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KR20210033139A - Joining method of alumina and alumina-containing ceramics and joined ceramic body using it - Google Patents

Joining method of alumina and alumina-containing ceramics and joined ceramic body using it Download PDF

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KR20210033139A
KR20210033139A KR1020190114479A KR20190114479A KR20210033139A KR 20210033139 A KR20210033139 A KR 20210033139A KR 1020190114479 A KR1020190114479 A KR 1020190114479A KR 20190114479 A KR20190114479 A KR 20190114479A KR 20210033139 A KR20210033139 A KR 20210033139A
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South Korea
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bonding
aluminum oxide
aluminum
bonding material
based ceramics
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이현권
김태경
박의근
오현명
문정운
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금오공과대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

A method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to the present invention includes: a step of preparing a bonding material in which a solid component is made of aluminum and at least one oxide; an application step of supplying the bonding material between ceramic molded bodies including aluminum oxide; and a step of heat-treating the ceramic molded bodies and the bonding material. In the heat treatment step, aluminum of the bonding material is oxidized, and the bonding material and the molded bodies are sintered. There is an advantage in that a bonding layer having excellent physical properties such as strength can be manufactured.

Description

산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법 및 이로부터 제조된 세라믹스 접합체{Joining method of alumina and alumina-containing ceramics and joined ceramic body using it}TECHNICAL FIELD [Joining method of alumina and alumina-containing ceramics and joined ceramic body using it}

본 발명은 접합 대상 세라믹스 모재와 동등한 강도를 가지는 산화알루미늄계 세라믹스 접합체의 접합 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bonding method of an aluminum oxide-based ceramic bonded body having the same strength as that of the ceramic base material to be bonded.

세라믹스는 강도가 높고 내화학성, 내열성 등이 우수하여 높은 온도나 고농도의 화학물질 처리 등에 이용하기 적합한 소재이다. 그러나, 이러한 성질로 인하여 세라믹스를 이용한 물건의 경우 생산 및 가공이 어려운 한계가 있다. Ceramics has high strength and excellent chemical resistance and heat resistance, making it a suitable material for processing high temperature or high concentration chemicals. However, due to these properties, there is a limit in which it is difficult to produce and process products using ceramics.

구체적으로, 세라믹스는 세라믹스를 구성하는 분말의 성형 및 소결을 통해 단순한 형상의 소결체를 제조한 후, 후가공을 거쳐 복잡한 형상의 제품을 제조하는 공정을 거치고 있으며, 이러한 경우 후가공 등에 의해 가공비용이 현저히 상승하는 문제점이 발생하고 있다. 이에, 세라믹스를 접합하는 방법으로 세라믹스 제품을 제조하기위한 연구가 계속적으로 진행되고 있다. Specifically, ceramics undergoes a process of manufacturing a sintered body of a simple shape through molding and sintering of the powder constituting ceramics, and then manufacturing a product of a complex shape through post-processing, and in this case, the processing cost increases significantly due to post-processing. There is a problem that occurs. Accordingly, research for manufacturing ceramic products by bonding ceramics is continuously being conducted.

기존에는 상대적으로 접합이 쉬운 금속, 유리질 등이 접합재로 접합에 사용되었으나, 모재에 비해 낮은 기계적 물성, 내화학성, 내열성 때문에 사용처가 제한되어 세라믹스의 장점을 살려 이용하기 어려운 문제점이 있다. In the past, metals, glass materials, etc., which are relatively easy to bond, were used for bonding as bonding materials, but there is a problem that it is difficult to utilize the advantages of ceramics because the usage is limited due to low mechanical properties, chemical resistance, and heat resistance compared to the base material.

이러한 문제를 해결하기 위해 세라믹스와 동일한 조성을 가지는 세라믹 분말을 이용한 접합체제조에 관한 연구가 수행되고 있으나, 모재와 접합층간 치밀한 접합계면을 얻기 위해 소결성이 높은 고가의 나노분말을 사용하거나, 열처리 과정에서 높은 압력을 가하기 위한 고가의 장비를 필요로 하는 문제점이 있다.In order to solve this problem, studies on the manufacture of a bonded body using ceramic powder having the same composition as ceramics are being conducted, but expensive nano powders with high sinterability are used to obtain a dense bonding interface between the base material and the bonding layer. There is a problem that requires expensive equipment to apply pressure.

대한민국 등록특허공보 제10-1400908호Korean Patent Publication No. 10-1400908

본 발명의 목적은 간단한 방법으로 복잡한 형상의 세라믹 제품을 제조할 수 있는 산화알루미늄계 세라믹스 접합방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an aluminum oxide-based ceramic bonding method capable of manufacturing a ceramic product having a complex shape by a simple method.

본 발명의 또 다른 목적은 모재와 동등한 수준의 강도를 갖는 접합체를 제조하는 산화알루미늄계 세라믹스 접합방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for bonding aluminum oxide-based ceramics for producing a bonded body having a strength equivalent to that of a base material.

본 발명은 고상성분이 알루미늄과 1종 이상의 산화물로 이루어지는 접합재를 준비하는 단계;The present invention comprises the steps of preparing a bonding material in which the solid component is made of aluminum and at least one oxide;

상기 접합재를 산화 알루미늄을 포함하는 세라믹 성형체 사이에 공급하는 도포 단계; 및An application step of supplying the bonding material between ceramic formed bodies including aluminum oxide; And

상기 세라믹 성형체 및 접합재를 열처리하는 단계;를 포함하며, Including; heat-treating the ceramic formed body and the bonding material;

상기 열처리 단계는 상기 접합재의 알루미늄을 산화시키고 상기 접합재와 성형체를 소결하는 것인 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에 관한 것이다.The heat treatment step relates to an aluminum oxide-based ceramic bonding method of oxidizing aluminum of the bonding material and sintering the bonding material and the molded body.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 1종 이상의 산화물은 산화 알루미늄을 포함할 수 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the at least one oxide may include aluminum oxide.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 접합재에 포함된 산화물 : 알루미늄의 부피비는 95 : 5 내지 60 : 40일 수 있다.In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the volume ratio of oxide: aluminum included in the bonding material may be 95:5 to 60:40.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서, 상기 알루미늄은 입자크기가 1 ㎛이하일 수 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the aluminum may have a particle size of 1 μm or less.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 알루미늄은 열처리 단계에서 산화하면서 100 ㎚이하의 산화알루미늄 입자가 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In the method of bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the aluminum oxide particles of 100 nm or less are generated while being oxidized in the heat treatment step.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 접합재를 준비하는 단계는 알루미늄, 1종이상의 산화물 및 유기용매를 혼합하여 볼밀하는 단계를 포함할 수 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, preparing the bonding material may include ball milling by mixing aluminum, at least one oxide, and an organic solvent.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 유기용매는 탄소수 1 내지 4의 알코올, 아세톤, 헥산, 아세트산에틸, 디클로로메탄 및 클로로포름에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the organic solvent may be one or more selected from alcohol having 1 to 4 carbon atoms, acetone, hexane, ethyl acetate, dichloromethane, and chloroform.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 도포단계 후 열처리하는 단계 전 상기 세라믹 성형체를 건조하는 제 1건조단계, 상기 세라믹 성형체를 가압하는 가압단계 및 상기 세라믹 성형체를 건조하는 제 2 건조 단계를 더 포함할 수 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, a first drying step of drying the ceramic formed body after the coating step and before the heat treatment step, a pressing step of pressing the ceramic formed body, and a first drying the ceramic formed body It may further include 2 drying steps.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 가압단계는 냉간 등방압 가압을 통해 수행될 수 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the pressing step may be performed through cold isostatic pressing.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 열처리 하는 단계는 1500 내지 1750 ℃에서 30분 내지 5시간 동안 수행될 수 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at 1500 to 1750° C. for 30 minutes to 5 hours.

본 발명은 또한 산화알루미늄계 세라믹스 접합체를 제공하며, 본 발명에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합체는 본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법으로 접합된 것일 수 있다.The present invention also provides an aluminum oxide-based ceramics assembly, and the aluminum oxide-based ceramics assembly according to the present invention may be bonded by an aluminum oxide-based ceramics bonding method according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합방법은 알루미늄 산화물을 포함하는 1종 이상의 산화물과 알루미늄을 혼합, 분쇄, 건조하고 유기용매와 혼합하여 접합재를 제조한 뒤, 모재 성형체 사이에 도포하고 건조 후 소결함으로써, 간단한 방법으로 복잡한 형상의 세라믹 제품을 제조할 수 있으며, 모재와 동등한 수준의 강도를 갖는 세라믹 접합체를 제조할 수 있는 장점이 있다.In the method of bonding aluminum oxide-based ceramics according to the present invention, a bonding material is prepared by mixing, pulverizing, drying, and mixing one or more oxides including aluminum oxide and aluminum with an organic solvent, and then coating it between the base metal molded bodies, drying, and sintering. , There is an advantage in that it is possible to manufacture a ceramic product of a complex shape by a simple method, and to manufacture a ceramic bonded body having the same level of strength as that of the base material.

도 1은 본 발명의 제조예에서 접합재의 제조과정 중 밀링 시간에 따른 평균입경을 측정하고 그 결과를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제조예에서 제조된 접합체의 단면을 관찰하고 이를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제조예에서 제조된 접합체의 접합단면을 현미경을 통해 관찰하고 이를 도시한 것이다.
FIG. 1 is a graph showing the result of measuring the average particle diameter according to the milling time during the manufacturing process of the bonding material in the manufacturing example of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the conjugate prepared in Preparation Example of the present invention and shows it.
3 is a view showing the junction cross-section of the conjugate prepared in Preparation Example of the present invention through a microscope.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the embodiments of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the present specification.

본 발명에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법은 고상성분이 알루미늄과 1종 이상의 산화물로 이루어지는 접합재를 준비하는 단계;The method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to the present invention comprises: preparing a bonding material in which a solid component is made of aluminum and at least one oxide;

상기 접합재를 산화 알루미늄을 포함하는 세라믹 성형체 사이에 공급하는 도포 단계; 및An application step of supplying the bonding material between ceramic formed bodies including aluminum oxide; And

상기 세라믹 성형체 및 접합재를 열처리하는 단계;를 포함하며, Including; heat-treating the ceramic formed body and the bonding material;

상기 열처리 단계는 상기 접합재의 알루미늄을 산화시키고 상기 접합재와 성형체를 소결하는 것을 특징으로 한다. The heat treatment step is characterized in that the aluminum of the bonding material is oxidized and the bonding material and the molded body are sintered.

종래 산화 알루미늄계를 포함하는 세라믹스의 접합은 유리질 등을 이용하여 수행되는 경우가 많았으나, 세라믹스 대비 낮은 내열성 및 내화학성으로 세라믹스 제품의 이용한계를 가져오는 문제점이 있었다. 이를 극복하기 위하여 세라믹과 유사한 재질의 금속 산화물 등을 이용하여 세라믹스를 접합하는 방법이 개발되었으나, 이러한 경우에도 여전히 세라믹스 모재 대비 낮은 강도를 갖는 문제점이 있었다. Conventionally, the bonding of ceramics including aluminum oxide is often performed using glass or the like, but there is a problem in that ceramic products are used due to lower heat resistance and chemical resistance than ceramics. In order to overcome this, a method of bonding ceramics using a metal oxide of a material similar to ceramics has been developed, but even in this case, there is a problem of having a lower strength than the ceramics base material.

이에, 상술한 낮은 내열성, 내화학성의 문제를 해결하고 모재와 동등한 수준의 강도를 갖는 세라믹스 접합체를 제조하기 위한 연구를 계속하여 수행하였으며, 그 결과 산화알루미늄계 세라믹스의 접합에 있어서, 알루미늄과 1종 이상의 산화물을 포함하는 접합재를 도포하고 열처리함으로써, 우수한 물성을 갖는 세라믹스 접합체를 제조할 수 있음을 확인하였다. Accordingly, research to solve the above-described low heat resistance and chemical resistance problem and to manufacture a ceramic bonded body having the same level of strength as the base material was carried out. As a result, in the bonding of aluminum oxide-based ceramics, aluminum and one kind It was confirmed that a ceramic bonded body having excellent physical properties can be manufactured by applying and heat treating the bonding material containing the above oxide.

이때, 상기 열처리 단계를 거침으로써, 상기 접합재에 포함된 알루미늄의 산화가 일어나게 되며, 결과적으로 상기 접합재의 조성은 실질적으로 산화물 만을 포함하게 된다. At this time, by passing through the heat treatment step, oxidation of aluminum contained in the bonding material occurs, and as a result, the composition of the bonding material substantially contains only oxide.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 1종 이상의 산화물은 좋게는 알루미늄 산화물 또는 알루미늄을 포함하는 복합 산화물 일 수 있으며, 더욱 좋게는 알루미늄 산화물(Al2O3), ZTA(Al2O3+ZrO2), Mullite(3AlSO3·2SiO2) 및 Al2TiO5등을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the at least one oxide may preferably be an aluminum oxide or a composite oxide containing aluminum, and more preferably, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), ZTA ( Al 2 O 3 +ZrO 2 ), Mullite (3AlSO 3 ·2SiO 2 ), Al 2 TiO 5, etc., but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 접합재에 포함된 산화물 : 알루미늄의 부피 비는 95 : 5 내지 60 : 40일 수 있으며, 최적의 부피비는 상기 성형체의 종류 또는 조성에 따라 달라질 수 있고, 알루미늄이 상술한 범위보다 소량 첨가되는 경우 모재(산화 알루미늄을 포함하는 세라믹 성형체)와 접합층 간의 접합계면이 치밀하지 못한 문제가 발생할 수 있으며, 알루미늄이 상술한 범위보다 다량 첨가되는 경우 접합층의 미세조직이 치밀하지 못한 문제가 발생할 수 있다.In addition, the volume ratio of oxide: aluminum contained in the bonding material may be 95: 5 to 60: 40, and the optimal volume ratio may vary depending on the type or composition of the molded body, and aluminum is added in a small amount than the above-described range. In this case, there may be a problem that the bonding interface between the base material (a ceramic molded body containing aluminum oxide) and the bonding layer is not dense, and when aluminum is added in a larger amount than the above-described range, the microstructure of the bonding layer is not dense. have.

이때, 본 발명에서 의미하는 부피비는 무게를 측정한 뒤, 이를 부피로 환산한 것을 기준으로 한다. In this case, the volume ratio in the present invention is based on measuring the weight and converting it into volume.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서, 상기 세라믹 성형체가 알루미나인 경우, 상기 산화물은 알루미나로 이루어진 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 알루미나 : 알루미늄의 부피 비는 80:20 내지 60:40일 수 있다.In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, when the ceramic formed body is alumina, the oxide may be made of alumina. Specifically, the volume ratio of the alumina: aluminum may be 80:20 to 60:40.

또한, 상기 세라믹 성형체가 ZTA(Zirconia Toughened Alumina)인 경우, 상기 접합재는 7 내지 28 부피%의 알루미늄, 40 내지 63 부피%의 산화 알루미늄 및 30 내지 33 부피%의 지르코니아를 포함할 수 있다. In addition, when the ceramic formed body is ZTA (Zirconia Toughened Alumina), the bonding material may include 7 to 28 vol% of aluminum, 40 to 63 vol% of aluminum oxide, and 30 to 33 vol% of zirconia.

상기 세라믹 성형체가 Mullite인 경우, 상기 접합재는 10 내지 20 부피%의 알루미늄, 30 내지 40 부피%의 산화알루미늄, 31 내지 33 부피%의 실리카 및 17 내지 19 부피%의 Mullite 분말을 포함할 수 있다. When the ceramic formed body is Mullite, the bonding material may include 10 to 20% by volume of aluminum, 30 to 40% by volume of aluminum oxide, 31 to 33% by volume of silica, and 17 to 19% by volume of Mullite powder.

상술한 범위를 만족함으로써 모재와 동등한 강도를 갖는 접합체의 제조가 가능하다. By satisfying the above-described range, it is possible to manufacture a bonded body having the same strength as that of the base material.

더욱 구체적으로, 상기 접합재에 포함된 산화물 : 알루미늄의 부피 비가 상술한 범위를 만족하는 경우, 열처리 후 접합층의 결정립 크기가 0.5 내지 1 ㎛ 사이에서 분포할 수 있으며, 이러한 입경범위에 의해 모재와 치밀하게 결착한 접합체의 제조가 가능하다. More specifically, when the volume ratio of oxide: aluminum contained in the bonding material satisfies the above-described range, the grain size of the bonding layer after heat treatment may be distributed between 0.5 and 1 µm. It is possible to manufacture a conjugate that is bound together.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 알루미늄은 입자크기가 1 ㎛ 이하, 구체적으로는 0.1 내지 1 ㎛일 수 있다. 이러한 입자크기 범위를 만족하며, 후술하는 볼밀 조건 및 열처리 조건을 만족하는 알루미늄 입자를 이용함으로써 상기 열처리 단계의 열처리 과정 중 100 ㎚ 이하의 나노크기의 산화알루미늄 입자가 생성되는 반응소결이 일어나며, 상기 나노 산화알루미늄 입자와 접합재에 첨가된 1종 이상의 산화물이 서로 다른 입경 분포를 형성하는 Bi modal 입도분포를 형성함으로써, 모재와 치밀하게 결착하면서도, 모재와 동등한 수준의 강도를 갖는 접합체 제조가 가능한 장점이 있다. 상세하게는, 상술한 범위를 만족하는 알루미늄을 이용하여 본 발명에 의한 방법으로 산화알루미늄계 세라믹스를 제조하는 경우, 접합층이 모재 대비 90% 이상, 좋게는 95% 이상의 강도를 가지는 특징이 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, the aluminum may have a particle size of 1 μm or less, specifically 0.1 to 1 μm. By using aluminum particles that satisfy this particle size range and satisfy the ball mill conditions and heat treatment conditions described later, reaction sintering occurs in which nano-sized aluminum oxide particles of 100 nm or less are generated during the heat treatment process of the heat treatment step, and the nano By forming a bi-modal particle size distribution in which aluminum oxide particles and one or more oxides added to the bonding material form different particle size distributions, there is an advantage that it is possible to manufacture a bonded body having the same level of strength as the base material while being tightly bound to the base material. . In detail, when the aluminum oxide-based ceramics are manufactured by the method according to the present invention using aluminum that satisfies the above-described range, the bonding layer has a strength of 90% or more, preferably 95% or more compared to the base material.

구체적으로, 상술한 바와 같이 상기 알루미늄은 열처리하는 단계에서 산화하면서 100 ㎚ 이하, 구체적으로는 10 내지 70 ㎚, 더욱 구체적으로는 20 내지 60 ㎚의 나노 산화알루미늄 입자가 생성된다. 이러한 나노 스케일의 산화 알루미늄 입자는 상대적으로 크기가 큰 1종 이상의 산화물의 입자 사이에 분포하며, 우수한 결착력을 나타내는 특징이 있다. Specifically, as described above, while the aluminum is oxidized in the heat treatment step, nano aluminum oxide particles having a size of 100 nm or less, specifically 10 to 70 nm, and more specifically 20 to 60 nm are generated. These nano-scale aluminum oxide particles are distributed among particles of one or more oxides having a relatively large size, and exhibit excellent binding strength.

이때, 상기 1종 이상의 산화물은 평균 입경이 0.1 내지 3 ㎛, 좋게는 0.2 내지 1 ㎛일 수 있으며, 이러한 범위에서 상술한 산화된 나노 산화알루미늄 입자와의 관계에서 Bi modal 입도분포에 의한 결착력 향상효과를 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.At this time, the at least one oxide may have an average particle diameter of 0.1 to 3 µm, preferably 0.2 to 1 µm, and in this range, the effect of improving the binding strength by the bi modal particle size distribution in relation to the oxidized nano aluminum oxide particles described above. There is an advantage that can be remarkably improved.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에서 상기 접합재를 준비하는 단계는 알루미늄, 1종 이상의 산화물 및 유기용매를 혼합하고, 지르코니아 볼을 이용하여 볼밀하는 단계를 포함할 수 있다. 볼밀을 통하여 알루미늄 및 1종 이상의 산화물을 혼합함으로써, 상술한 반응소결을 더욱 촉진할 수 있는 장점이 있다. In the method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention, preparing the bonding material may include mixing aluminum, at least one oxide, and an organic solvent, and ball milling using zirconia balls. By mixing aluminum and one or more oxides through a ball mill, there is an advantage in that the above-described reaction sintering can be further promoted.

이때, 상기 유기용매는 탄소수 1 내지 4의 알코올, 아세톤, 헥산, 아세트산에틸, 디클로로메탄 및 클로로포름 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있으며, 상기 알루미늄과 극렬한 산화반응을 일으키지 않는 유기용매인 경우 제한 없이 이용이 가능하다. At this time, the organic solvent may be one or two or more selected from alcohol having 1 to 4 carbon atoms, acetone, hexane, ethyl acetate, dichloromethane, and chloroform, and the organic solvent does not cause an intense oxidation reaction with the aluminum. It can be used without restrictions.

구체적으로 상술한 볼밀은 알루미늄 및 1종 이상의 산화물을 혼합한 고상성분의 함량이 5 내지 25 부피% 및 잔량의 유기용매를 포함하는 조성으로 수행될 수 있으며, 상기 볼밀은 200 내지 500 rpm의 회전속도로 6 내지 20시간 동안 수행될 수 있으나, 이는 고상성분의 농도, 지르코니아 볼의 개수 등에 따라 달라질 수 있다. Specifically, the above-described ball mill may be performed in a composition containing 5 to 25 vol% of a solid component in which aluminum and one or more oxides are mixed and a residual amount of an organic solvent, and the ball mill has a rotation speed of 200 to 500 rpm. The furnace may be performed for 6 to 20 hours, but this may vary depending on the concentration of the solid component, the number of zirconia balls, and the like.

상기 볼밀 이후, 밀링이 끝난 슬러리는 30 내지 70 ℃에서 20 내지 60 시간동안 건조하여 유기용매를 제거하는 단계를 더 거칠 수 있다. After the ball mill, the milled slurry may be further dried at 30 to 70° C. for 20 to 60 hours to remove the organic solvent.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법에 이용되는 접합재는 상기 볼밀을 거친 후 상기 유기용매를 투입하여 최종적으로 접합재를 제조할 수 있으며, 좋게는 상기 접합재는 고상성분 함량이 0.5 내지 5 부피%, 더욱 좋게는 0.7 내지 3 부피%일 수 있다. 이러한 고상성분 함량의 접합재를 도포 단계에서 도포함으로써 모재에 고상성분이 균일하게 분포하도록 도포가 가능한 장점이 있다. The bonding material used in the bonding method of aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention may be finally prepared by adding the organic solvent after passing through the ball mill. Preferably, the bonding material has a solid content of 0.5 to It may be 5% by volume, more preferably 0.7 to 3% by volume. By applying the bonding material having such a solid component content in the application step, there is an advantage that it can be applied so that the solid component is uniformly distributed on the base material.

본 발명에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법은 상기 접합재를 산화 알루미늄을 포함하는 세라믹 성형체 사이에 공급하는 도포 단계;를 포함한다. 이때 도포는 좋게는 스프레이 분사 방법으로 수행될 수 있으며, 좋게는 10 내지 50회 반복하여 분사함으로써, 일정 수준 이상의 두께를 가지는 접합층의 제조가 가능하다. 이때 도포 횟수는 접합재의 고상성분 함량, 산화 알루미늄을 포함하는 세라믹 성형체의 종류 및 접합으로 제조되는 세라믹스 접합체의 용도 등에 따라 달라질 수 있음이 자명하다. The method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to the present invention includes a coating step of supplying the bonding material between ceramic molded bodies including aluminum oxide. At this time, the application may be preferably carried out by a spray spraying method, preferably by spraying repeatedly 10 to 50 times, it is possible to manufacture a bonding layer having a thickness of a certain level or more. At this time, it is apparent that the number of applications may vary depending on the solid content of the bonding material, the type of ceramic molded body including aluminum oxide, and the use of the ceramics bonded body manufactured by bonding.

더욱 구체적으로, 상기 접합재의 도포량은 접합재에 포함된 고상성분의 함량에 따라 달라질 수 있으며, 구체적으로 모재를 기준으로 한 단위면적당 상기 고상성분이 0.8 내지 5 ㎍/㎠, 구체적으로는 1.0 내지 4 ㎍/㎠일 수 있다. 상술한 범위보다 고상성분이 소량 도포되는 경우, 접합층에서 기공이 발생하여 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 고상 성분이 다량 도포되는 경우 모재와 접합층의 소결 수축률 차이에 의해 응력이 발생하여 접합물에 파괴 또는 균열이 발생할 수 있다.More specifically, the coating amount of the bonding material may vary depending on the content of the solid component contained in the bonding material, and specifically, the solid component per unit area based on the base material is 0.8 to 5 µg/cm 2, specifically 1.0 to 4 µg. May be /cm2. If a small amount of the solid component is applied than the above range, pores may occur in the bonding layer, resulting in a problem of lowering the strength.When a large amount of the solid component is applied, stress is generated due to the difference in sintering shrinkage between the base material and the bonding layer. Fractures or cracks may occur in the joint.

본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법은 상기 도포단계 후 열처리하는 단계 전 상기 세라믹 성형체를 건조하는 제 1건조단계, 상기 세라믹 성형체를 가압하는 가압단계 및 상기 세라믹 성형체를 건조하는 제 2 건조 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 세라믹 성형체 사이에 접합재를 도포하여, 접합된 상태에서 상기 접합재를 건조함으로써 유기용매를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 건조단계는 각각 80 내지 150 ℃에서 30분 내지 10시간 동안 건조를 수행할 수 있으며, 상기 제 2 건조단계는 80 내지 150 ℃에서 20 내지 60시간 동안 수행될 수 있다. The method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to an embodiment of the present invention includes a first drying step of drying the ceramic formed body after the coating step and before heat treatment, a pressing step of pressing the ceramic formed body, and a first drying step of pressing the ceramic formed body. It may further include 2 drying steps. Specifically, the step of removing the organic solvent by applying a bonding material between the ceramic molded bodies and drying the bonding material in a bonded state may be further included. Specifically, the first drying step may be performed at 80 to 150 °C for 30 minutes to 10 hours, respectively, and the second drying step may be performed at 80 to 150 °C for 20 to 60 hours.

건조 온도가 상술한 범위보다 낮은 경우, 건조 부족에 의한 균열이 발생할 수 있으며, 건조 온도가 높은 경우 산화에 의한 Al 비율 감소에 의해 열처리하는 단계에서 치밀화가 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. When the drying temperature is lower than the above-described range, cracks may occur due to insufficient drying, and when the drying temperature is high, densification may be difficult in the step of heat treatment due to reduction of the Al ratio due to oxidation.

더욱 구체적으로, 상기 가압단계는 냉간 등방압 가압을 통해 수행될 수 있으며, 냉간 등방압 가압을 통해 상기 세라믹 성형체를 가압함으로써 더욱 치밀하고 세라믹 성형체와 결착력이 우수한 접합층의 제조가 가능하다. 이때 냉간 등방압 가압은 100 내지 300 MPa의 압력으로 30초 내지 10분간 수행될 수 있으며, 접합면의 면적, 접합재의 도포 두께 등에 따라 달라질 수 있다. More specifically, the pressing step may be performed by cold isostatic pressing, and by pressing the ceramic formed body through cold isostatic pressing, it is possible to manufacture a more dense and excellent bonding layer with the ceramic formed body. In this case, the cold isostatic pressurization may be performed for 30 seconds to 10 minutes at a pressure of 100 to 300 MPa, and may vary depending on the area of the bonding surface and the thickness of the bonding material.

본 발명에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법은 상기 세라믹 성형체 및 접합재를 열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 열처리 단계는 상기 접합재의 알루미늄을 산화시키고 상기 접합재와 성형체를 소결하는 것을 특징으로 한다. 상술한 바와 같이 접합재에 포함된 알루미늄은 열처리를 거치면서 반응소결에 의하여 나노 스케일의 산화알루미늄으로 산화되며, 기존에 첨가된 1종 이상의 산화물과의 혼합으로 Bi modal 입도분포를 형성하여 치밀하고 강도가 우수한 접합층을 제조할 수 있는 장점이 있다. The method for bonding aluminum oxide-based ceramics according to the present invention includes a step of heat-treating the ceramic formed body and the bonding material, wherein the heat treatment step is characterized in that the aluminum of the bonding material is oxidized and the bonding material and the molded body are sintered. As described above, the aluminum contained in the bonding material is oxidized to nano-scale aluminum oxide by reaction sintering while undergoing heat treatment, and the Bi modal particle size distribution is formed by mixing with one or more types of oxides added to form a dense and strong strength. There is an advantage of being able to manufacture an excellent bonding layer.

이때 상기 열처리하는 단계는 1500 내지 1750 ℃ 온도에서 30분 내지 5시간, 좋게는 1 내지 4시간 동안 수행될 수 있으나, 세라믹 성형체의 크기, 접합층의 면적 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 더욱 구체적으로, 상기 열처리하는 단계는 1100 ℃까지 분당 0.5 내지 2℃의 상승률로 온도 상승을 진행할 수 있으며, 좋게는 180 내지 220 ℃에서 30 분 내지 120분, 350 내지 420 ℃에서 30분 내지 120분 및 570 내지 650 ℃에서 60 내지 180분간 유지시간을 포함하여 가열을 수행할 수 있으며, 이러한 과정을 거쳐 입자 재배치를 유도하고 미세한 크기의 알루미늄 산화물 입자 제조가 가능한 장점이 있다. In this case, the heat treatment may be performed at a temperature of 1500 to 1750° C. for 30 minutes to 5 hours, preferably 1 to 4 hours, but may vary depending on the size of the ceramic molded body and the area of the bonding layer. More specifically, in the heat treatment step, the temperature may be increased to 1100° C. at a rate of 0.5 to 2° C. per minute, preferably at 180 to 220° C. for 30 to 120 minutes, and at 350 to 420° C. for 30 to 120 minutes And a holding time of 60 to 180 minutes at 570 to 650°C, and heating may be performed, and through this process, there is an advantage of inducing particle rearrangement and producing fine-sized aluminum oxide particles.

본 발명에서 상기 산화알루미늄계 세라믹스 제조방법에서 상기 산화알루미늄계 세라믹스는 순수 산화알루미늄만으로 이루어진 세라믹 뿐만 아니라, 산화알루미늄을 일부 구성요소로 포함하는 세라믹을 포함한다. 구체적으로 지르코니아 강화 알루미나(ZTA, Zirconia Toughened Alumina), Mullite 등도 본 발명에서 의미하는 산화알루미늄계 세라믹에 포함될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. In the method for manufacturing the aluminum oxide-based ceramics in the present invention, the aluminum oxide-based ceramics include not only ceramics composed of pure aluminum oxide, but also ceramics including aluminum oxide as some constituent elements. Specifically, Zirconia Toughened Alumina (ZTA), Mullite, and the like may also be included in the aluminum oxide-based ceramic used in the present invention, and the present invention is not limited thereto.

본 발명은 또한 본 발명의 일 실시예에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법으로 접합된 산화알루미늄계 세라믹스 접합체를 제공한다. 본 발명에 의한 산화알루미늄계 세라믹스 접합체에 포함된 접합층은 모재 대비 90% 이상 강도의 우수한 물성을 갖는 것을 특징으로 한다. The present invention also provides an aluminum oxide-based ceramics bonded body bonded by the aluminum oxide-based ceramics bonding method according to an embodiment of the present invention. The bonding layer included in the aluminum oxide-based ceramic assembly according to the present invention is characterized by having excellent physical properties of 90% or more strength compared to the base material.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples and comparative examples. The following examples are only intended to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

[제조예 1][Production Example 1]

알루미늄(ALE11PB, KOJUNDO CHMICAL LABORATORY, Japan) : Al2O3(AES-11C, SUMITOMO CHEMICAL, Japan)을 20:80의 부피비로 혼합하고 아세톤을 첨가하여 고상 함량이 15 부피%가 되도록 분산액을 제조하였다. 제조된 분산액을 3Y-ZrO2 3㎜ 지르코니아 볼(YTZ, NIKKATO, Japan)과 혼합한 후 300 rpm에서 12시간 동안 유성구 밀링을 수행하였다. 밀링이 끝난 슬러리는 60 ℃ 오븐에서 2일 건조 후 유발 및 100 mesh 체가름을 하여 복합분말을 제조하였다. 밀링 후 알루미늄 및 알루미나를 포함하는 혼합분말의 평균입경이 0.551 ㎛인 것을 확인하였다. Aluminum (ALE11PB, KOJUNDO CHMICAL LABORATORY, Japan): Al 2 O 3 (AES-11C, SUMITOMO CHEMICAL, Japan) was mixed in a volume ratio of 20:80, and acetone was added to prepare a dispersion so that the solid content was 15% by volume. . The prepared dispersion was mixed with 3Y-ZrO 2 3 mm zirconia balls (YTZ, NIKKATO, Japan), and then planetary sphere milling was performed at 300 rpm for 12 hours. The milled slurry was dried in an oven at 60° C. for 2 days, followed by mortar and 100 mesh sieving to prepare composite powder. After milling, it was confirmed that the average particle diameter of the mixed powder including aluminum and alumina was 0.551 µm.

제조된 복합분말에 아세톤을 첨가하여 고상함량이 1 부피%가 되도록 하여 접합재를 제조하였으며, 접합하고자 하는 산화알루미늄을 포함하는 세라믹 성형체(이하, 모재라 한다)를 준비하였다. 상기 접합재를 모재의 접합하고자 하는 면에 스프레이를 통해 20회 분사 후 다른 모재를 덮어 접합을 수행하였다. 20회 분사 후 단위면적당 고상 함량은 1.06 ㎍/㎠으로 확인되었다. Acetone was added to the prepared composite powder to make a solid content of 1% by volume to prepare a bonding material, and a ceramic molded body (hereinafter referred to as a base material) containing aluminum oxide to be bonded was prepared. The bonding material was sprayed 20 times through a spray on the surface to be bonded to the base material, and then covered with another base material to perform bonding. After spraying 20 times, the solid content per unit area was found to be 1.06 ㎍/㎠.

접합된 모재는 110 ℃ 오븐에서 3시간 동안 1차 건조 후, 냉간 등방압 가압으로 200 MPa압력으로 3분간 가압하고, 110℃에서 2일간 2차 건조하였다. 건조된 접합체를 1100℃ 까지 분당 1℃의 속도로 승온하고, 도중에 200 ℃에서 1시간, 400 ℃에서 1시간, 600 ℃에서 2시간 유지시간을 포함하여 승온을 수행하였다. 1100 ℃부터 1650 ℃ 까지는 분당 5℃의 속도로 승온하였으며, 1650 ℃에서 2시간 유지하여 열처리를 완료하였다. The bonded base material was first dried in an oven at 110° C. for 3 hours, then pressurized for 3 minutes at 200 MPa pressure by cold isostatic pressure, and then dried for 2 days at 110° C. The dried conjugate was heated up to 1100° C. at a rate of 1° C. per minute, and in the meantime, the temperature was raised at 200° C. for 1 hour, 400° C. for 1 hour, and 600° C. for 2 hours. The temperature was raised from 1100 °C to 1650 °C at a rate of 5 °C per minute, and the heat treatment was completed by holding at 1650 °C for 2 hours.

[제조예 2][Production Example 2]

제조예 1과 같은 방법으로 제조하되 알루미늄 : Al2O3의 부피비를 30 : 70으로 혼합하여 접합재를 제조하고, 모재를 접합하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the volume ratio of aluminum:Al 2 O 3 was mixed at 30:70 to prepare a bonding material, and the base material was bonded.

[제조예 3][Production Example 3]

제조예 1과 같은 방법으로 제조하되 알루미늄 : Al2O3의 부피비를 40 : 60으로 혼합하여 접합재를 제조하고, 모재를 접합하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the volume ratio of aluminum:Al 2 O 3 was mixed at 40:60 to prepare a bonding material, and the base material was bonded.

제조예 3에서 밀링 과정 중 알루미늄과 산화알루미늄의 평균입경변화를 시간별로 측정하고 그 결과를 도 1로 나타내었다. In Preparation Example 3, changes in the average particle diameter of aluminum and aluminum oxide during the milling process were measured over time, and the results are shown in FIG. 1.

[제조예 4][Production Example 4]

제조예 1과 같은 방법으로 제조하되 알루미늄 : Al2O3의 부피비를 10 : 90으로 혼합하여 접합재를 제조하고, 모재를 접합하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the volume ratio of aluminum:Al 2 O 3 was mixed at 10:90 to prepare a bonding material, and the base material was bonded.

[제조예 5][Production Example 5]

제조예 1과 같은 방법으로 제조하되 알루미늄 : Al2O3의 부피비를 50 : 50으로 혼합하여 접합재를 제조하고, 모재를 접합하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the volume ratio of aluminum:Al 2 O 3 was mixed at 50:50 to prepare a bonding material, and the base material was bonded.

[제조예 6][Production Example 6]

제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 접합재를 10회 분사하여 단위면적당 고상 함량을 0.5 ㎍/㎠으로 하여 접합을 수행하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the bonding was performed by spraying the bonding material 10 times to make the solid content per unit area 0.5 µg/cm 2.

[제조예 7][Production Example 7]

제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 접합재를 120회 분사하여 단위면적당 고상 함량을 6 ㎍/㎠으로 하여 접합을 수행하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the bonding was performed by spraying the bonding material 120 times so that the solid content per unit area was 6 µg/cm 2.

[제조예 8][Production Example 8]

상기 2차 건조를 70℃에서 수행한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 제조하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the secondary drying was performed at 70°C.

[제조예 9][Production Example 9]

상기 2차 건조를 180 ℃에서 수행한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 제조하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the secondary drying was performed at 180°C.

[제조예 10][Production Example 10]

제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 접합재는 알루미늄 20 부피%, 산화알루미늄 48 부피% 및 지르코니아 32 부피%를 혼합하여 접합재를 제조하였으며, 세라믹 성형체는 지르코니아를 30 부피% 포함하는 ZTA를 이용하여 접합을 수행하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the bonding material was prepared by mixing 20% by volume of aluminum, 48% by volume of aluminum oxide, and 32% by volume of zirconia, and the ceramic molded body was prepared by using ZTA containing 30% by volume of zirconia. Conjugation was performed.

[제조예 11][Production Example 11]

제조예 10과 같은 방법으로 제조하되, 상기 접합재는 알루미늄 5 부피%, 산화알루미늄 65 부피% 및 지르코니아 30 부피%를 혼합하여 접합재를 제조하고 접합을 수행하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 10, but the bonding material was prepared by mixing 5% by volume of aluminum, 65% by volume of aluminum oxide, and 30% by volume of zirconia, and bonding was performed.

[제조예 12][Production Example 12]

제조예 10과 같은 방법으로 제조하되, 상기 접합재는 알루미늄 30 부피%, 산화알루미늄 38 부피% 및 지르코니아 32 부피%를 혼합하여 접합재를 제조하고 접합을 수행하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 10, but the bonding material was prepared by mixing 30% by volume of aluminum, 38% by volume of aluminum oxide, and 32% by volume of zirconia, and bonding was performed.

[제조예 13][Production Example 13]

제조예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 접합재는 알루미늄 15 부피%, 산화알루미늄 35 부피%, 실리카 32.5 부피% 및 Mullite 17.5 부피%를 혼합하여 접합재를 제조하였으며, 세라믹 성형체는 Mullite를 이용하여 접합을 수행하였다. Prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the bonding material was prepared by mixing 15% by volume of aluminum, 35% by volume of aluminum oxide, 32.5% by volume of silica, and 17.5% by volume of Mullite, and the ceramic molded body was bonded using Mullite. Performed.

[제조예 14][Production Example 14]

제조예 13과 같은 방법으로 제조하되, 상기 접합재는 알루미늄 25 부피%, 산화알루미늄 25 부피%, 실리카 32.5 부피% 및 Mullite 17.5 부피%를 혼합하여 접합재를 제조하고 접합을 수행하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 13, but the bonding material was prepared by mixing 25% by volume of aluminum, 25% by volume of aluminum oxide, 32.5% by volume of silica, and 17.5% by volume of Mullite, and bonding was performed.

[제조예 15][Production Example 15]

제조예 13과 같은 방법으로 제조하되, 상기 접합재는 알루미늄 5 부피%, 산화알루미늄 45 부피%, 실리카 32.5 부피% 및 Mullite 17.5 부피%를 혼합하여 접합재를 제조하고 접합을 수행하였다. It was prepared in the same manner as in Preparation Example 13, but the bonding material was prepared by mixing 5% by volume of aluminum, 45% by volume of aluminum oxide, 32.5% by volume of silica, and 17.5% by volume of Mullite, and bonding was performed.

[비교 제조예 1][Comparative Preparation Example 1]

제조예 1과 같은 방법으로 접합체를 제조하되, 상기 접합재는 아세톤에 Al2O3가 분산된 분산액을 이용하였다. 이때 Al2O3는 1 부피% 첨가되도록 제조하였다. A bonded body was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but the bonding material was a dispersion in which Al 2 O 3 was dispersed in acetone. At this time, Al 2 O 3 was prepared to be added in 1% by volume.

접합체의 Conjugate 접합단면Junction 확인 Confirm

도 2는 제조예 1 내지 3에서 제조된 접합체의 단면을 관찰하고 이를 도시한 것이다. 2 is a cross-sectional view of the conjugate prepared in Preparation Examples 1 to 3 is observed and shows it.

도 2를 참고하면, 접합층(Joining layer)이 모재와 뚜렷한 경계가 나타나 있지 않으며, 치밀하게 결착된 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2, it can be seen that the joining layer does not have a clear boundary with the base material, and is tightly bound.

접합체의 미세구조 Microstructure of conjugate 접합단면Junction 확인 Confirm

제조예 1 내지 3에서 제조된 접합체의 접합단면을 현미경을 통해 관찰하고 그 결과를 도 3으로 나타내었다. The bonding cross-sections of the conjugates prepared in Preparation Examples 1 to 3 were observed through a microscope, and the results are shown in FIG. 3.

도 3을 참고하면, 접합층과 모재가 치밀하게 결착되어 있으며, 접합층의 평균 결정립 크기는 0.8 내지 0.9 ㎛ 사이에서 분포하며, 알루미늄의 함량이 증가할수록 평균 결정립 크기가 커지는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the bonding layer and the base material are closely bonded, and the average grain size of the bonding layer is distributed between 0.8 and 0.9 μm, and the average grain size increases as the content of aluminum increases.

접합체의 물성 측정Measurement of properties of conjugates

제조예 및 비교 제조예에서 제조된 접합체의 접합층 및 모재의 2축 강도를 ISO 6873(Test method 7.3.2 Biaxial flexure test)에 따라 각각 7회 분석하고 그 결과를 표 1로 나타내었으며, 단위는 MPa이다. The biaxial strength of the bonding layer and the base material of the bonded body prepared in Preparation Example and Comparative Preparation Example were analyzed 7 times each according to ISO 6873 (Test method 7.3.2 Biaxial flexure test), and the results are shown in Table 1, and the unit is MPa.

  평균Average 최대maximum 최소 Ieast 모재Base material 488488 545545 432432 제조예 1Manufacturing Example 1 495495 553553 456456 제조예 2Manufacturing Example 2 486486 538538 465465 제조예 3Manufacturing Example 3 483483 522522 478478 제조예 4Manufacturing Example 4 361361 421421 330330 제조예 5Manufacturing Example 5 345345 390390 327327 제조예 6Manufacturing Example 6 301301 386386 234234 제조예 7Manufacturing Example 7 345345 423423 331331 제조예 8Manufacturing Example 8 314314 397397 276276 제조예 9Manufacturing Example 9 337337 392392 279279 제조예 10Manufacturing Example 10 12651265 14201420 11551155 제조예 11Manufacturing Example 11 941941 12151215 786786 제조예 12Manufacturing Example 12 986986 12671267 802802 제조예 13Manufacturing Example 13 414414 447447 337337 제조예 14Manufacturing Example 14 343343 378378 297297 제조예 15Manufacturing Example 15 320320 360360 269269 비교 제조예 1Comparative Preparation Example 1 146146 183183 102102

표 1을 참고하면, 제조예 1 내지 3에서 제조된 접합체에 포함된 접합층은 모재 대비 90% 이상, 좋게는 95% 이상의 강도를 가지며, 제조예 1의 경우 평균 강도가 모재보다 우수한 것을 확인할 수 있다. 반면 제조예 4 및 5의 경우 다소 낮은 강도를 가지며, 알루미늄 산화물 만을 첨가한 비교 제조예 1의 경우 현저히 낮은 강도를 나타냄을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, the bonding layer included in the bonded body prepared in Preparation Examples 1 to 3 has a strength of 90% or more, preferably 95% or more of the base material, and in the case of Preparation Example 1, it can be confirmed that the average strength is superior to the base material. have. On the other hand, it can be seen that in Preparation Examples 4 and 5, the strength was somewhat lower, and Comparative Preparation Example 1, in which only aluminum oxide was added, exhibited a significantly lower strength.

또한, 접합층의 고상함량이 지나치게 낮거나 높은 제조예 6 및 7의 경우 강도 저하가 발생함을 확인할 수 있으며, 건조 온도가 낮거나 높은 제조예 8 및 9의 경우에도 제조예 1 내지 3 대비 낮은 강도를 나타냄을 확인할 수 있다. In addition, it can be seen that the strength decrease occurs in Preparation Examples 6 and 7 where the solid phase content of the bonding layer is too low or high, and even in the case of Preparation Examples 8 and 9 where the drying temperature is low or high, the strength is lower than that of Preparation Examples 1 to 3 It can be seen that it represents.

Claims (12)

고상성분이 알루미늄과 1종 이상의 산화물로 이루어지는 접합재를 준비하는 단계;
상기 접합재를 산화알루미늄을 포함하는 세라믹 성형체 사이에 공급하는 단계; 및
상기 세라믹 성형체 및 접합재를 열처리하는 단계;를 포함하며,
상기 열처리 단계는 상기 접합재의 알루미늄을 산화시키고 상기 접합재와 성형체를 소결하는 것인 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
Preparing a bonding material in which the solid component is made of aluminum and at least one oxide;
Supplying the bonding material between ceramic formed bodies including aluminum oxide; And
Including; heat-treating the ceramic formed body and the bonding material;
The heat treatment step is to oxidize the aluminum of the bonding material and sinter the bonding material and the molded aluminum oxide-based ceramics bonding method.
제 1항에 있어서,
상기 1종 이상의 산화물은 산화알루미늄을 포함하는 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 1,
The at least one oxide is an aluminum oxide-based ceramics bonding method comprising aluminum oxide.
제 2항에 있어서,
상기 접합재에 포함된 산화물 : 알루미늄의 부피비는 95 : 5 내지 60 : 40인 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 2,
A method of bonding aluminum oxide-based ceramics in which the volume ratio of oxide: aluminum contained in the bonding material is 95: 5 to 60: 40.
제 1항에 있어서,
상기 열처리하는 단계에서 생성되는 산화알루미늄의 입자크기는 상기 접합재를 준비하는 단계의 상기 알루미늄 입자 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 1,
The aluminum oxide-based ceramics bonding method, characterized in that the particle size of the aluminum oxide generated in the heat treatment step is smaller than the aluminum particle size in the step of preparing the bonding material.
제 4항에 있어서,
상기 알루미늄은 입자크기가 1 ㎛이하인 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 4,
The aluminum is a method of bonding aluminum oxide-based ceramics having a particle size of 1 μm or less.
제 4항에 있어서,
상기 알루미늄은 상기 열처리하는 단계에서 산화하면서 100 ㎚이하의 산화알루미늄 입자가 생성되는 것을 특징으로 하는 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 4,
The aluminum oxide-based ceramics bonding method, characterized in that the aluminum oxide particles of 100 nm or less are generated while being oxidized in the heat treatment step.
제 1항에 있어서,
상기 접합재를 준비하는 단계는 알루미늄, 1종이상의 산화물 및 유기용매를 혼합하여 볼밀하는 단계를 포함하는 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 1,
The step of preparing the bonding material includes mixing aluminum, at least one oxide, and an organic solvent to perform ball milling.
제 7항에 있어서,
상기 유기용매는 탄소수 1 내지 4의 알코올, 아세톤, 헥산, 아세트산에틸, 디클로로메탄 및 클로로포름에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 7,
The organic solvent is one or two or more selected from alcohol having 1 to 4 carbon atoms, acetone, hexane, ethyl acetate, dichloromethane, and chloroform.
제 1항에 있어서,
접합재를 공급하는 단계 후 열처리하는 단계 전 상기 세라믹 성형체를 건조하는 제 1건조단계, 상기 세라믹 성형체를 가압하는 가압단계 및 상기 세라믹 성형체를 건조하는 제 2 건조 단계를 더 포함하는 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 1,
A method for bonding aluminum oxide-based ceramics, further comprising: a first drying step of drying the ceramic formed body after supplying a bonding material and prior to the heat treatment step, a pressing step of pressing the ceramic formed body, and a second drying step of drying the ceramic formed body .
제 9항에 있어서,
상기 가압단계는 냉간 등방압 가압을 통해 수행되는 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 9,
The pressing step is an aluminum oxide-based ceramics bonding method performed through cold isostatic pressure.
제 1항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 1500 내지 1750 ℃에서 30분 내지 5시간 동안 수행되는 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법.
The method of claim 1,
The heat treatment step is performed for 30 minutes to 5 hours at 1500 to 1750 ℃ aluminum oxide-based ceramics bonding method.
제 1항 내지 제 11항에서 선택되는 어느 한 항의 산화알루미늄계 세라믹스 접합 방법으로 접합된 산화알루미늄계 세라믹스 접합체. The aluminum oxide-based ceramics bonded body bonded by the aluminum oxide-based ceramics bonding method of any one of claims 1 to 11.
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KR101400908B1 (en) 2013-02-13 2014-05-28 한국에너지기술연구원 Beta-alumina and alpha-alumina bonding method using alpha-alumina and calcium oxide and themal to eletric converter using the same.
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