KR100542138B1 - 알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법 - Google Patents

알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100542138B1
KR100542138B1 KR1020030024624A KR20030024624A KR100542138B1 KR 100542138 B1 KR100542138 B1 KR 100542138B1 KR 1020030024624 A KR1020030024624 A KR 1020030024624A KR 20030024624 A KR20030024624 A KR 20030024624A KR 100542138 B1 KR100542138 B1 KR 100542138B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zirconia
zro
alumina
composite
ethylene glycol
Prior art date
Application number
KR1020030024624A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040090656A (ko
Inventor
황규홍
이종국
조명제
Original Assignee
경상대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경상대학교산학협력단 filed Critical 경상대학교산학협력단
Priority to KR1020030024624A priority Critical patent/KR100542138B1/ko
Publication of KR20040090656A publication Critical patent/KR20040090656A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100542138B1 publication Critical patent/KR100542138B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/101—Refractories from grain sized mixtures
    • C04B35/106—Refractories from grain sized mixtures containing zirconium oxide or zircon (ZrSiO4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62818—Refractory metal oxides
    • C04B35/62823—Zirconium or hafnium oxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

본 발명은 알루미나(Al2O3) 세라믹스에 지르코니아(ZrO2) 입자를 균질하게 분산시켜 그 기계적 강도와 인성을 향상시키고자 하는 방으로, 분산되는 지르코니아(ZrO2)의 입자 크기를 작고 균질하게 분산시키기 위하여 상용 알루미나의 입자 표면에서의 옥시질화지르코니아[ZrO(NO3)2], 구연산과 에틸렌글리콜의 고분자화 반응을 이용하는 것이다. 즉 고분자화 반응을 이용하여 상용 알루미나 분말에 Zr-Y-폴리에스테르의 형태로 균질 부착시켜 하소 및 소결 과정에서 알루미나 입자상에서의 지르코니아(ZrO2) 분포와 입자성장을 균일화함으로써 최종 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체가 99% 이상의 밀도를 가질 뿐 아니라 기계적 강도와 인성도 향상되는 효과가 있다.
알루미나, 지르코니아, 구연산, 에틸렌글리콜, 폴리에스테르화반응

Description

알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법{Method for preparing Alumina-Zirconia composite}
본 발명은 알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 고분자에 분산된 Zr 이온을 세라믹 복합체에 분산시켜 보다 미세하게 지르코니아(ZrO2)를 분산시킴으로써 기계적 강도와 인성이 향상되고, 높은 신뢰성을 가질 수 있는 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래 알루미나(Al2O3) 세라믹스에 지르코니아(ZrO2) 입자를 분산시켜 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체의 기계적 강도와 인성을 향상시키려는 많은 시도가 있었다. 그러나, 종래 두 분말의 기계적 혼합에 의한 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체의 제조에서는 첨가되는 지르코니아(ZrO2) 초기 입자 크기가 크고, 알루미나(Al2O3)의 높은 소결 온도 때문에 지르코니아(ZrO2)의 입자 크기의 제어와 균질 분산이 어렵다는 문제점이 있었다.
공침법이나 가수 분해에 의해 분산된 지르코니아(ZrO2)의 경우 10 내지 50nm 크기를 가지지만, 하소 및 소결 과정에서 지르코니아(ZrO2) 입자간의 응집에 의한 입성장이 발생하므로 초미립의 균질 분산이 힘들게 된다.
따라서, 본 발명은 알루미나(Al2O3)-지르코니아 복합체의 제조 시 지르코니아(ZrO2)를 고분자 전구체법(polymeric precursor method)에 의해 알루미나(Al2O3 )에 분산시키는 방법을 채택함으로써 하소 시 고온에서도 수지 잔류물에 의한 입자간 응집을 피할 수 있어 초미립의 지르코니아(ZrO2)를 균질하게 분산시킬 수 있고, 최종 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체의 하소 및 소결 과정에서 지르코니아 (ZrO2)의 입자 성장을 억제할 수 있으며, 그로 인해 기계적 강도와 인성을 향상시킬 수 있는 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체의 제조 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.
본 발명의 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체는 알루미나(Al2 O3) 상용 분말에, 옥시질화지르코늄[ZrO(NO3)2ㆍ2H2O]과 질화이트륨[Y(NO3) 3] 그리고 구연산 (Citric acid)과 에틸렌글리콜을 첨가하여 고분자전구체화 반응을 통해 Zr-Y-폴리에스테르 형태 분산시킨 후 하소 및 소결처리하여서 제조되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 알루미나(Al2O3) 상용분말에 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 구연산(Citric acid)과 옥시질화지르코늄[ZrO(NO3)2ㆍ2H2O] 그리고 질화이트륨 [Y(NO3)3]의 고분자 전구체화 반응을 통해 Zr-Y-폴리에스테르의 형태로 분산시키게 되는데, 이는 최종 하소 과정에서 고분자 형태의 분산체에 의해 지르코니아(ZrO2)의 입성장을 최소화하여 알루미나(Al2O3)에 균질하게 지르코니아(ZrO2)를 분산시키기 위함이다. 이를 최종 소결하여 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체를 제조하게 되며, 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체에서 지르코니아(ZrO2 )를 균질 분산시키는 방법임을 주 특징으로 한다.
본 발명의 방법에서, 알루미나(Al2O3) 상용분말은 평균 입경이 0.1 내지 0.5㎛정도 범위의 이소결성의 상용 알루미나(Al2O3) 분말이나, 저온 소결용 고순도 알루미나(Al2O3)분말을 사용하며, 옥시질화지르코늄[ZrO(NO3)2ㆍ2H 2O]과 질화이트륨 [Y(NO3)3], 에틸렌글리콜, 구연산의 고분자화 반응물 Zr-Y-폴리에스테르를 부피비로 5 내지 20%의 지르코니아가 분산될 수 있도록 고분자 반응물의 양을 조정할 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 먼저 옥시질화지르코니아[ZrO(NO3)3] 와 구연산을 몰비로 1 : 2 ~ 1 : 5 범위로 첨가한다. 지르코니아(ZrO2)의 안정화를 위해서 지르코니아(ZrO2)에 대해 2 내지 8몰％의 질화이트륨[Y(NO3)3]을 함께 첨가한다. 수용액을 80 ~ 110℃로 가열 후 이를 에틸렌글리콜 용액에 적하시킨다. 이때 구연산과 에틸렌글리콜의 몰비는 1 : 2 ~ 1 : 5로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 구연산 대신에 자당(Sucrose)를 사용할 수 있으며, 에틸렌글리콜 대신에 트리에탄올아민(Triethanolamine)을 사용할 수도 있다.
한편, 분산 조작후 상기 수용액을 150 ~ 250℃로 가열하면서 고분자화 반응(polyesterification)과 화(gellation)를 동시에 유도하고, 이렇게 얻어진 열경화성수지를 350℃에서 고화시켜 조분쇄한 다음 20 ~ 24시간 볼밀링 후 100 메쉬 체를 통과시키게 되면 탄화물 분말이 혼합된 알루미나/지르코니아(Al2O3/ZrO2 (Y2O3)분말을 얻을 수 있다.
이 분말을 600 ~ 900℃의 저온에서 1 ~ 3시간 하소하여 탄화물을 완전히 제거시켜 20 ~ 30nm 정도의 지르코니아(ZrO2)가 균질하게 분산된 알루미나(Al2O3 )-지르코니아(ZrO2) 복합체 분말을 얻을 수 있으며 이를 1400 ~ 1600℃ 에서 소결 처리하게 되면 미립의 지르코니아(ZrO2)가 균일하게 분산된 약 99% 이상의 이론 밀도를 갖는 치밀한 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체가 얻어지게 된다.
본 발명에 따른 방법은 상기에서 언급한 바와 같이, 알루미나(Al2O3)-지르코 니아(ZrO2) 복합체를 제조하는데 있어서, 상용의 알루미나(Al2O3) 분말을 옥시질화지르코늄[ZrO(NO3)3]과 질화이트륨[Y(NO3)3] 그리고 에틸렌글리콜과 구연산의 고분자전구체화 반응을 통해 지르코니아(ZrO2)가 알루미나(Al2O3)분말에 균일하게 분포하게 되어 하소 및 소결 과정에서 고분자 분산물과 알루미나의 입성장 억제 효과에 의해 지르코니아(ZrO2) 입자 성장을 더욱 억제할 수 있는 장점이 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
고분자 반응물 제조시 옥시질화 지르코니아[ZrO(NO3)3]와 구연산을 몰비로 1 : 4, 지르코니아(ZrO2)에 대해 2 내지 8몰％의 질화이트륨[Y(NO3)3]을 첨가한 수용액을 90℃로 가열한 후 에틸렌글리콜 용액에 첨가하였다. 여기서, 구연산과 에틸렌글리콜의 몰비를 1 : 4로 하였다. 다음에 상기 용액을 140℃ 로 가열하면서 고분자화 반응과 겔화를 유도하였다. 이렇게 얻어진 수지를 350℃에서 고화시켜 조분쇄한 다음 24시간 동안 볼밀링한 후 100 메쉬 체를 통과시켜 탄화된 수지 분말이 혼합된 알루미나(Al2O3)분말을 얻었다. 이 분말을 900℃에서 2시간 하소하여 탄화물을 완전히 제거시킨 결과 20 ~ 30nm 정도의 지르코니아(ZrO2)가 균질하게 분산된 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체 분말을 얻을 수 있었다.
실시예 2
실시예 1에서, 고분자 반응물 제조시 구연산과 에틸렌글리콜의 폴리에스테르반응 대신 트리에탄올아민과 자당을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시한 결과 20 ~ 30nm 정도의 지르코니아(ZrO2)가 균질하게 분산된 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체 분말을 얻을 수 있었다.
본 발명은 알루미나(Al2O3) 세라믹스에 지르코니아(ZrO2) 입자를 균질하게 분산시켜 그 기계적 강도와 인성을 향상시키려고 한 것으로, 분산되는 지르코니아 (ZrO2)의 입자의 크기도 작고 균질하게 분산될 수 있도록 하되 경제성을 위해 알루미나(Al2O3)는 상용의 분말을 사용하고 이를 에틸렌글리콜, 구연산과 옥시질화지르코늄[ZrO(NO3)2ㆍ2H2O] 그리고 질화이트륨[Y(NO3)3]의 고분자화 반응을 통해 Zr-Y-폴리에스테르의 형태로 분산하여 하소 후 알루미나(Al2O3)분말 입자에 지르코니아 (ZrO2) 입자가 균일하게 흡착되도록 하고, 하소 및 소결 과정에서 고분자 분산물과 알루미나에 의한 지르코니아(ZrO2)의 입자 성장을 억제함으로써 최종적으로 얻어지는 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체가 99% 이상의 이론 밀도를 가질 뿐 아니라 기계적 강도와 인성도 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 미리 이립의 산화물 입자로 제조되어진 알루미나(Al2O3) 분말과 지르코니아(ZrO2) 분말을 혼합하고 성형 및 열처리하여서 제조되는 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체의 제조방법에 있어서, 알루미나 (Al2O3) 상용 분말에, 옥시질화지르코늄[ZrO(NO3)2ㆍ2H2O], 질화이트륨[Y(NO3)3], 구연산 또는 자당 및 에틸렌글리콜 또는 트리에탄올아민을 첨가하여 고분자전구체화 반응을 통해 Zr-Y-폴리에스테르가 상기 알루미나 입자 표면에 코팅 분산되게 한 후, 하소 후 성형 및 소결처리하여서 제조되는 것을 특징으로 하는 20 ~ 30nm 정도의 지르코니아(ZrO2)가 균일하게 분산된 약 99% 이상의 이론 밀도를 갖는 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 전구체화 반응에서, 옥시질화지르코니아 [ZrO(NO3)3] 와 구연산 또는 자당은 몰비로 1 : 2 ~ 1 : 5 범위로 혼합하고, 질화이트륨[Y(NO3)3]은 지르코니아(ZrO2)에 대해 2 내지 8몰％로 첨가한 후 이 수용액을 80 ~ 110℃로 가열된 에틸렌글리콜 또는 트리에탄올아민 용액에 적하시키고 이를 150 ~ 250℃의 온도로 가열하여서 되는 것을 특징으로 하는 알루미나(Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 구연산 또는 자당과 에틸렌글리콜 또는 트리에탄올아 민의 몰비는 1 : 2 ~ 1 : 5로 하여서 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미나 (Al2O3)-지르코니아(ZrO2) 복합체의 제조방법.
KR1020030024624A 2003-04-18 2003-04-18 알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법 KR100542138B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030024624A KR100542138B1 (ko) 2003-04-18 2003-04-18 알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030024624A KR100542138B1 (ko) 2003-04-18 2003-04-18 알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040090656A KR20040090656A (ko) 2004-10-26
KR100542138B1 true KR100542138B1 (ko) 2006-01-10

Family

ID=37371677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030024624A KR100542138B1 (ko) 2003-04-18 2003-04-18 알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100542138B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100975006B1 (ko) 2008-03-06 2010-08-09 연세대학교 산학협력단 고체산화물 연료전지 공기극용 세라믹 복합 분말 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116550292B (zh) * 2023-05-09 2023-09-12 北京神舟茂华环保科技有限公司 一种炭纤维结构支撑的多孔Al2O3-La2O3复合材料及其用途

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100975006B1 (ko) 2008-03-06 2010-08-09 연세대학교 산학협력단 고체산화물 연료전지 공기극용 세라믹 복합 분말 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040090656A (ko) 2004-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vasylkiv et al. Low‐temperature processing and mechanical properties of zirconia and zirconia–alumina nanoceramics
KR101094596B1 (ko) 지르코니아 소결체 및 그의 제조 방법
KR20070065353A (ko) 지르코니아 세라믹
US20070111879A1 (en) Zirconia-alumina nano-composite powder and preparation method thereof
CN108863395A (zh) 一种高热导率、高强度氮化硅陶瓷材料及其制备方法
KR100542138B1 (ko) 알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법
KR940005090B1 (ko) 세라믹 소결체의 제조방법
US20050119108A1 (en) Cerium based composite oxide, sintered product thereof and method for preparation thereof
JPH0832554B2 (ja) 希土類酸化物粉末の製造方法
CN113788674B (zh) 一种导电陶瓷及其制备方法
CN113105216A (zh) 一种注塑成型的锆铝复合陶瓷及其制备方法
JPS63103864A (ja) 部分安定化された酸化ジルコニウムからなる焼結成形体およびその製造法
JPS63162570A (ja) 耐熱劣化性高強度ジルコニア・アルミナセラミツクス及びその製造方法
JP6045117B2 (ja) 強靭性の静電気放電防止黒色セラミックスおよびその製造方法
KR100481057B1 (ko) 알루미나-지르코니아 복합체의 제조방법
CN116375468B (zh) 一种低掺杂高性能的四方相氧化锆纳米陶瓷及其制备方法
KR100590213B1 (ko) 졸-겔 공정을 이용한 탄소나노튜브 강화 세라믹나노복합재료 제조방법
EP0467539B1 (en) Process for forming ceramics
KR102066489B1 (ko) 기계적 강도가 향상된 적외선 투과 스피넬 및 그 제조 방법
EP0267449B1 (en) Synthesis of partially-stabilized tetragonal zirconia
JPH02229758A (ja) Ａｌ↓２Ｏ↓３―ＺｒＯ↓２系セラミックスおよびその製造方法
CN117362010A (zh) 一种锆铝复合氧化物的制备方法、复合陶瓷基板的制备方法
KR950014492B1 (ko) 알루미나-뮬라이트-지르코니아 복합체 및 그 제조방법
JPS6291419A (ja) 易焼結性アルミナ・ジルコニア複合粉末の製造方法
KR20130052066A (ko) 청정공정 이용 주석과 아연을 고용한 인듐저감 조성(인듐-아연-주석 산화물)나노 분말합성 및 고전도 고밀도 타켓 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100105

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee