KR101172281B1 - 투광성 알루미나 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미량의 이종의 물질을 혼합 또는 코팅하여 제조한 투광성 다결정 알루미나 소결체와 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 다결정 알루미나 소결체는 Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계 또는 Dy-Y-Al-R계의 다성분 산화물, 다성분 질화물 또는, 다성분 산화 및 질화물 첨가제를 포함하는 것이고, 상기 R은 Zr, Y, Lu, La, Ta, Th, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, Ca, Ba, Cr, Mg, In, Sn, Fe, Ru, Rh, V, Ce, Mo, W, Nb, Hf, Ta, Re, Os, Ge, Sb, Se, Te, Sr, Cs, Al, Sc, Cu, Ti, Dy, Ga, Gd, Pr, Sm, Ho, Lu, Tb, Eu, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고, 본 발명의 다결정 알루미나 소결체 제조방법은 (a) 알루미나를 제1 용매에 분산시켜 제1 용액을 제조하고, 금속 전구체를 제2 용매에 분산시켜 제2 용액을 제조하는 단계, (b) 상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계 및 (c) 상기 혼합 용액을 건조하고, 소결 처리하여 다결정 알루미나 소결체를 얻는 단계를 포함하고, 상기 다결정 알루미나 소결체는, Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계 또는 Dy-Y-Al-R계의 다성분 산화물, 다성분 질화물 또는, 다성분 산화 및 질화물 첨가제를 포함하는 것이다.

Description

투광성 알루미나 소재 및 그 제조방법 {Transparent Alumina Article And The Fabrication Method Thereof}
본 발명은 투광성 알루미나 소결체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 미량의 이종의 물질을 혼합 또는 코팅하여 제조한 투광성 다결정 알루미나 소결체와 그 제조방법에 관한 것이다.
다결정 알루미나 소재는 내열성, 내부식성이 우수하여 고압 나트륨 램프 또는 세라믹 메탈할라이드 램프의 발광관 등의 광학 소재, 치열교정 브래킷 (bracket), 의치용 소재 등의 치과재료, 반도체 제조장치의 부재로 다양하게 사용할 수 있는 소재이다.
일반적으로, 다결정 알루미나 소결체는 미립의 고순도 알루미나 분말과 미량의 첨가제를 기계적으로 분쇄 및 혼합한 후, 가압성형, 압출성형, 사출성형, 겔성형 등의 성형과정을 통하여 원하는 형상을 만들고 이를 소결하여 제조한다. 고투광성 다결정 알루미나 소결체를 얻기 위한 방법으로, 입경을 서브 마이크로 미터 크기 이하로 매우 작게 제어하는 방법과 수십 마이크로미터로 크게 입경을 성장시키는 방법이 있다. 이들 두 방법 모두 높은 순도와 균일한 입자 분포를 가지도록 불순물, 미량첨가제 및 미세구조를 엄밀하게 제어하여야만 고투광성의 다결정 알루미나 소결체를 얻을 수 있다. 서브 마이크로 미터 입경을 가진 알루미나 소결체는 매우 높은 광투과도 물성을 얻을 수 있으나, 이를 위해서는 나노 크기의 고온 알파상 알루미나 분말을 사용해야 하고 열간 등방압 가압 소결 (HIP)을 하여야만 한다. 이러한 제한은 특수 목적을 제외한 상업적 사용의 걸림돌이 되고 있다. 특히 고온 알파상 알루미나는 통상 섭씨 1000 ℃ 이상의 고온으로 열처리하지 않으면 얻을 수 없기 때문에 응집이 없는 균일한 크기의 알루미나 나노 분말은 아직 상용화되지 않고 있어 원료를 얻는데 큰 제약이 있기 때문에, 많은 경우 고투광성 알루미나를 얻기 위하여 입경을 크고 균일하게 성장시키는 균일 입성장법을 개발하고 있다. 이러한 균일하게 성장된 미세구조를 가진 알루미나 소결체를 얻기 위하여 균일 입성장을 유도하는 다양한 첨가제에 대한 연구 및 미세한 첨가제 제조에 관한 연구가 진행되어왔다. 하지만, 종래의 첨가제는 소결 후에 입내 또는 입계 (경계)에 조대 기공과 불순물을 남기고, 입경 분포를 불균일하게 하는 원인이 되기 때문에 상압 및 1800 ℃ 이하에서 고투광도의 다결정 세라믹스를 얻는 데 어려움이 있어왔다. 특히, 서브 마이크로 미터 이상으로 크게 성장한 기공과 이차상은 알루미나 소결체의 파괴원으로 작용하거나 광을 산란시키는 역할을 하고 이상 입성장 입자 또는 불균일한 입경 분포는 광을 산란시켜 광투과도를 떨어뜨리는 원인이 된다.
광투과도는 통상 전투광도 (total transmittance)와 real in-line transmittance (RIT)로 나타낼 수 있는 데, 전투광도는 시편에 수직하게 입사광을 입사했을 때 투과된 광(빛) 뿐만 아니라 전방으로 산란된 광까지 포함하는 투과된 전체 광을 나타내고, real in-line transmittance는 직진으로 투과된 광만을 나타내기 때문에, RIT의 경우 전투광도 보다 대부분 작은 값을 나타낸다. 이들 광투과도를 높이기 위하여 첨가하는 미량 첨가제로 사용하는 MgO, 이외에 미국 특허 (US 5,747,402)에 MgO-Tb2O3, 미국 특허 (US 6,734,128)에 MgO-La2O3, 미국 특허 (US 5,627,116)에 MgO-Lu2O3, 미국 특허 (US 7,247,592)에 MgO-Y2O3-ZrO2 등의 복합 첨가제가 개시되어 있지만, 이들 첨가제는 내열성이 높아 소결 구동력이 떨어져 고밀도 소결을 위해서는 대개는 열간 등방압 가압 소결하거나 1900 ℃ 정도의 고온 소결 과정이 필수적이다.
본 발명의 목적은, 다결정 알루미나 소결체에서 강도, 광투과도 등의 물리적 특성을 떨어뜨리는 원인이 되는 서브 마이크로 미터 이상의 기공, 불순물, 이차상의 응집체, 그리고 이상 입성장에 의한 조대 입자를 줄이거나 없애는 소결 첨가제를 개발하여, 균일한 입성장과 높은 투광성을 부여하는 소결 첨가체를 이용한 고투광성 다결정 알루미나 소결체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 특히, 종래의 열간 등방압 가압 소결이나 고온 분위기 소결과 비교하여 보다 대량 생산이 가능한 경제성이 있는 상압 소결에 의한 고투광성을 갖는 다결정 알루미나 소결체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다결정 알루미나 소결체는 Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계 또는 Dy-Y-Al-R계의 다성분 산화물, 다성분 질화물 또는, 다성분 산화 및 질화물 첨가제를 포함하는 것이고, 상기 R은 Zr, Y, Lu, La, Ta, Th, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, Ca, Ba, Cr, Mg, In, Sn, Fe, Ru, Rh, V, Ce, Mo, W, Nb, Hf, Ta, Re, Os, Ge, Sb, Se, Te, Sr, Cs, Al, Sc, Cu, Ti, Dy, Ga, Gd, Pr, Sm, Ho, Lu, Tb, Eu, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고, 본 발명의 다결정 알루미나 소결체 제조방법은 (a) 알루미나를 제1 용매에 분산시켜 제1 용액을 제조하고, 금속 전구체를 제2 용매에 분산시켜 제2 용액을 제조하는 단계, (b) 상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계 및 (c) 상기 혼합 용액을 건조하고, 소결 처리하여 다결정 알루미나 소결체를 얻는 단계를 포함하고, 상기 다결정 알루미나 소결체는, Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계 또는 Dy-Y-Al-R계의 다성분 산화물, 다성분 질화물 또는, 다성분 산화 및 질화물 첨가제를 포함하는 것이고, 상기 R은 Zr, Y, Lu, La, Ta, Th, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, Ca, Ba, Cr, Mg, In, Sn, Fe, Ru, Rh, V, Ce, Mo, W, Nb, Hf, Ta, Re, Os, Ge, Sb, Se, Te, Sr, Cs, Al, Sc, Cu, Ti, Dy, Ga, Gd, Pr, Sm, Ho, Lu, Tb, Eu, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이다.
본 발명에 의하면, 1800 ℃ 이하의 상압 소결 과정을 통하여, 기공이 거의 없고, 균일한 입경을 갖는 고투광성 다결정 알루미나 소결체를 얻을 수 있다. 종래 1850 ℃ 이상에서 소결하거나, 열간 등방압 가압 소결 공정에 의하는 것보다 대량 생산에 적합하고, 에너지 효율 면에서 경제적이며, 강도가 높고, 가시광 및 적외선 영역에서 높은 투광도를 갖는 다결정 알루미나 소결체를 얻을 수 있다.
도 1은 비교예 1 및 2의 방법에 따라 제조한 다결정 알루미나 시편 (두께 0.8 mm)의 in-line transmittance 측정 결과 그래프이다.
도 2는 실시예 1-6의 방법에 따라 제조한 본 발명의 다결정 알루미나 시편 (두께 0.8 mm)의 in-line transmittance 측정 결과 그래프이다.
도 3은 실시예 1-11의 방법에 따라 제조한 본 발명의 다결정 알루미나 시편 (두께 0.4 mm)의 in-line transmittance 측정 결과 그래프이다.
도 4는 실시예 1-6의 방법에 따라 제조한 본 발명의 다결정 알루미나 시편의 미세구조를 보여주는 전자현미경 관찰 사진이다.
도 5는 비교예 1 (A), 비교예 2 (B), 실시예 1-6 (C) 및 실시예 1-11 (D)의 방법에 따라 제조한 본 발명의 다결정 알루미나 시편의 투광성을 보여주는 비교 사진이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 원료 물질의 혼합체부터 ppm 수준의 균일도를 갖는 다성분계 소결체를 만들고 이를 이용하여 얻어지는 다결정 알루미나를 제조함으로써 서브 마이크로 미터 이상의 기공, 불순물, 이차상의 응집체, 그리고 이상 입성장에 의한 조대 입자를 획기적으로 줄이거나 없도록 하여 균일한 입경을 가진 다결정 알루미나 소결체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 이를 통하여 기계적 및 광학적 물성이 향상된 다결정 알루미나 소결체 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다결정 알루미나 소결체는 Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계 또는 Dy-Y-Al-R계의 다성분 산화물, 다성분 질화물 또는, 다성분 산화 및 질화물 첨가제를 포함하는 것이고, 상기 R은 Zr, Y, Lu, La, Ta, Th, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, Ca, Ba, Cr, Mg, In, Sn, Fe, Ru, Rh, V, Ce, Mo, W, Nb, Hf, Ta, Re, Os, Ge, Sb, Se, Te, Sr, Cs, Al, Sc, Cu, Ti, Dy, Ga, Gd, Pr, Sm, Ho, Lu, Tb, Eu, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이다.
상기 다성분 산화 및 질화물 첨가제는, Dy-Mg-O-N계, Dy-Mg-Al-O-N계, Dy-Y-Al-O-N계, Dy-Mg-R-O-N계, Dy-Mg-Al-R-O-N계 또는 Dy-Y-Al-R-O-N계 다성분 산화 및 질화물 첨가제일 수 있다.
구체적으로, 상기 첨가제는, Dy2O3-MgO, Dy2O3-MgAl2O4, Dy2O3-Y3Al5O12, Dy2O3-MgO-RO, Dy2O3-MgAl2O4-RO, Dy2O3-MgO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-RO2, Dy2O3-Y3Al5O12-RO, Dy2O3-Y3Al5O12-RO2, Dy2O3-MgO-R2O3, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3, Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3, Dy2O3-MgO-R2O3-RO2, Dy2O3-MgO-R2O3-RO, Dy2O3-MgO-RO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3-RO, Dy2O3-MgAl2O4-RO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3-RO2, Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3-RO, Dy2O3-Y3Al5O12-RO2-RO 또는 Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3-RO2일 수 있다.
이러한 첨가제는, 다결정 알루미나 소결체 전체 중량 중 0.0001 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 첨가제의 함량이 0.0001 중량% 이하에서는 소결체 내에 균일한 혼합이 어렵고 5% 이상에서는 과다한 이차상의 생성으로 광산란이 일어나 광투과도를 저해할 수 있다.
상기 다결정 알루미나 소결체 첨가제의 구조는 코어-쉘 구조일 수 있다. 중심코어가 알루미나이고, 첨가제 성분이 상기 코어를 감싸는 쉘을 이루고 있는 형태일 수 있는 것이다. 이와 같은 코어-쉘 구조는 소결체 미세구조 내에 매우 균일한 첨가제의 분포를 가능하게 하기 때문에 높은 광투과도 및 기계적 강도를 부여하는 데 매우 효과적이다.
상기 다결정 알루미나 소결체는, 분말, 판형 복합체 및 디스크형 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태인 것일 수 있다. 용도에 따라 소결 전에 원하는 형태로 성형한 후 소결 처리함으로써, 목적하는 다양한 형태로 소결체를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 다결정 알루미나 소결체의 제조방법은, (a) 알루미나를 제1 용매에 분산시켜 제1 용액을 제조하고, 금속 전구체를 제2 용매에 분산시켜 제2 용액을 제조하는 단계, (b) 상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계 및 (c) 상기 혼합 용액을 건조하고, 소결 처리하여 다결정 알루미나 소결체를 얻는 단계를 포함하고, 상기 다결정 알루미나 소결체는, Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계 또는 Dy-Y-Al-R계의 다성분 산화물, 다성분 질화물 또는, 다성분 산화 및 질화물 첨가제를 포함하는 것이고, 상기 R은 Zr, Y, Lu, La, Ta, Th, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, Ca, Ba, Cr, Mg, In, Sn, Fe, Ru, Rh, V, Ce, Mo, W, Nb, Hf, Ta, Re, Os, Ge, Sb, Se, Te, Sr, Cs, Al, Sc, Cu, Ti, Dy, Ga, Gd, Pr, Sm, Ho, Lu, Tb, Eu, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 제1 용매 및 제2 용매는, 물, C1 내지 C10 알코올 또는 그 들의 혼합용매 등을 사용할 수 있다. 상기 알코올로 이소프로판올, 메탄올, 아세톤, 또는 에탄올을 단독 또는 공용매로 사용할 수 있다.
상기 제2 용액의 금속 전구체의 농도는 1×10-10 내지 5 mol/L일 수 있다. 바람직하게는 1 x 10-8 내지 0.1 mol/L일 수 있다. 상기 범위 내에서 실시할 경우, 보다 경제성이 향상되고 광학특성이 더욱 증가할 수 있다.
상기 제2 용액에 상기 금속 전구체 1몰에 대하여 0.01 내지 10 몰의 2차 또는 3차 알코올을 공용매로 더 추가할 수 있다. 공용매를 첨가하면 금속 복합염의 농도를 조절하기가 용이하고 금속 화합물의 수율, 치환 고용량을 높일 수 있고, 생성된 금속 화합물의 입자 크기나 모양을 다양하게 조절할 수 있다.공용매의 첨가량이 0.01 몰 이하로 되면 공용매 효과가 적고 10몰 이상으로 증가하면 생성물의 반응속도가 매우 낮아지게 된다.
상기 소결 처리는 상기 건조한 결과물을 성형한 후 이루어지는 것일 수 있다. 이를 통하여 최종 결과물의 사용처를 고려하여 다양한 형태의 다결정 알루미나 소결체를 얻을 수 있다. 상기 소결 처리는 분위기 소결, 진공 소결, 마이크로웨이브 소결, HIP 소결 또는 HP 소결 등일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 소결은 1800 ℃ 이하에서 이루어지는 것일 수 있다. 종래 제조방법에 의하는 경우, 1850 ℃ 이상의 고온에서 소결 처리하여야만 유효한 투광성 알루미나를 얻을 수 있었으나, 본 발명에 의하면, 상대적으로 저온 소결 처리로 고투광성 다결정 알루미나 소결체를 얻을 수 있으므로, 경제적 관점에서 유효하다.
상기 금속 전구체는 금속의 무기산염, 유기산염, 금속 수화물 또는 금속 착화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기산염은 불화염, 염화염, 질화염 또는 황화염일 수 있고, 상기 유기산염은 아세트산염일 수 있다. 특히, 금속 염화염, 금속 유기산염 또는 금속 질화염이 유리한 측면이 있다. 본 발명에서 사용하는 금속 전구체로서 2종 이상의 금속 전구체를 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 결과 합성 반응 및 필요에 따라 열처리 공정을 거쳐 최종적으로 코팅된 복합체 또는 치환 고용된 금속 화합물 미세 분말을 얻을 수 있다. 2종 이상의 금속 전구체를 혼합하여 사용할 경우에 금속 화합물 분말의 응용분야 및 사용 방법에 따라 다양한 금속 전구체 성분의 조합이 가능하다.
이하 본 발명의 다결정 알루미나 소결체 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명의 첨가제는 다양한 방법에 의하여 얻어질 수 있지만, 예를 들어, 먼저, 코어 분말인 알루미나 미분말을 알코올, 물 또는 혼합 용매에 분산하여 기계적 또는 물리적으로 혼합 및 밀링하여 분산한 용액에 첨가제로 적어도 한가지 이상의 금속성분을 포함하는 전구체를 유기용매에 분산시켜 혼합유체를 얻는다.
제조된 혼합유체를 동결 건조, 분무 건조하여 건조 분말을 얻거나 반응성을 높이기 위하여 필요에 따라 마이크로웨이브, 고온 고압하에서 반응시켜 1차 중간생성물을 얻고, 이들을 열처리하여 복합 또는 코어-쉘 분말을 얻는 단계를 포함한다. 상기의 방법에 따라 얻어진 반응물은 결정성을 더욱 높이거나 다양한 형태의 상을 얻기 위하여 각종 형태의 반응로 또는 마이크로파 합성로 내에서 진공, 상압 또는 가압의 조건에서 추가로 열처리할 수 있다.
상기의 방법으로 제조된 복합체 또는 코어-쉘 분말을 압축 성형, 압출 성형, 테이프 성형, 사출 성형, 잉크젯 프린팅, 필름 성형, 겔 성형 등의 다양한 방법에 의하여 2차원 또는 3차원 형상으로 제조한 후, 분위기 소결, 진공 소결, 마이크로웨이브 소결, HIP, HP 등의 소결방법에 의하여 결정질 알루미나 소결체로 제조한다.
상기한 방법으로 제조된 다성분 복합체는 분말 형태로 얻어지지만, 임의적으로 형태를 변형하여 다양한 소재로 제공될 수 있다. 예를 들면, 다양한 형태로 성형되거나 기판, 또는 필름 위에 코팅된 분말 복합체로 제공되거나, 이들 분말 성형체를 이용하여 마이크로웨이브, 진공 소결, 분위기 소결, 열간 등방압 가압 소결, 열간압축 소결 등의 다양한 소결방법에 의해 2차원 또는 3차원의 형상을 갖는 다결정 알루미나 소결체로 제조할 수 있다.
실시예
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 이는 구체적인 설명을 위한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-1
질산디스프로슘과 질산이트륨의 몰비가 1:1이 되도록 평량하고 증류수에 0.2 mol/L의 농도로 첨가한 뒤, 교반하고 분산시켜 금속염 용액을 얻었다. 혼합 금속염 수용액을 알루미나 분말 100 g/L 용액에 알루미나 대비 1000 ppm이 되도록 넣고 볼밀을 이용하여 24시간 동안 밀링한 후 동결 건조하여 알루미나 혼합체를 얻었다. 동결 건조한 분말을 600 ℃에서 열처리한 후, 냉간 등압 성형기에서 디스크 또는 사각형으로 성형하고 고온 소결하여 다결정 알루미나 소결체를 제조하였다.
실시예 1-2 내지 1-26
금속염의 성분을 Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계, Dy-Y-Al-R계로 구성되는 이성분 이상을 포함하는 다성분계 조성이 되도록 하기 표 1과 같이 구성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일하게 실시예 1-2 내지 1-26을 실시하여 각각의 분말 복합체와 다결정 알루미나 소결체를 얻었다.
비교예 1
비교예 1은 실시예 1-1과 같은 방법에 따라 질산마그네슘을 사용하여 소결체 내의 첨가제 MgO의 함량이 알루미나에 대하여 500 ppm이 되도록 하여 조절하여 얻은 분말을 디스크 모양으로 성형한 후 1780 ℃에서 소결하여 제조한 다결정 알루미나의 비교예이다.
비교예 2
비교예 2는 실시예 1-1과 같은 방법에 따라 디스프로슘을 사용하여 소결체 내의 첨가제 Dy2O3의 함량이 알루미나에 대하여 500 ppm이 되도록 하여 조절하여 제조한 분말을 디스크 모양으로 성형한 후 1780 ℃에서 소결한 다결정 알루미나의 비교예이다.
상기 실시예 1-1 내지 1-26 및 비교예 1, 2에서 얻은 각각의 원료분말에 대한 조성과 다결정 알루미나의 소결온도를 하기 표 1에 정리하였다.
No. 첨가제 성분 조성비 (몰비) 첨가량 (ppm) 소결온도(℃)
실시예 1-1 Dy:MG 1:1 1000 1750
실시예 1-2 Dy:MG 2:1 1000 1750
실시예 1-3 Dy:MG 3:1 1000 1750
실시예 1-4 Dy:MG 1:2 1000 1750
실시예 1-5 Dy:MG 1:3 1000 1750
실시예 1-6 Dy:MG 1:1 700 1780
실시예 1-7 Dy:Ti 1:1 700 1800
실시예 1-8 Dy:Y 1:1 1000 1800
실시예 1-9 Dy:Zn 1:1 1000 1800
실시예 1-10 Dy:Al:Mg 2:2:1 1000 1750
실시예 1-11 Dy:Al:Mg 1:1:1 600 1780
실시예 1-12 Dy:Y:Al 2:3:5 1500 1750
실시예 1-13 Dy:Y:Al:Mn 2:3:5:2 2000 1700
실시예 1-14 Dy:Y:Al:Mg 2:3:5:2 500 1750
실시예 1-15 Dy:Y:Al:Zn 2:3:5:2 400 1750
실시예 1-16 Dy:Y:Al:Ge 2:3:5:2 500 1750
실시예 1-17 Dy:Y:Al:Nb 2:3:5:2 800 1750
실시예 1-18 Dy:Y:Al:Eu 2:3:5:2 300 1750
실시예 1-19 Dy:Y:Al:Tb 2:3:5:2 1200 1780
실시예 1-20 Dy:Y:Al:Ta 2:3:5:2 1000 1750
실시예 1-21 Dy:Y:Al:Mg:Ce 2:3:5:1:1 1500 1800
실시예 1-22 Dy:Y:Al:Mg:Zn 2:3:5:1:1 1000 1800
실시예 1-23 Dy:Y:Al:Mg:Lu 2:3:5:1:1 1000 1800
실시예 1-24 Dy:Y:Al:Mg:Ga 2:3:5:1:1 1000 1800
실시예 1-25 Dy:Y:Al:Mg:Gd 2:3:5:1:1 1000 1800
실시예 1-26 Dy:Y:Al:Mg:Sm 2:3:5:1:1 1500 1800
비교예 1 Mg 1 500 1780
비교예 2 Dy 1 500 1780
도 1은 비교예 1 및 2의 방법에 따라 제조한 다결정 알루미나 시편 (두께 0.8 mm)의 in-line transmittance 측정 결과 그래프이고, 도 2는 실시예 1-6의 방법에 따라 제조한 본 발명의 다결정 알루미나 시편 (두께 0.8 mm)의 in-line transmittance 측정 결과 그래프, 도 3은 실시예 1-11의 방법에 따라 제조한 본 발명의 다결정 알루미나 시편 (두께 0.4 mm)의 in-line transmittance 측정 결과 그래프이다. UV-VIS 분광 광도계를 이용하여 측정하였다.
도 4는 실시예 1-6의 방법에 따라 제조한 본 발명의 다결정 알루미나 시편의 미세구조를 보여주는 전자현미경 관찰 사진이다.
도 5는 비교예 1 (A), 비교예 2 (B), 실시예 1-6 (C) 및 실시예 1-11 (D)의 방법에 따라 제조한 본 발명의 다결정 알루미나 시편의 투광성을 보여주는 비교 사진이다.
800 nm의 가시광선에서의 광투과도는 비교예 1, 2 및 실시예 1-6, 1-11의 시편에 대하여 각각 11.5, 0.5, 40 및 57%로, 실시예 1-6 및 1-11의 첨가제를 사용한 다결정 알루미나 소결체가 비교예의 다결정 소결체와 비교하여 매우 높은 광투과도를 나타냄을 볼 수 있다.
본 발명의 제조법으로부터 얻은 다결정 알루미나는 고순도 패키지 기판, 치과용, 고관절, 뼈대체용 생체재료, 세라믹 발광관, 반도체 제조장치의 부재용으로 사용이 가능하다. 또한, 본 발명의 균일 분말 혼합체 제조방법은 다양한 세라믹 복합체, 금속-세라믹 복합체를 제조하는 데 사용될 수 있다.

Claims (19)

  1. Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계 또는 Dy-Y-Al-R계의 다성분 산화물, 다성분 질화물 또는, 다성분 산화 및 질화물 첨가제를 포함하는 것이고, 상기 R은 Zr, Y, Lu, La, Ta, Th, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, Ca, Ba, Cr, Mg, In, Sn, Fe, Ru, Rh, V, Ce, Mo, W, Nb, Hf, Ta, Re, Os, Ge, Sb, Se, Te, Sr, Cs, Al, Sc, Cu, Ti, Dy, Ga, Gd, Pr, Sm, Ho, Lu, Tb, Eu, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것인 다결정 알루미나 소결체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다성분 산화 및 질화물 첨가제는, Dy-Mg-O-N계, Dy-Mg-Al-O-N계, Dy-Y-Al-O-N계, Dy-Mg-R-O-N계, Dy-Mg-Al-R-O-N계 또는 Dy-Y-Al-R-O-N계 다성분 산화 및 질화물 첨가제인 것인 다결정 알루미나 소결체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 첨가제는, Dy2O3-MgO, Dy2O3-MgAl2O4, Dy2O3-Y3Al5O12, Dy2O3-MgO-RO, Dy2O3-MgAl2O4-RO, Dy2O3-MgO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-RO2, Dy2O3-Y3Al5O12-RO, Dy2O3-Y3Al5O12-RO2, Dy2O3-MgO-R2O3, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3, Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3, Dy2O3-MgO-R2O3-RO2, Dy2O3-MgO-R2O3-RO, Dy2O3-MgO-RO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3-RO, Dy2O3-MgAl2O4-RO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3-RO2, Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3-RO, Dy2O3-Y3Al5O12-RO2-RO 또는 Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3-RO2인 것인 다결정 알루미나 소결체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 첨가제는, 다결정 알루미나 소결체 전체 중량 중 0.0001 내지 5 중량%인 것인 다결정 알루미나 소결체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 첨가제는 중심에 알루미나 코어를 포함하는 코어-쉘 구조인 것인 다결정 알루미나 소결체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다결정 알루미나 소결체는, 분말, 판형 복합체 및 디스크형 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태인 것인 다결정 알루미나 소결체.
  7. (a) 알루미나를 제1 용매에 분산시켜 제1 용액을 제조하고, 금속 전구체를 제2 용매에 분산시켜 제2 용액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 혼합용액을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 혼합 용액을 건조하고, 소결 처리하여 다결정 알루미나 소결체를 얻는 단계를 포함하고,
    상기 다결정 알루미나 소결체는, Dy-Mg계, Dy-Mg-Al계, Dy-Y-Al계, Dy-Mg-R계, Dy-Mg-Al-R계 또는 Dy-Y-Al-R계의 다성분 산화물, 다성분 질화물 또는, 다성분 산화 및 질화물 첨가제를 포함하는 것이고, 상기 R은 Zr, Y, Lu, La, Ta, Th, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, Ca, Ba, Cr, Mg, In, Sn, Fe, Ru, Rh, V, Ce, Mo, W, Nb, Hf, Ta, Re, Os, Ge, Sb, Se, Te, Sr, Cs, Al, Sc, Cu, Ti, Dy, Ga, Gd, Pr, Sm, Ho, Lu, Tb, Eu, Er 및 Yb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것인 다결정 알루미나 소결체 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 용매 및 제2 용매는, 물, C1 내지 C10 알코올 또는 그 들의 혼합용매인 것인 다결정 알루미나 소결체 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2 용액의 금속 전구체의 농도는 1×10-10 내지 5 mol/L인 것인 다결정 알루미나 소결체 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2 용액에 상기 금속 전구체 1몰에 대하여 0.01 내지 10몰의 2차 또는 3차 알코올을 공용매로 더 추가하는 것을 특징으로 하는 다결정 알루미나 소결체 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 소결 처리는 상기 건조한 결과물을 성형한 후 이루어지는 것인 다결정 알루미나 소결체 제조방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 소결 처리는 분위기 소결, 진공 소결, 마이크로웨이브 소결, HIP 소결 또는 HP 소결인 것인 다결정 알루미나 소결체 제조방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 소결은 1800 ℃ 이하에서 이루어지는 것인 다결정 알루미나 소결체 제조방법.
  14. 제7항에 있어서, 상기 금속 전구체는 금속의 무기산염, 유기산염, 금속 수화물 또는 금속 착화물이고, 상기 무기산염은 불화염, 염화염, 질화염 또는 황화염이고, 상기 유기산염은 아세트산염인 것인 다결정 알루미나 소결체 제조방법.
  15. 제7항에 있어서, 상기 다성분 산화 및 질화물 첨가제는, Dy-Mg-O-N계, Dy-Mg-Al-O-N계, Dy-Y-Al-O-N계, Dy-Mg-R-O-N계, Dy-Mg-Al-R-O-N계 또는 Dy-Y-Al-R-O-N계 다성분 산화 및 질화물 첨가제인 것인 다결정 알루미나 소결체의 제조방법.
  16. 제7항에 있어서, 상기 첨가제는, Dy2O3-MgO, Dy2O3-MgAl2O4, Dy2O3-Y3Al5O12, Dy2O3-MgO-RO, Dy2O3-MgAl2O4-RO, Dy2O3-MgO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-RO2, Dy2O3-Y3Al5O12-RO, Dy2O3-Y3Al5O12-RO2, Dy2O3-MgO-R2O3, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3, Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3, Dy2O3-MgO-R2O3-RO2, Dy2O3-MgO-R2O3-RO, Dy2O3-MgO-RO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3-RO, Dy2O3-MgAl2O4-RO-RO2, Dy2O3-MgAl2O4-R2O3-RO2, Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3-RO, Dy2O3-Y3Al5O12-RO2-RO 또는 Dy2O3-Y3Al5O12-R2O3-RO2인 것인 다결정 알루미나 소결체의 제조방법.
  17. 제7항에 있어서, 상기 첨가제는, 다결정 알루미나 소결체 전체 중량 중 0.0001 내지 5 중량%인 것인 다결정 알루미나 소결체의 제조방법.
  18. 제7항에 있어서, 상기 첨가제는 중심에 알루미나 코어를 포함하는 코어-쉘 구조인 것인 다결정 알루미나 소결체의 제조방법.
  19. 제7항에 있어서, 상기 다결정 알루미나 소결체는, 분말, 판형복합체 및 디스크형복합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태인 것인 다결정 알루미나 소결체의 제조방법.
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