 이때 Mg2 + 는 Al3 + 와 치환되어 구조적 변형을 완화시켜 열적 안정 효과를 나타나게 한다. 또한 미세균열로 인한 낮은 기계적 강도의 향상을 위해 강도증진제로 뮬라이트(Mullite; 3Al2O3 ·2SiO2)와 ZrO2가 사용될 수 있는데, Al2TiO5의 결정립계 사이에 이차상을 형성하여 미세균열의 전파를 방해하고, 1300℃ 이상에서의 급격한 결정립 성장을 억제할 수 있다.Al 2 TiO 5 decomposes into starting materials α-Al 2 O 3 and TiO 2 (rutile) in the temperature range of 750-1300 ℃, resulting in low mechanical strength and thermal properties. In order to suppress such decomposition, there is MgO as a thermodynamic stabilizer which distributes solid solution in the unit lattice to relax the c-axis shrinkage and alleviate the structural strain. At this time, Mg 2 + is substituted with Al 3 + to alleviate the structural deformation, thereby exhibiting a thermal stabilizing effect. In order to improve the low mechanical strength due to microcracks, Mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) and ZrO 2 can be used. By forming a secondary phase between the grain boundaries of Al 2 TiO 5 , the propagation of microcracks is prevented, and rapid grain growth at 1300 ° C. or higher can be suppressed.
Al2TiO5를 내화물로 사용하기 위한 고온 상분해 억제나 상온 강도향상에 대한 연구는 많이 다루어졌으나 실제 내화물로 사용되는 고온에서의 열적, 기계적 물성에 대한 연구가 거의 없었다. Al2TiO5가 고온구조재료로 사용되기 위해서는 고온에서의 기계적 물성이 중요한데 이때 고온 기계적 물성에 영향을 미치는 요인으로는 미세균열이 있다. 높은 결정학적 이방성으로 인해 생성된 미세균열이 온도가 상승함에 따라 결정립의 열팽창으로 서서히 닫히게 된다. 이를 미세균열 힐링(healing) 이라고 부르며, 이로 인해 상온에서보다 고온에서 기계적 강도가 향상되게 된다. 또한 미세균열의 존재로 인해 특정 온도 구간까지는 열팽창계수가 거의 0에 가깝고 미세균열이 거의 닫힌 시점에서부터 열팽창계수가 증가하게 된다. Although research on suppression of high temperature phase decomposition or improvement of strength at room temperature for using Al 2 TiO 5 as a refractory has been widely discussed, there have been few studies on thermal and mechanical properties at high temperatures used as actual refractory materials. In order for Al 2 TiO 5 to be used as a high-temperature structural material, mechanical properties at high temperatures are important. Microcracks are a factor affecting high-temperature mechanical properties. The microcracks generated by the high crystallographic anisotropy are gradually closed by the thermal expansion of the crystal grains as the temperature rises. This is called micro-cracking healing, which improves the mechanical strength at higher temperatures than at room temperature. Also, due to the existence of microcracks, the thermal expansion coefficient is near to zero until a certain temperature range, and the thermal expansion coefficient is increased from the time when microcracks are almost closed.
따라서, Al2TiO5을 위한 고온 상안정제 선택과 기계적 강도향상을 위한 강도증진제의 연구가 선행되어 조성을 개발하고, 최적 물성을 발현하는 소성 조건을 확보하는 것이 중요하다.Therefore, it is important to select the high temperature phase stabilizer for Al 2 TiO 5 and to study the strength enhancing agent for improving the mechanical strength, so that it is important to develop the composition and to secure the sintering condition that exhibits the optimum physical properties.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄티타네이트는, SiO2 8.0∼12.0몰%, ZrO2 1.0∼4.0몰%, MgO 4.0∼8.0몰%, Al2O3 43.0∼49.0몰% 및 TiO2 33.0∼39.0몰%를 화학 조성 성분으로 포함한다. Aluminum titanate, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, SiO 2 8.0~12.0 mol%, ZrO 2 1.0~4.0 mol%, MgO 4.0~8.0 mol%, Al 2 O 3 43.0~49.0 mol% and TiO 2 33.0~ 39.0 mol% as a chemical composition component.
상기 알루미늄티타네이트는 α-Fe2O3 0.01∼1.0몰%를 화학 조성 성분으로 더 포함할 수 있다.The aluminum titanate may further contain 0.01 to 1.0 mol% of? -Fe 2 O 3 as a chemical composition component.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄티타네이트의 제조방법은, SiO2 8.0∼12.0몰%, ZrO2 1.0∼4.0몰%, MgO 4.0∼8.0몰%, Al2O3 43.0∼49.0몰% 및 TiO2 33.0∼39.0몰%를 포함하는 출발원료를 준비하는 단계와, 상기 출발원료에 유기 바인더 및 분산제를 첨가하여 혼합하는 단계와, 혼합된 결과물을 성형하는 단계 및 성형된 결과물을 소결하는 단계를 포함한다.Method of producing an aluminum titanate according to a preferred embodiment of the present invention, SiO 2 8.0~12.0% mol, ZrO 2 1.0~4.0% by mole, MgO 4.0~8.0 mol%, Al 2 O 3 43.0~49.0% by mole, and TiO 2, 33.0 to 39.0 mol%, adding an organic binder and a dispersant to the starting material and mixing them, molding the mixed product, and sintering the molded product do.
상기 출발원료는 α-Fe2O3 0.01∼1.0몰%를 더 포함할 수 있다.The starting material may further contain 0.01 to 1.0 mol% of? -Fe 2 O 3 .
상기 소결하는 단계는, 400∼800℃의 제1 온도에서 유지하는 단계 및 상기 제1 온도보다 높은 1400∼1650℃의 제2 온도에서 유지하는 단계를 포함할 수 있다.The sintering may comprise maintaining at a first temperature of 400-800 C and holding at a second temperature of 1400-1650 C above the first temperature.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄티타네이트의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for producing aluminum titanate according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
SiO2 8.0∼12.0몰%, ZrO2 1.0∼4.0몰%, MgO 4.0∼8.0몰%, Al2O3 43.0∼49.0몰% 및 TiO2 33.0∼39.0몰%를 출발원료로 준비한다. 상기 출발원료에는 α-Fe2O3 0.01∼1.0몰%가 더 포함될 수 있다. From 8.0 to 12.0 mol% of SiO 2 , from 1.0 to 4.0 mol% of ZrO 2, from 4.0 to 8.0 mol% of MgO, from 43.0 to 49.0 mol% of Al 2 O 3 and from 33.0 to 39.0 mol% of TiO 2 as starting materials. The starting material may further contain 0.01 to 1.0 mol% of? -Fe 2 O 3 .
상기 출발원료는 광석 원료일 수 있고 산화물 분말과 같은 원료일 수도 있으며, 각 원료의 성분을 칭량하여 출발원료의 전체 조성이 SiO2 8.0∼12.0몰%, ZrO2 1.0∼4.0몰%, MgO 4.0∼8.0몰%, Al2O3 43.0∼49.0몰% 및 TiO2 33.0∼39.0몰%의 조성을 이루도록 한다면 그 출발원료에는 제한이 없다. The starting material may be a raw material such as an oxide or an oxide powder, and the components of each raw material may be weighed so that the total composition of the starting material is 8.0 to 12.0 mol% of SiO 2 , 1.0 to 4.0 mol% of ZrO 2 , 8.0 mol%, Al 2 O 3 43.0 to 49.0 mol%, and TiO 2 33.0 to 39.0 mol%, the starting material is not limited.
상기 SiO2의 함량은 8.0∼12.0몰% 정도인 것이 바람직한데, 상기 SiO2의 함량이 너무 적으면 소결 후에 뮬라이트(mullite) 결정상이 생기지 않을 수 있고, 상기 SiO2의 함량이 너무 많으면 소결 후에 유리질이 생성되어 연화로 인해 고온 강도가 낮아질 수 있다.Together content of SiO 2 is preferably about 8.0~12.0% by mole, if the content of SiO 2 is too small, it is possible the mullite (mullite) the crystalline phase does not occur after sintering, the glass content of the SiO 2 is too large after sintering And the high temperature strength may be lowered due to softening.
상기 ZrO2의 함량은 1.0∼4.0몰% 정도인 것이 바람직한데, 상기 ZrO2의 함량이 너무 적으면 소결 후에 열팽창계수가 커질 수 있다. 1300℃의 고온에서 알루미늄티타네이트의 강도를 개선하기 위하여, 평균 입자 크기가 1∼50㎛인 마이크로 ZrO2 분말을 출발원료로 사용하는 것이 바람직하다. ZrO2 분말의 입자 크기가 나노인 경우에 알루미늄티타네이트는 1100℃에서의 강도가 우수하나 1300℃에서의 강도가 1100℃에서의 강도보다 낮아질 수 있으므로 1300℃의 고온에서 알루미늄티타네이트의 강도를 개선하기 위하여 마이크로 ZrO2 분말을 사용한다. The content of ZrO 2 is preferably about 1.0 to 4.0 mol%. If the content of ZrO 2 is too small, the thermal expansion coefficient may become large after sintering. In order to improve the strength of aluminum titanate at a high temperature of 1300 캜, it is preferable to use micro ZrO 2 powder having an average particle size of 1 to 50 탆 as a starting material. When the particle size of the ZrO 2 powder is nano, the strength of the aluminum titanate at 1100 ° C is excellent, but the strength at 1300 ° C may be lower than that at 1100 ° C. Therefore, the strength of aluminum titanate is improved at a high temperature of 1300 ° C The micro ZrO 2 powder is used.
상기 MgO는 소결 후 냉각하는 중에 750∼1300℃의 영역에서 알루미나(α-Al2O3)와 산화티타늄(TiO2)으로 분해되는 열적 불안정성을 억제하는 역할을 하며, 상기 MgO의 함량은 4.0∼8.0몰% 정도인 것이 바람직한데, 상기 MgO의 함량이 너무 적으면 750∼1300℃의 고온에서 분해되는 경향이 있을 수 있다.The role of the MgO is suppressed to thermal instability which is decomposed in the area of 750~1300 ℃ of alumina (α-Al 2 O 3) and titanium oxide (TiO 2) during cooling after the sintering, and the amount of the MgO is 4.0~ 8.0 mol%. If the content of MgO is too small, it may be decomposed at a high temperature of 750 to 1300 DEG C.
상기 Al2O3는 화학적 내구성을 향상시키는 역할과 소결 후에 뮬라이트 결정상을 형성하는 역할을 하며, 상기 뮬라이트 결정상은 알루미늄티타네이트의 입자성장을 억제시켜 열적 안정화, 열적 내구성 및 열충격 저항성을 높인다. 상기 Al2O3의 함량이 너무 적으면 내구성 향상, 열적 안정화, 열충격 저항성 개선의 효과가 미약하다. 1300℃의 고온에서 알루미늄티타네이트의 강도를 개선하기 위하여, 평균 입자 크기가 1∼10㎛인 마이크로 Al2O3 분말을 출발원료로 사용하는 것이 바람직하다. Al2O3 분말의 입자 크기가 나노인 경우에 알루미늄티타네이트는 1100℃에서의 강도가 우수하나 1300℃에서의 강도가 1100℃에서의 강도보다 낮아질 수 있으므로 1300℃의 고온에서 알루미늄티타네이트의 강도를 개선하기 위하여 마이크로 Al2O3 분말을 사용한다. The Al 2 O 3 serves to improve the chemical durability and to form a mullite crystal phase after sintering. The mullite crystal phase inhibits grain growth of the aluminum titanate to enhance thermal stability, thermal durability and thermal shock resistance. If the content of Al 2 O 3 is too small, the effect of improvement in durability, thermal stability, and improvement in thermal shock resistance is weak. In order to improve the strength of the aluminum titanate at a high temperature of 1300 ° C, it is preferable to use micro Al 2 O 3 powder having an average particle size of 1 to 10 μm as a starting material. When the particle size of the Al 2 O 3 powder is nano, the strength of the aluminum titanate at 1100 ° C is excellent, but the strength at 1300 ° C may be lower than that at 1100 ° C. Therefore, the strength of the aluminum titanate at a high temperature of 1300 ° C The micro Al 2 O 3 powder is used.
상기 TiO2는 알루미늄티타네이트(Al2TiO5)의 Ti 성분과 산소 성분을 제공하는 소스(source) 역할을 할 뿐만 아니라 열적 불안정성을 억제하는 역할을 한다. 상기 TiO2의 함량은 33.0∼39.0몰% 정도인 것이 바람직하다.The TiO 2 not only serves as a source for providing a Ti component and an oxygen component of aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ), but also plays a role of suppressing thermal instability. The content of TiO 2 is preferably about 33.0 to 39.0 mol%.
상기 출발원료에 유기 바인더 및 분산제를 첨가하여 혼합한다. An organic binder and a dispersant are added to the starting material and mixed.
상기 유기 바인더로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 에틸셀룰로오스(ethyl cellulose), 메틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 카르복시셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르, 폴리비닐부티랄, n-부틸아세테이트 등을 사용할 수 있으며, 유기 바인더로서 그 외에도 일반적으로 잘 알려진 물질을 사용할 수 있다. Examples of the organic binder include polyethylene glycol, ethyl cellulose, methyl cellulose, nitrocellulose, carboxycellulose, polyvinyl alcohol, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, polyvinyl butyral, n-butyl acetate As the organic binder, generally known materials can be used.
상기 분산제도 일반적으로 알려져 있는 물질로서 상업적으로 판매되고 있는 것을 사용할 수 있다.As the substance generally known in the above dispersion system, those sold commercially can be used.
상기 혼합은 건식 혼합 또는 습식 혼합 공정을 이용할 수 있으며, 상기 건식 혼합 또는 습식 혼합 공정으로는 볼밀링(ball milling) 등을 이용할 수 있다. 볼 밀링 공정을 구체적으로 살펴보면, 출발원료, 유기 바이더 및 분산제를 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하고, 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 기계적으로 분쇄하고 균일하게 혼합한다. 볼 밀링에 사용되는 볼은 지르코니아나 알루미나와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절한다. 예를 들면, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 1㎜∼30㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있으며, 볼 밀링은 1∼48 시간 동안 실시한다. 볼 밀링에 의해 출발원료는 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 되며, 균일하게 혼합되게 된다. The mixing may be performed by dry mixing or wet mixing, and ball milling may be used for the dry mixing or wet mixing. Specifically, the starting material, the organic binder, and the dispersant are charged into a ball milling machine, and the mixture is mechanically pulverized by rotating at a constant speed using a ball milling machine and uniformly mixed. The ball used for ball milling may be a ball made of ceramics such as zirconia or alumina, and the balls may be all the same size or may be used together with balls having two or more sizes. The size of the ball, the milling time, and the rotation speed per minute of the ball miller. For example, the size of the balls may be set in the range of about 1 mm to 30 mm in consideration of the size of the particles, the rotational speed of the ball miller may be set in the range of about 50 to 500 rpm, . By ball milling, the starting material is pulverized into fine sized particles, having a uniform particle size distribution, and uniformly mixed.
혼합된 결과물을 성형한다. 상기 성형은 알반적으로 알려져 있는 압축 성형, 압출 성형 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. The mixed result is molded. Various methods such as compression molding, extrusion molding and the like known in the art can be used for the above molding.
성형된 결과물을 소결한다. 상기 소결은, 400∼800℃의 제1 온도에서 유지하는 단계 및 상기 제1 온도보다 높은 1400∼1650℃의 제2 온도에서 유지하는 단계를 포함할 수 있다.The molded product is sintered. The sintering may include maintaining at a first temperature of 400-800 C and holding at a second temperature of 1400-1650 C above the first temperature.
이하에서, 소결 공정에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the sintering process will be described in detail.
성형된 결과물을 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입한다. The molded product is charged into a furnace such as an electric furnace.
퍼니스의 온도를 400∼800℃의 제1 온도로 승온하고 400∼800℃의 제1 온도에서 2분∼12시간 동안 유지하여 유기 바인더를 제거하고, 상기 제1 온도보다 높은 1400∼1650℃의 제2 온도로 승온하고 제2 온도에서 1∼48시간 동안 유지하여 소결을 수행할 수 있다. 소결하는 동안에 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. The temperature of the furnace is raised to a first temperature of 400 to 800 DEG C, and the organic binder is maintained at a first temperature of 400 to 800 DEG C for 2 to 12 hours to remove the organic binder, 2 < / RTI > temperature and held at a second temperature for 1 to 48 hours to effect sintering. It is desirable to keep the pressure inside the furnace constant during sintering.
상기 소결은 1400∼1650℃ 범위의 제2 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 소결온도가 1400℃ 미만인 경우에는 불완전한 소결로 인해 알루미늄티타네이트의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1650℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 알루미늄티타네이트의 물성이 좋지 않을 수 있다. The sintering is preferably performed at a second temperature in the range of 1400 to 1650 ° C. If the sintering temperature is lower than 1400 ° C, the thermal or mechanical properties of the aluminum titanate may be poor due to incomplete sintering. If the sintering temperature is higher than 1650 ° C, the energy consumption is high and the properties of the aluminum titanate are poor .
상기 제2 온도까지는 1∼50℃/min의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직한데, 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 열적 스트레스가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 온도를 올리는 것이 바람직하다. It is preferable to raise the temperature to the second temperature at a heating rate of 1 to 50 ° C / min. If the heating rate is too slow, it takes a long time to decrease the productivity. If the heating rate is too fast, It is preferable to raise the temperature at the temperature raising rate within the above range.
또한, 상기 소결은 제2 온도에서 1∼48시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 소결 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 더 이상의 소결 효과를 기대하기 어려우며, 소결 시간이 작은 경우에는 불완전한 소결으로 인해 알루미늄티타네이트의 물성이 좋지 않을 수 있다. The sintering is preferably performed at a second temperature for 1 to 48 hours. If the sintering time is too long, it is not economical because the energy consumption is high, and further sintering effect is not expected. If the sintering time is short, the properties of aluminum titanate may not be good due to incomplete sintering.
또한, 상기 소결은 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기)에서 실시하는 것이 바람직하다. The sintering is preferably performed in an oxidizing atmosphere (for example, oxygen (O 2 ) or air atmosphere).
소결 공정을 수행한 후, 퍼니스 온도를 하강시켜 알루미늄티타네이트를 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
After the sintering process is performed, the furnace temperature is lowered to unload the aluminum titanate. The furnace cooling may be effected by shutting down the furnace power source to cool it in a natural state, or optionally by setting a temperature decreasing rate (for example, 10 DEG C / min). It is preferable to keep the pressure inside the furnace constant even while the furnace temperature is lowered.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
물성은 크게 열물성, 물리적 물성, 기계적 물성, 화학반응 특성이었다. 열물성에는 열팽창계수, 물리적 물성의 경우 기공율과 미세구조, 기계적 물성의 경우 상온 곡강도, 고온 곡강도, 경도이다. 한편 화학반응은 금속과 세라믹 간의 화학반응 깊이를 지표로 선정한다. Physical properties were thermophysical properties, physical properties, mechanical properties, and chemical reaction characteristics. Thermal properties include thermal expansion coefficient, porosity and microstructure for physical properties, room temperature bending strength, high temperature bending strength and hardness for mechanical properties. The chemical reaction, on the other hand, selects the chemical reaction depth between the metal and the ceramic as an index.
소결밀도와 기공율은 아르키메데스(Archimedes)법으로 5시간 용탕 후 측정하였다. 아르키메디스(Archimedes)법은 KSL 4008 “도자기의 흡수율, 부피비중, 겉보기비중 및 겉기공률의 측정 방법”에 상세히 기술되어 있다. The sintered density and the porosity were measured by Archimedes method after 5 hours of melting. The Archimedes method is described in detail in KSL 4008, "Determination of Absorption Rate, Volume Ratio, Apparent Specific Gravity and Porosity of Ceramics".
열물성인 열팽창특성에 사용된 장비는 딜라토미터(dilatometer)이다. 소결체의 열팽창 특성은 딜라토미터(DIL 402 PC, Netzsch, Germany)를 사용하여 10℃/min 의 승온속도로 1300℃까지 가열 후 냉각하는 과정까지 측정한 결과를 히스테리시스(hysteresis) 곡선으로 나타내었다. 이때, 열팽창계수는 50℃에서 1000℃에서 승온중의 팽창값이다.The equipment used for thermal expansion properties, which is thermal properties, is a dilatometer. The thermal expansion characteristics of the sintered body were measured using a dilatometer (DIL 402 PC, Netzsch, Germany) at a heating rate of 10 ° C / min up to 1300 ° C, and then cooled to a process of cooling. The result was shown by a hysteresis curve. At this time, the coefficient of thermal expansion is an expansion value during heating at a temperature of 50 ° C to 1000 ° C.
소결체의 물리적 물성평가에서는 X-선 회절분석기(X-ray diffractometer, D/max 2500, Rigaku, Japan)를 이용하여 40kV, 100mA 조건에서 5°/min의 스캔속도로 5°∼ 80°까지 회절패턴을 측정하였다.The evaluation of the physical properties of the sintered body was carried out by using an X-ray diffractometer (D / max 2500, Rigaku, Japan) at 40 kV and 100 mA at a scan rate of 5 ° / Were measured.
미세구조는 전계방출 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope; 이하 'FE-SEM'이라 함)(6701F, JEOL사)를 사용하여 관찰하였다. FE-SEM 미세구조는 소결체를 다이아몬드 현탁액을 이용하여 1㎛ 이하로 연마 후 소결온도보다 각각 100℃ 낮은 온도에서 30분간 열에칭 한 후에 관찰하였다. The microstructure was observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) (6701F, JEOL). The FE-SEM microstructure was observed after the sintered body was polished to a thickness of 1 μm or less using a diamond suspension and then thermally etched at a temperature of 100 ° C. lower than the sintering temperature for 30 minutes.
고온 곡강도 장비는 1500℃까지 승온 시켜 곡강도를 평가할 수 있는 장비로서 내부는 진공뿐만 아니라 분위기 조절이 가능하고 시료는 6개를 동시에 분석할 수 있도록 설계된 것을 사용하였다(제조사 ㈜알앤비). 곡강도는 시편 사이즈 3×4×40mm로 2000번(이화다이아몬드, CBN)으로 연마하여 3점 굽힘강도법으로 측정되었으며, 고온 곡강도는 1100℃, 1200℃, 1300℃에서 측정되었다.The high-temperature bending machine is a device that can evaluate the bending strength by raising the temperature to 1500 ° C. The inside of the machine can be controlled not only by vacuum but also by atmosphere. It is designed to analyze six samples at the same time (R & R). The bending strength was measured by three point bending strength method with the specimen size of 3 × 4 × 40mm and polished with 2000 (Ewha diamond, CBN). The bending strength at high temperature was measured at 1100 ℃, 1200 ℃ and 1300 ℃.
<실험예 1><Experimental Example 1>
높은 상온 및 고온 강도를 나타내고 알루미늄티타네이트 소재의 고온 상안정성 향상과 미세구조 최적화를 위해 아래의 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 선정하여 알루미늄티타네이트 상형성에 영향을 미치는 원료분말인 Al2O3와 기계적 강도증진제인 ZrO2의 크기가 알루미늄티타네이트 물성에 미치는 효과에 대해 2인자 2수준의 4개의 조성으로 실험하였다. 아래의 표 1은 실험예에서 사용한 조성의 출발원료에 따른 조성표이다. In order to improve the stability of the high-temperature phase of the aluminum titanate material and to optimize the microstructure of the aluminum titanate material, the composition as shown in Table 1 below was selected, and Al 2 O 3 , which is a raw material powder affecting the formation of the aluminum titanate phase, The effects of the size of ZrO 2 , which is a mechanical strength enhancer, on the properties of aluminum titanate were tested with four compositions of 2 levels and 2 levels. Table 1 below is a composition table according to the starting materials of the compositions used in the experimental examples.
(㎛)Average particle size
(탆)
(몰%)
(mole%)
(몰%)
(mole%)
(몰%)
(mole%)
(몰%)
(mole%)
QuartzKOJUNDO (≥99.9)
Quartz
α-Fe2O3 KOJUNDO (≥99.9%)
α-Fe 2 O 3
Al2TiO5의 합성을 위해 출발원료를 습식으로 혼합하였다. 습식 혼합은 볼밀링을 사용하였는데, 용매인 에탄올에 계량된 출발원료와, 유기물 바인더(PEG8000, 1중량%) 및 분산제(RE610 0.1중량%)를 넣고 24시간 밀링하였다. 볼밀링에 사용된 볼은 ZrO2 볼(Φ3)이었다. For the synthesis of Al 2 TiO 5 , the starting materials were wet mixed. For wet mixing, ball milling was used. Miller was added to the solvent, ethanol, with metered starting materials, organic binder (PEG8000, 1 wt%) and dispersant (RE610 0.1 wt%). The ball used for ball milling was a ZrO 2 ball (? 3).
습식 혼합된 결과물의 건조를 위해 80℃에서 24시간 유지하였고, 얻은 혼합 분말을 200메쉬(75㎛)로 체거름(sieving) 하였다. The wet mixed resultant was kept at 80 DEG C for 24 hours for drying, and the obtained mixed powder was sieved to 200 mesh (75 mu m).
체거름된 결과물은 일축가압법으로 22MPa의 압력에서 30초간 1차 성형하고, 200MPa에서 1분간 냉간등압성형(CIP) 하여 디스크형 시편(Φ17)과 막대형 시편(4×5×50mm)을 제조하였다. The resultant sieved product was subjected to primary molding at a pressure of 22 MPa for 30 seconds at a pressure of 22 MPa and subjected to cold isostatic pressing (CIP) at 200 MPa for 1 minute to prepare a disc-shaped specimen (Φ17) .
유기바인더를 제거하기 위해 600℃(승온 속도 5℃/min)에서 1시간 동안 유지하였고, 1500℃(승온속도 5℃/min)에서 2시간 동안 소결하여 알루미늄티타네이트를 제조하였다.
In order to remove the organic binder, the aluminum titanate was prepared by keeping at 600 ° C (temperature increase rate 5 ° C / min) for 1 hour and sintering at 1500 ° C (temperature increase rate 5 ° C / min) for 2 hours.
표 2에 ZrO2 입자크기에 따른 알루미늄티타네이트 소결체의 물성을 나타내었다.Table 2 shows the physical properties of the aluminum titanate sintered body according to the ZrO 2 particle size.
(%)Porosity
(%)
(×10-6/K)
(∼1000℃)Coefficient of thermal expansion
(× 10 -6 / K)
(~ 1000 ° C)
도 2는 실험예 1에서 출발원료로 사용된 마이크로 ZrO2 분말의 FE-SEM 사진이고, 도 3은 실험예 1에서 출발원료로 사용된 나노 ZrO2 분말의 FE-SEM 사진으로서, 마이크로 ZrO2 분말은 입자들이 약하게 응집되어 있는 모습이다. 2 is an FE-SEM photograph of a micro-ZrO 2 powder used as the starting material in
도 4는 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 FE-SEM 사진으로서, 샘플1과 샘플2에 대한 것이다. 샘플1은 출발원료로 평균 입경이 70㎚인 나노 ZrO2 분말을 사용한 경우이고, 샘플2는 출발원료로 평균 입경이 1㎛인 마이크로 ZrO2 분말을 사용한 경우이다. Fig. 4 is an FE-SEM photograph of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
도 5는 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 X-선회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴으로서, 샘플1과 샘플2에 대한 것이다. 5 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
도 5에서 각각 알루미늄티타네이트 피크(peak) 결정성장 방향의 주 피크가 다른 X-선회절(X-ray diffraction; XRD) 결과를 볼 수 있다. 나노 ZrO2 분말 및 마이크로 ZrO2 분말에 따라 알루미늄티타네이트상 생성 정도에 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 이를 통해 같은 기계적인 안정제라도 입자 사이즈에 따라 미세 균열에 영향을 미쳐서 주로 열적 물성에 차이점이 있을 것이라는 것을 예상할 수 있다.In FIG. 5, X-ray diffraction (XRD) results showing different main peaks in the direction of crystal growth of the aluminum titanate peak can be seen. It can be seen that there is a difference in the degree of formation of the aluminum titanate phase depending on the nano-ZrO 2 powder and the micro ZrO 2 powder. As a result, it can be expected that even the same mechanical stabilizer affects microcracks depending on the particle size, so that there will be a difference in thermal properties mainly.
도 6은 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 고온 3점곡강도(3 point flexural strength) 그래프로서, 샘플1과 샘플2에 대한 것이다. 6 is a high temperature three point flexural strength graph of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
도 6의 고온 곡강도에서는 1100℃에서는 같은 값을 가지나 온도가 올라갈수록 떨어지는 경향을 보였는데 마이크로 ZrO2 분말을 사용한 경우에서 고온 곡강도값이 다소 증가하였다. ZrO2는 이차상으로서 결정립 경계 밖에 존재하고 자체의 높은 강도값과 알루미늄티타네이트 결정립 성장 조절의 효과로 인해 강도의 향상을 보이지만, 나노 ZrO2 분말을 사용한 경우에서보다 오히려 마이크로 ZrO2 분말을 사용한 경우에서 ZrO2 이차상 크기가 크므로 분포가 넓지 않아 국부적인 속도론적 안정이므로 동일한 미세 균열을 가지더라도 온도상승에 따른 미세 균열 거동에 차이가 있을 것으로 예상된다. 따라서, 이차상 크기로 인해 입계(grain boundary)의 면적이 줄어들어 계면에너지를 높여 주고 이로 인해 열변형 에너지에 대한 저항성이 증가하여 1200℃ 이상에서 고온 곡강도의 향상을 보인 것으로 생각된다. 그러나 크랙 온셋(Crack onset) 온도의 큰 차이점이 관찰되지 않아 미세 균열의 밀도는 거의 동일한 것으로 생각된다. 실험 결과 나노 ZrO2 분말을 사용한 경우보다 마이크로 ZrO2 분말을 사용한 경우에서 작은 열팽창 값과 향상된 고온 곡강도를 얻을 수 있었다. In the high bending strength curve of FIG. 6, the same value was obtained at 1100 ° C, but the tendency was shown to decrease as the temperature increased. In the case of using micro ZrO 2 powder, the high temperature bending strength value was slightly increased. ZrO 2 exists outside the grain boundaries as a secondary phase, and its strength is improved due to its high strength value and the effect of controlling the growth of aluminum titanate crystal grains. However, in the case of using micro ZrO 2 powder rather than using nano ZrO 2 powder ZrO 2 Since the secondary phase size is large and the distribution is not wide, it is expected that there will be a difference in the microcracking behavior due to the temperature rise even though the microcracks are locally stable. Therefore, the area of the grain boundary is reduced due to the secondary phase size, which increases the interfacial energy and increases the resistance to thermal deformation energy. However, no large differences in crack onset temperatures were observed, suggesting that the density of microcracks is approximately the same. Experimental results show that the micro thermal expansion value and the improved high temperature bending strength can be obtained in the case of using the micro ZrO 2 powder as compared with the case of using the nano ZrO 2 powder.
표 3에 Al2O3 입자크기에 따른 알루미늄티타네이트 소결체의 물성을 나타내었다.Table 3 shows the physical properties of the aluminum titanate sintered body according to the particle size of Al 2 O 3 .
(%)Porosity
(%)
(×10-6/K)
(∼1000℃)Coefficient of thermal expansion
(× 10 -6 / K)
(~ 1000 ° C)
평균 입경이 500㎚인 나노 Al2O3를 사용한 샘플3 조성에서는 평균 입경이 3.5㎛인 마이크로 Al2O3 분말을 사용한 샘플1과 밀도와 기공율에서는 차이점을 보이지 않았고 기계적 물성인 상온 및 고온에서의 강도값의 증가를 보였다.
도 7은 실험예 1에서 출발원료로 사용된 마이크로 Al2O3 분말의 FE-SEM 사진이고, 도 8은 실험예 1에서 출발원료로 사용된 나노 Al2O3 분말의 FE-SEM 사진이다.7 is an FE-SEM photograph of micro Al 2 O 3 powder used as a starting material in Experimental Example 1, and FIG. 8 is an FE-SEM photograph of nano Al 2 O 3 powder used as a starting material in Experimental Example 1. FIG.
도 7 및 도 8을 참조하면, 나노 Al2O3는 약 200nm 크기를 가지고 있어, 마이크로 Al2O3의 약 5.8㎛와 차이가 남을 볼 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, nano Al 2 O 3 has a size of about 200 nm, which is different from about 5.8 μm of micro Al 2 O 3 .
도 9는 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 FE-SEM 사진으로서, 샘플1과 샘플3에 대한 것이다. 샘플1은 출발원료로 평균 입경이 3.5㎛인 마이크로 Al2O3 분말을 사용한 경우이고, 샘플3은 출발원료로 평균 입경이 500㎚인 나노 Al2O3 분말을 사용한 경우이다. 9 is an FE-SEM photograph of the aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
도 9에서 단면 미세구조를 살펴보면, 나노 Al2O3 분말을 사용한 샘플3에서 마이크로 Al2O3 분말을 사용한 샘플1에서 보다 결정립 사이즈가 작은 미세구조를 관찰할 수 있는데 이로 인해 강도향상이 되었다고 생각된다. 또한, 뮬라이트 상의 분포도 마이크로 Al2O3 분말을 사용한 시편에 비해 좀 더 균일함을 알 수 있다.9, the microstructure of
도 10은 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 X-선회절(XRD) 패턴으로서, 샘플1과 샘플3에 대한 것이다. 10 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1 for
도 10의 X-선회절 결과를 보면 각각 알루미늄티타네이트 피크 결정성장 방향의 주 피크가 다른 X-선회절 결과를 볼 수 있어 나노 Al2O3 분말, 마이크로 Al2O3 분말에 따라 알루미늄티타네이트상 생성 정도에 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 또한, Al2O3 피크가 나노 Al2O3 분말을 사용한 경우에서 약화된 것을 볼 수 있어 분해가 마이크로 Al2O3 분말을 사용한 경우보다 덜하다는 것을 알 수 있다. 이를 통해 안정된 알루미늄티타네이트 상으로 인한 강도 향상을 설명될 수 있다.X-ray diffraction results in FIG. 10 show X-ray diffraction results showing different principal peaks in the crystal growth direction of aluminum titanate, respectively. According to nano Al 2 O 3 powder and micro Al 2 O 3 powder, aluminum titanate It can be seen that there is a difference in the degree of phase formation. In addition, it can be seen that the Al 2 O 3 peak is weakened when the nano Al 2 O 3 powder is used, and it is understood that the decomposition is less than that when the micro Al 2 O 3 powder is used. This can explain the strength improvement due to the stable aluminum titanate phase.
도 11은 실험예 1에 따라 제조된 알루미늄티타네이트의 고온 3점곡강도 그래프로서, 샘플1과 샘플3에 대한 것이다. 11 is a high-temperature three-point curvature graph of aluminum titanate prepared according to Experimental Example 1, for
도 11에서 고온 곡강도에서는 높은 향상값을 보였다. 특히 1100℃에서 200MPa으로 우수한 강도값을 보였고 점차 고온으로 갈수록 강도값이 급격하게 감소하는 경향을 보였다. 나노 사이즈의 TiO2와 같은 사이즈의 Al2O3로 합성된 알루미늄티타네이트 결정립 사이즈가 작을 것으로 예상되어 이로 인해 마이크로 Al2O3 분말을 사용한 경우 보다 결정립 사이즈도 작고 불안정한 알루미늄티타네이트 상들의 밀도가 높지 않게 된 것으로 생각된다. 또한 나노 Al2O3 분말을 사용한 경우에서는 알루미늄티타네이트 뿐만 아니라 뮬라이트의 결정립 또한 작은 사이즈로 넓게 분포되어 있으므로 이로 인한 강도 향상도 고려할 수 있다. 그러나 샘플3의 경우에 1100℃에서 샘플1 보다 월등한 강도값에 반해 1300℃에서는 급격한 강도저하를 보였다. 이에 대한 연구는 추후 좀 더 필요하다.
11 shows a high improvement value at high temperature bending strength. Especially, the strength of the specimens was increased from 1100 ℃ to 200MPa, and the strength of the specimens tended to decrease sharply with increasing temperature. It is expected that the size of the aluminum titanate grains synthesized with Al 2 O 3 of the same size as that of the nano-sized TiO 2 is expected to be small. As a result, the grain size is smaller than that of the micro Al 2 O 3 powder and the density of the unstable aluminum titanate phases It is thought that it is not high. In addition, in the case of using the nano-Al 2 O 3 powder, not only the aluminum titanate but also the crystal grains of the mullite are widely distributed in a small size. However, in the case of
<실험예 2><Experimental Example 2>
표 2에 나타낸 조성에서 샘플2의 조성을 선정하여 소결온도와 소결시간을 변수로 두고 공정 최적화를 수행하였다. 표 2에 나타낸 조성의 경우에 소결온도가 1500℃인 시편의 고온 강도는 1600℃인 시편보다 높았고 열팽창계수 또한 높았다. 소결시간이 길어지면 알루미늄티타네이트의 합성양이 증가하여 결정학적 이방성이 심화되고 미세균열의 양이 많아지게 된다. 소결온도와 소결시간의 조건 최적화를 통해 낮은 열팽창계수를 가지면서도 높은 1300℃ 고온 강도를 보이는 공정 조건을 확립하고자 한다. 소결온도는 1500℃,1600℃를 설정하고 소결시간은 2h, 4h, 8h, 16h으로 설정하여, 총 8개의 조건으로 알루미늄티타네이트를 합성하고 이에 따른 열·기계적 물성을 분석하였다. The composition of
Al2TiO5의 합성은 소결온도 및 소결시간을 제외하고는 실험예 1과 동일하게 진행하였다.
Synthesis of Al 2 TiO 5 proceeded in the same manner as in Experimental Example 1 except for sintering temperature and sintering time.
아래의 표 4에 1500℃에서 소결한 경우의 소결시간에 따른 물성을 나타내었다. 아래의 표 4에서 1500_2h는 1500℃에서 2시간 소결한 경우를 나타내고, 1500_4h는 1500℃에서 4시간 소결한 경우를 나타내며, 1500_6h는 1500℃에서 6시간 소결한 경우를 나타내고, 1500_16h는 1500℃에서 16시간 소결한 경우를 나타낸다.Table 4 below shows the physical properties according to the sintering time in the case of sintering at 1500 ° C. In Table 4, 1500_2h represents the case of sintering at 1500 ° C for 2 hours, 1500_4h represents the case of sintering at 1500 ° C for 4 hours, 1500_6h represents sintering at 1500 ° C for 6 hours, and 1500_16h at 1500 ° C Time is sintered.
(g/㎤)Sintered density
(g / cm3)
(%)Porosity
(%)
(×10-6/K)
(∼1000℃)Coefficient of thermal expansion
(× 10 -6 / K)
(~ 1000 ° C)
(MPa)Room temperature bending strength
(MPa)
아래의 표 5에 1600℃에서 소결한 경우의 소결시간에 따른 물성을 나타내었다. 아래의 표 5에서 1600_2h는 1600℃에서 2시간 소결한 경우를 나타내고, 1600_4h는 1600℃에서 4시간 소결한 경우를 나타내며, 1600_6h는 1600℃에서 6시간 소결한 경우를 나타내고, 1600_16h는 1600℃에서 16시간 소결한 경우를 나타낸다.Table 5 below shows the physical properties according to sintering time when sintering at 1600 ° C. In Table 5 below, 1600_2h represents the case of sintering at 1600 ° C for 2 hours, 1600_4h represents the case of sintering at 1600 ° C for 4 hours, 1600_6h represents the case of sintering at 1600 ° C for 6 hours, and 1600_16h represents 16 Time is sintered.
(g/㎤)Sintered density
(g / cm3)
(%)Porosity
(%)
(×10-6/K)
(∼1000℃)Coefficient of thermal expansion
(× 10 -6 / K)
(~ 1000 ° C)
(MPa)Room temperature bending strength
(MPa)
도 12는 실험예 2에 따라 1500℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 상온 및 고온 곡강도 그래프이다. 도 12에서 1500_2h는 1500℃에서 2시간 소결한 경우를 나타내고, 1500_4h는 1500℃에서 4시간 소결한 경우를 나타내며, 1500_6h는 1500℃에서 6시간 소결한 경우를 나타내고, 1500_16h는 1500℃에서 16시간 소결한 경우를 나타낸다. 도 12에서 'RT'는 상온(room temperature)을 의미한다. 12 is a graph showing room temperature and high-temperature bending strength according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1500 ° C according to Experimental Example 2. FIG. In FIG. 12, 1500_2h represents the case of sintering at 1500 ° C for 2 hours, 1500_4h represents the case of sintering at 1500 ° C for 4 hours, 1500_6h represents sintering at 1500 ° C for 6 hours, and 1500_16h represents sintering at 1500 ° C for 16 hours. . In FIG. 12, 'RT' means room temperature.
도 12를 참조하면, 상온강도는 2시간 소결한 시편이 가장 높은 강도(34MPa)를 보였고, 1100℃, 1200℃에서의 강도는 4시간 소결한 시편이 가장 높은 강도(113MPa, 112MPa)을 보였다. 그러나 1300℃에서는 오히려 소결시간이 길어질수록 강도가 향상되어 8시간 및 16시간 소결한 시편이 가장 높은 강도(74MPa)를 보였다. 12, the specimens sintered at room temperature for 2 hours showed the highest strength (34 MPa) and the specimens sintered at 1100 ° C and 1200 ° C for 4 hours showed the highest strength (113 MPa, 112 MPa). However, at 1300 ℃, the strength increased as the sintering time became longer, and the specimens sintered for 8 hours and 16 hours showed the highest strength (74 MPa).
도 13은 실험예 2에 따라 1600℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 상온 및 고온 곡강도 그래프이다. 도 13에서 1600_2h는 1600℃에서 2시간 소결한 경우를 나타내고, 1600_4h는 1600℃에서 4시간 소결한 경우를 나타내며, 1600_6h는 1600℃에서 6시간 소결한 경우를 나타내고, 1600_16h는 1600℃에서 16시간 소결한 경우를 나타낸다. 도 13에서 'RT'는 상온(room temperature)을 의미한다. 13 is a graph showing room temperature and high-temperature bending strength according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1600 ° C according to Experimental Example 2. FIG. In FIG. 13, 1600_2h indicates sintering at 1600 ° C for 2 hours, 1600_4h indicates sintering at 1600 ° C for 4 hours, 1600_6h indicates sintering at 1600 ° C for 6 hours, and 1600_16h indicates sintering at 1600 ° C for 16 hours. . In FIG. 13, 'RT' means room temperature.
도 13을 참조하면, 상온에서는 2시간 소결한 시편이 가장 높은 강도(19MPa)를 보였고 소결시간이 길어질수록 강도는 감소하였다. 1500℃에서 소결한 알루미늄티타네이트와 달리, 1100℃에서 가장 높은 강도를 보이지 않고 1200℃에서 가장 높은 강도(79MPa)를 보였다. 또한 1300℃에서 가장 높은 강도는 2시간 소결 (43MPa) 이었다. 13, the specimens sintered at room temperature for 2 hours showed the highest strength (19 MPa) and the strength decreased as the sintering time became longer. Unlike aluminum titanate sintered at 1500 ℃, it showed the highest strength at 1100 ℃ and the highest strength (79 MPa) at 1200 ℃. Also, the highest strength at 1300 ℃ was sintering (43 MPa) for 2 hours.
도 14는 실험예 2에 따라 1500℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 X-선회절 결과이다. FIG. 14 shows X-ray diffraction results according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1500 ° C. according to Experimental Example 2. FIG.
도 14를 참조하면, 알루미늄티타네이트, 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2), ZrO2 및 Al2O3 상이 검출되었고 2시간 소결한 시편의 주 피크가 4시간 이상 소결한 시편의 주 피크와 차이가 있었다. 알루미늄티타네이트(PDF number:41-0258)의 주 피크는 26.5도(2-theta) 이다. 이는 알루미늄티타네이트 합성 시 소결시간이 부족한 것으로, 소결시간이 충분해지자 4시간 이상 소결된 알루미늄티타네이트의 주 피크가 일정한 것을 볼 때 2시간 소결이 알루미늄티타네이트 합성에 모자라기 때문인 것으로 판단된다.14, aluminum titanate, mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ),
도 15는 실험예 2에 따라 1600℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 X-선회절 결과이다. Fig. 15 is a result of X-ray diffraction according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1600 DEG C according to Experimental Example 2. Fig.
도 15를 참조하면, 2시간 소결한 경우 주 피크 위치를 볼 때 알루미늄티타네이트 합성이 충분하게 이뤄진 것으로 판단된다. 소결시간이 길어질수록 뮬라이트 피크가 점점 감소하고 Al2O3 피크가 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 16시간 소결한 경우에는 주피크가 33도로 이동하였고 뮬라이트 피크는 완전히 사라진 것을 관찰할 수 있었다. 이를 통해 소결시간이 길어질수록 뮬라이트 상이 Al2O3와 SiO2로 분해되어 Al2O3는 이차상을 형성하기 때문에 피크가 관찰되고 SiO2는 고용체로서 알루미늄티타네이트 결정립에 고용되어 피크를 관찰할 수 없는 것으로 판단된다. 따라서 소결시간이 길어지면 강도향상제인 뮬라이트가 분해되어 강도향상 효과가 적어질 것으로 예상된다. Referring to FIG. 15, it is considered that aluminum titanate synthesis was sufficiently performed when the main peak position was observed when sintered for 2 hours. As the sintering time became longer, it was observed that the mullite peak gradually decreased and the Al 2 O 3 peak increased. In the case of sintering for 16 hours, the main peak shifted 33 degrees and the mullite peak completely disappeared. As the sintering time becomes longer, the mullite phase is decomposed into Al 2 O 3 and SiO 2 , and Al 2 O 3 forms a secondary phase. As a result, a peak is observed and SiO 2 is solved in the solid solution of aluminum titanate to observe the peak It is judged that it can not be done. Therefore, if the sintering time is prolonged, it is expected that the strength improvement effect will be lessened by decomposing the mullite.
도 16은 실험예 2에 따라 1500℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 미세구조이다. X-선회절과 EDS(energy dispersive spectroscopy) 결과 밝은 회색은 알루미늄티타네이트, 짙은 회색은 뮬라이트상 그리고 하얀색 상은 ZrO2상이다. 2, 4, 8시간에서는 미세구조의 큰 차이점은 관찰되지 않았고 16시간에서 결정립 성장이 일어난 것을 관찰할 수 있었다. 16 is a microstructure of sintered aluminum titanate sintered at 1500 DEG C according to Experimental Example 2. FIG. X-ray diffraction and EDS (energy dispersive spectroscopy) show that the light gray is aluminum titanate, the dark gray is the mullite phase and the white phase is the ZrO 2 phase. At 2, 4, and 8 hours, no significant differences in microstructure were observed and crystal growth was observed at 16 hours.
도 17은 실험예 2에 따라 1600℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 미세구조이다. 17 is a microstructure according to sintering time of aluminum titanate sintered at 1600 DEG C according to Experimental Example 2. FIG.
도 17을 참조하면, X-선회절과 EDS(energy dispersive spectroscopy) 결과 2, 4시간 소결된 알루미늄티타네이트는 밝은 회색은 알루미늄티타네이트, 짙은 회색은 뮬라이트상 그리고 하얀색 상은 ZrO2상이다. 1500℃에서 소결한 시편과 비교했을 때 ZrO2 이차상의 모양이 길어지고 부피도 줄어든 것을 관찰할 수 있었다. 또한 1600℃에서 2시간 소결한 시편의 결정립 크기가 1500℃에서 16시간 소결한 시편 결정립 사이즈와 유사했다. 이를 통해 1600℃에서는 결정립 성장이 2시간에서 일어난 것으로 판단된다. 또한 뮬라이트 이차상의 모양을 관찰하였을 때 2시간과 4시간에서 소결된 시편은 1500℃의 뮬라이트 이차상의 모양과 유사했는데, 8시간 16시간 소결된 시편은 표면이 거칠어지고 결정립의 경계가 모호해졌다. Referring to FIG. 17, X-ray diffraction and EDS (energy dispersive spectroscopy) results show that the aluminum titanate sintered for two and four hours has a light gray aluminum titanate, a dark gray mullite phase and a white phase ZrO 2 phase. As compared to a specimen sintered at 1500 ℃ shape ZrO 2 on the second, the longer can be observed that the volume is also reduced. The grain size of specimen sintered at 1600 ℃ for 2 hours was similar to that of sintered specimen at 1500 ℃ for 16 hours. As a result, it was judged that the grain growth occurred at 2 hours at 1600 ℃. The morphology of the mullite secondary phase was similar to that of the mullite secondary phase at 1,500 ℃ for 2 hours and 4 hours. The specimen sintered for 8 hours and 16 hours had rough surface and blurred grain boundaries.
도 18은 실험예 2에 따라 1600℃에서 16시간 소결된 시편에 대한 상들의 몰분율(atomic%)을 나타낸 EDS 결과이다. 18 shows the results of EDS showing the molar fraction (atomic%) of phases for a specimen sintered at 1600 ° C for 16 hours according to Experimental Example 2. FIG.
도 18을 참조하면, 몰분율로 계산할 때 스펙트럼 1은 알루미늄티타네이트, 스펙트럼 3은 뮬라이트로 검출이 되었으나, 스펙트럼 2는 Si 성분이 빠져나가고 Ti 성분이 증가한 것을 관찰할 수 있었다. 이를 통해 뮬라이트상이 분해가 됨을 관찰할 수 있었다. Referring to FIG. 18,
도 19는 실험예 2에 따라 1500℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 열팽창 거동을 나타낸 그래프로 가열과 냉각 과정 중의 히스테리시스 곡선이다. 19 is a graph showing the thermal expansion behavior of sintered aluminum titanate sintered at 1500 ° C according to Experimental Example 2, and is a hysteresis curve during heating and cooling processes.
도 19를 참조하면, 소결시간이 길어질수록 열팽창이 낮아지는 것을 볼 수 있고 2, 4, 8시간은 거의 유사한 거동을 나타내는데 16시간의 경우 약 1100℃에서 수축을 보였다가 팽창하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 16시간을 제외하고 모두 양의 팽창값을 보였는데, 16시간의 경우 가열이 되고 있음에도 불구하고 부피가 수축하는 음의 팽창값을 보였다. 냉각 후 원래의 부피로 회귀하게 되는데 2, 4, 8시간의 경우 원래의 부피보다 0.5∼1.5% 늘어났고, 16시간의 경우에는 오히려 0.5% 수축하였다. Referring to FIG. 19, it can be seen that as the sintering time becomes longer, the thermal expansion is lowered, and the similar behavior is observed for 2, 4, and 8 hours. In the case of 16 hours, shrinkage is observed at about 1100 ° C . Also, except for 16 hours, all of them showed a positive expansion value. In the case of 16 hours, they showed a negative expansion value which shrinks in spite of being heated. After cooling, the volume returned to its original volume. In the case of 2, 4, and 8 hours, it increased by 0.5 to 1.5% than the original volume, but shrunk by 0.5% in the case of 16 hours.
도 20은 실험예 2에 따라 1600℃에서 소결된 알루미늄티타네이트의 소결시간에 따른 열팽창 거동을 나타낸 그래프이다. 20 is a graph showing the thermal expansion behavior of the aluminum titanate sintered at 1600 ° C according to sintering time according to Experimental Example 2. FIG.
도 20을 참조하면, 모든 소결시간 조건에서 음의 팽창값을 보였고, 2시간 소결한 시편은 1000℃에서부터 팽창하였으며, 소결시간이 길어질수록 팽창시작점이 각각 달랐다. 16시간 소결한 시편은 1200℃에서 팽창하기 시작했다. 냉각할 때는 모든 소결조건에서 -0.4% 수축하고 600∼700℃ 구간에서 팽창하기 시작하여 원래의 부피로 회귀했다. 최종적으로 0.1∼0.2% 부피가 증가하였다.
20, negative expansion values were observed under all sintering time conditions, and specimens sintered for 2 hours were expanded at 1000 ° C, and the expansion start points were different from each other as the sintering time was longer. The specimen sintered for 16 hours began to expand at 1200 ℃. When cooling, it contracted by -0.4% under all sintering conditions and began to expand in the range of 600 to 700 ° C, returning to its original volume. Finally, the volume increased by 0.1-0.2%.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.
Claims (6)
상기 출발원료에 유기 바인더 및 분산제를 첨가하여 혼합하는 단계;
혼합된 결과물을 성형하는 단계; 및
성형된 결과물을 소결하는 단계를 포함하며,
1300℃의 고온에서 알루미늄티타네이트의 강도를 개선하기 위하여, 평균 입자 크기가 1∼10㎛인 α-Al2O3 분말을 출발원료로 사용하고, 평균 입자 크기가 1∼50㎛인 ZrO2 분말을 출발원료로 사용하며,
상기 소결하는 단계는,
400∼800℃의 제1 온도에서 유지하는 단계; 및
상기 제1 온도보다 높은 1400∼1650℃의 제2 온도에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄티타네이트의 제조방법.SiO 2 8.0~12.0 mol%, ZrO 2 1.0~4.0 mol%, MgO 4.0~8.0 mol%, α-Al 2 O 3 43.0~49.0 mol%, α-Fe 2 O 3 0.01~1.0% by mole, and TiO 2 33.0 To 39.0 mol% of a starting material;
Adding and mixing an organic binder and a dispersant to the starting material;
Molding the mixed result; And
And sintering the shaped product,
In order to improve the strength of aluminum titanate at a high temperature of 1300 ° C, α-Al 2 O 3 powder having an average particle size of 1 to 10 μm was used as a starting material, and ZrO 2 powder having an average particle size of 1 to 50 μm As starting materials,
Wherein the sintering step comprises:
Maintaining at a first temperature of 400-800 [deg.] C; And
Lt; RTI ID = 0.0 > 1600 C < / RTI > higher than the first temperature.
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