KR101355542B1 - Ceramic composite and preparing method of the same - Google Patents

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Abstract

본원은 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하고 서로 상이한 입자 크기를 가지는 상이한 세라믹 입자들이 균일하게 분산되어 있는 소결체를 포함하는, 세라믹 복합재료 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a ceramic composite material and a method for manufacturing the same, comprising a sintered body containing different ceramic components and having uniformly dispersed different ceramic particles having different particle sizes.

Description

세라믹 복합재료 및 그의 제조방법 {CERAMIC COMPOSITE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}Ceramic composite material and manufacturing method thereof {CERAMIC COMPOSITE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}

본원은, 세라믹 복합재료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present application relates to a ceramic composite material and a manufacturing method thereof.

현대사회에서 첨단 전자산업이 점차 발전함으로써 전자기기의 소형화, 디지털화, 고속화 및 다기능성이 진행됨에 따라 반도체, 모바일 등이 급속히 고집적 및 고출력화 되고 있다. 이와 같은 흐름에 의해, 소자의 실장기판 또한 고열전도율을 갖도록 요구되고 있다.As the advanced electronic industry develops gradually in the modern society, as the miniaturization, digitalization, high speed, and versatility of electronic devices are progressing, semiconductors and mobiles are rapidly becoming highly integrated and high output. By such a flow, the mounting substrate of an element is also required to have high thermal conductivity.

일반적으로 절연 기판 재료는 고절연성, 저유전율 및 저유전체손실, 고열전도율 및 화학적 안정성 등이 요구된다. 이러한 이유로 비교적 이와 유사한 성질을 갖는 알루미나 (Al2O3), 베릴륨 옥사이드 (BeO), 포스테라이트 (2MgO·SiO2) 등의 산화물 및 질화알루미늄 (AlN), 질화실리콘 (SiN) 등의 질화물 등이 기판에 주로 사용되고 있다. 그러나 기판 재료 중 대부분은 고가의 재료로 산업에서 사용이 제한되고 있는 실정이기 때문에 알루미나와 같은 저가의 재료의 특성을 향상시키는 연구들이 활발하게 진행 중이다.In general, an insulating substrate material is required to have high insulation, low dielectric constant and low dielectric loss, high thermal conductivity, and chemical stability. For this reason, oxides such as alumina (Al 2 O 3 ), beryllium oxide (BeO), forsterite (2MgOSiO 2 ), and nitrides such as aluminum nitride (AlN) and silicon nitride (SiN) having relatively similar properties It is mainly used for this board | substrate. However, since most of the substrate materials are expensive materials and limited in industrial use, studies are being actively conducted to improve the properties of low-cost materials such as alumina.

알루미나는 세라믹스를 대표하는 중요한 재료 중 하나로 IC기판재료 시장에서 핵심 재료 중 하나이다. 알루미나는 기판 재료로서 전기적으로도 매우 뛰어난 절연체일 뿐만 아니라, 기계적 성질도 우수하기 때문에 기판재료로 널리 사용되고 있다. 그러나 전자기기의 소형화 및 다기능화에 의한 회로의 고집적화, 고속화가 이루어짐에 따라 회로의 높은 열방출을 감당할 수 있는 뛰어난 방열특성을 지닌 재료의 개발이 검토되고 있다.Alumina is one of the key materials representing ceramics and is one of the key materials in the IC substrate material market. Alumina is widely used as a substrate material because it is not only an excellent insulator electrically but also an excellent mechanical property as a substrate material. However, as the integration and speed of circuits are increased due to the miniaturization and multifunctionalization of electronic devices, development of materials having excellent heat dissipation characteristics capable of withstanding high heat dissipation of circuits is being investigated.

그에 따라 높은 열전도성(260 W/m·K)을 갖는 산화물 계열의 베릴리아 (BeO) 및 탄소계열 알루미나의 탄화규소 (SiC)와 결정질 실리콘 등의 사용이 고려되었다. 베릴리아의 경우 기판재료로써의 기판용 특성이 매우 우수하기 때문에 알루미나를 대체할 수 있는 핵심적인 재료로 각광받았으나 분말이 인체에 독성을 나타낼 뿐만 아니라, 제조 공정상의 경제적 문제가 발생함으로 인하여 고주파 소자 같은 국소적인 부분으로 그 사용이 제한되고 있다. 한편, 탄화규소의 경우 높은 열전도성(240~270 W/m·K)에 의해 주목 받았지만 반도체로 절연성 측면에서 부족하며, 높은 유전율로 인하여 전기 신호 전달을 방해하는 것으로 알려져 기판용 재료로써의 사용이 제한되었다.Accordingly, the use of oxide-based Beryllia (BeO) and carbon-based alumina, silicon carbide (SiC) and crystalline silicon, which have high thermal conductivity (260 W / m · K), has been considered. In the case of Beryllia, it has been spotlighted as a key material to replace alumina because of its excellent characteristics as a substrate material, but the powder is not only toxic to the human body but also economical in the manufacturing process. Its use is restricted to local parts. On the other hand, silicon carbide has attracted attention due to its high thermal conductivity (240-270 W / mK), but it is insufficient in terms of insulation as a semiconductor, and is known to interfere with electric signal transmission due to its high dielectric constant. Limited.

반면, 질화알루미늄의 경우 높은 열전도도와 절연성 및 유전특성에 의하여 기판재료로써 고열전도 절연 재료로 고집적 회로 등에 주로 이용되고 있다. 뿐만 아니라, 차량 탑재용 사이리스터 (Thyristor)나 이그니션 모듈 (ignition module) 등의 대체 재료 및 LED 다이오드에도 질화갈륨 (GaN)과 함께 주로 사용되고 있다. 그러나 이러한 우수한 성질에도 불구하고, 질화알루미늄 자체의 난소결성 문제로 인하여, 질화알루미늄 소결체는 매우 고가이다. 이에, 난소결성을 해소하고 소결 온도를 낮추기 위해 이트리아 (Y2O3) 등의 첨가 및 도핑을 통해서 해결방안을 모색하고 있지만, 아직은 알루미나 등에 비하여 경제적으로 높은 가격에 의해 완전히 대체되지 못하고 있는 실정이다.On the other hand, aluminum nitride is mainly used as a high thermal conductivity insulating material as a substrate material due to high thermal conductivity, insulation and dielectric properties. In addition, alternative materials such as in-vehicle thyristors or ignition modules and LED diodes are mainly used together with gallium nitride (GaN). However, despite these excellent properties, aluminum nitride sintered bodies are very expensive due to the incombustibility problem of aluminum nitride itself. Therefore, in order to solve the sintering ability and lower the sintering temperature, the solution is sought through the addition and doping of yttria (Y 2 O 3 ), but it is not yet completely replaced by economically high price compared to alumina. to be.

이에 따라, 알루미나의 경제적 효용성 및 우수한 물성과 질화알루미늄의 높은 열전도도 등의 장점 간의 조합을 통하여 고집적회로 및 LED 기판에 적합한 재료를 제조할 수 있는 용이하고 경제적인 공정의 개발이 절실히 요구되고 있다.Accordingly, there is an urgent need for the development of an easy and economical process for producing materials suitable for high-integrated circuits and LED substrates through a combination of the economical utility and excellent properties of alumina and the high thermal conductivity of aluminum nitride.

대한민국 등록특허 제 10-0721780 호에서는, 알루미늄 혹은 알루미늄합금 기지의 결정립 크기와 질화알루미늄 강화상의 크기가 10 ㎛ 이하의 극미세 나노구조를 가지는 복합재료를 개시하고 있다. 상기 제 10-0721780 호에서는, 상기 복합재료를 제조하기 위하여 질화 유도 분위기에서 기계적 밀링/합금화 단계 후, Al/AlN 형성을 위한 열처리 공정을 사용하여 알루미늄/질화알루미늄 혹은 알루미늄합금/질화알루미늄 복합분말을 제조하고, 최종적으로 상기 복합분말을 열간 성형하여 고강도 금속 성형체를 제조하는 방법을 사용하고 있다.Korean Patent No. 10-0721780 discloses a composite material having an ultrafine nanostructure having a grain size of aluminum or aluminum alloy matrix and an aluminum nitride reinforced phase of 10 μm or less. In No. 10-0721780, in order to manufacture the composite material, after the mechanical milling / alloying step in a nitriding induction atmosphere, an aluminum / aluminum nitride or aluminum alloy / aluminum nitride composite powder is prepared using a heat treatment process for forming Al / AlN. The composite powder is finally hot-molded to produce a high-strength metal molded body.

본원은 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하고 서로 상이한 입자 크기를 가지는 상이한 세라믹 입자들이 균일하게 분산되어 있는 소결체를 포함하며, 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상(secondary phase) 형성이 감소되거나 2차상 형성이 없는 세라믹 복합재료 및 상기 세라믹 복합재료의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention includes a sintered body containing different ceramic components and having uniformly dispersed different ceramic particles having different particle sizes, wherein secondary phase formation is reduced or secondary phase formation between the different ceramic particles is reduced. To provide a ceramic composite material and a method for producing the ceramic composite material.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하고 서로 상이한 입자 크기를 가지는 상이한 세라믹 입자들이 균일하게 분산되어 있는 소결체를 포함하는, 세라믹 복합재료를 제공한다.A first aspect of the present application provides a ceramic composite material, which comprises a sintered body containing different ceramic components from one another and uniformly dispersed different ceramic particles having different particle sizes from each other.

본원의 제 2 측면은, 하기를 포함하는, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 상기 세라믹 복합재료의 제조방법을 제공한다:A second aspect of the present application provides a method of making the ceramic composite material according to the first aspect of the present application, comprising:

(a) 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하는 상이한 세라믹 입자들 각각의 입자 크기를 조절하는 단계;(a) adjusting the particle size of each of the different ceramic particles containing different ceramic components;

(b) 상기 입자 크기가 조절된 세라믹들을 용매 중에 분산 및 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; (b) dispersing and mixing the particle size controlled ceramics in a solvent to form a slurry;

(c) 상기 슬러리로부터 상기 용매를 제거하여 세라믹 복합분말을 형성하는 단계; 및(c) removing the solvent from the slurry to form a ceramic composite powder; And

(d) 상기 세라믹 복합분말을 소결시켜 세라믹 복합재료를 형성하는 단계.(d) sintering the ceramic composite powder to form a ceramic composite material.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하고 서로 상이한 입자 크기를 가지는 상이한 세라믹 입자들이 균일하게 분산되어 있는 소결체로서, 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상(secondary phase) 형성이 감소되거나 2차상 형성이 없는 것인, 세라믹 복합재료를 제공할 수 있다. 구체적으로, 본원에 따른 상기 세라믹 복합재료에 있어서, 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상 형성이 감소되거나 2차상 형성이 없도록 함으로써, 상기 세라믹 복합재료의 전기적 특성 및/또는 열적 특성을 향상시킬 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present invention, as a sintered body containing different ceramic components and uniformly dispersed different ceramic particles having different particle sizes, secondary phase formation between the different ceramic particles It is possible to provide a ceramic composite material, either reduced or without secondary phase formation. Specifically, in the ceramic composite material according to the present application, by reducing the secondary phase formation or no secondary phase formation between the different ceramic particles, it is possible to improve the electrical and / or thermal properties of the ceramic composite material. .

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 (a) 질화알루미늄 분말, (b) 알루미나 분말, 및 (c) 본원의 일 실시예에 따른 균일하게 분산된 질화알루미늄 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 세라믹 복합재료 각각의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope = SEM) 사진이다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료의 제조방법에 있어서 소결 과정이 진행됨에 따라 나타나는 상(phase)의 변화를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 세라믹 복합재료의 XRD 스펙트럼이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 세라믹 복합재료 제조 중 2차상 분석을 위한 STEM 사진 및 TEM을 이용한 EDX 분석을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 세라믹 복합재료의 열전도도 및 전기전도도를 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic view showing the structure of a ceramic composite material according to one embodiment of the present application.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a ceramic composite material according to one embodiment of the present application.
3 is a scanning electron microscope of each ceramic composite material including (a) aluminum nitride powder, (b) alumina powder, and (c) uniformly dispersed aluminum nitride particles and alumina particles according to an embodiment of the present disclosure. Electron Microscope = SEM).
Figure 4 is a schematic diagram showing a change in the phase (phase) appearing as the sintering process in the method of manufacturing a ceramic composite material according to an embodiment of the present application.
5 is an XRD spectrum of a ceramic composite material according to one embodiment of the present application.
Figure 6 is a graph showing the EDX analysis using STEM photographs and TEM for secondary phase analysis during the manufacture of a ceramic composite material according to an embodiment of the present application.
7 is a graph showing the thermal conductivity and the electrical conductivity of the ceramic composite material according to an embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
Throughout this specification, the term “combination of these” included in the expression of the makushi form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the makushi form, wherein the constituents It means to include one or more selected from the group consisting of.

본원의 제 1 측면에 따른 세라믹 복합재료는, 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하고 서로 상이한 입자 크기를 가지는 상이한 세라믹 입자들이 균일하게 분산되어 있는 소결체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The ceramic composite material according to the first aspect of the present disclosure may include, but is not limited to, a sintered body containing different ceramic components and having different ceramic particles uniformly dispersed therein.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 세라믹 복합재료는, 상기 상이한 세라믹 입자들의 입자 크기를 특정 비율 범위에서 서로 상이하게 조절하여 소결함으로써 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상(secondary phase) 형성이 감소되거나 2차상 형성이 없는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the ceramic composite material, the secondary particle formation between the different ceramic particles is reduced by sintering by controlling the particle size of the different ceramic particles differently from each other in a specific ratio range or There may be no secondary phase formation, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 세라믹 입자들 각각은 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 세라믹 성분을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 세라믹 성분들은 서로 혼합하여 종래 기술에서와 같이 입자 크기를 서로 상이하게 조절하지 않고 소결하는 경우, 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상이 형성되어 제한된 전기적/열적 특성을 가지게 된다.According to one embodiment of the present application, each of the ceramic particles may include a ceramic component selected from the group consisting of oxides, carbides, nitrides, borides, and combinations thereof, but is not limited thereto. When the ceramic components are mixed with each other and sintered without controlling the particle sizes differently from each other as in the prior art, secondary phases are formed between the different ceramic particles to have limited electrical / thermal properties.

상기 질화물은, 예를 들어, TiN, ZrN, HfN, VN, NbN, TaN 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The nitride may include, for example, one or more selected from the group consisting of TiN, ZrN, HfN, VN, NbN, TaN, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 산화물은, 예를 들어, SiO2, TiO2, ZrO2, Ta2O5, MgO, BeO 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the oxide may include one or more selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , MgO, BeO, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 탄화물은, 예를 들어, SiC, TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC, Mo2C, WC 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The carbide may include, for example, at least one selected from the group consisting of SiC, TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC, Mo 2 C, WC, and combinations thereof, but is not limited thereto. no.

상기 붕화물은, 예를 들어, TiB2, ZrB2, HfB2, VB2, NbB2, TaB2, WB2, MoB2 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The boride may include, for example, one or more selected from the group consisting of TiB 2 , ZrB 2 , HfB 2 , VB 2 , NbB 2 , TaB 2 , WB 2 , MoB 2, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각은 약 1 nm 내지 약 100 ㎛의 입자 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각은 약 1 nm 내지 약 100 ㎛, 약 10 nm 내지 약 100 ㎛, 약 50 nm 내지 약 100 ㎛, 약 100 nm 내지 약 100 ㎛, 약 500 nm 내지 약 100 ㎛, 약 1 nm 내지 약 50 ㎛, 약 1 nm 내지 약 10 ㎛, 약 1 nm 내지 약 1 ㎛, 약 1 nm 내지 약 100 nm 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm의 크기를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, each of the different ceramic particles may have a particle size of about 1 nm to about 100 μm, but is not limited thereto. For example, each of the different ceramic particles is about 1 nm to about 100 μm, about 10 nm to about 100 μm, about 50 nm to about 100 μm, about 100 nm to about 100 μm, about 500 nm to about 100 μm , About 1 nm to about 50 μm, about 1 nm to about 10 μm, about 1 nm to about 1 μm, about 1 nm to about 100 nm or about 1 nm to about 10 nm, but is not limited thereto. It is not.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들 간의 입자 크기 비율은 가장 작은 입자를 기준으로 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 100,000 이하의 범위로 조절된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 상이한 세라믹 입자들 간의 입자 크기 비율은 가장 작은 입자를 기준으로 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 100,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 10,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 1,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 800 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 600 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 400 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 200 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 100 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 80 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 60 이하, 약 1 : 약 1 이상 내지 약 1 : 약 40 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 100,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 10,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 1,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 800 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 600 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 400 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 200 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 100 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 80 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 60 이하, 또는 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 40 이하의 범위로 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the particle size ratio between the different ceramic particles may be adjusted in a range of about 1: greater than about 1 to about 1: about 100,000 or less based on the smallest particle, but is not limited thereto. no. For example, the particle size ratio between the different ceramic particles may range from about 1: greater than about 1 to about 1: about 100,000 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 10,000 or less, about 1, based on the smallest particle. : About 1 to about 1: about 1,000 or less, about 1: about 1 to about 1: about 800 or less, about 1: about 1 to about 1: about 600 or less, about 1: about 1 to about 1: About 400 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 200 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 100 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 80 or less, about 1: about Greater than 1 to about 1: about 60 or less, about 1: about 1 or more to about 1: about 40 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 100,000 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 10,000 About 1: about 10 or more to about 1: about 1,000 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 800 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 600 or less, about 1: about 10 or more To About 1: about 400 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 200 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 100 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 80 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 60 or less, or about 1: about 10 or more to about 1: about 40 or less, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따른 상기 세라믹 복합재료는 그의 형성 시 사용되는 상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 함량 (부피)을 적절한 범위에서 조절함으로써 소결 과정에서 불완전한 소결이 일어나지 않도록 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 소결과정에서 일부 세라믹 입자들의 함량이 과도하게 많으면 불완전한 소결이 발생할 수 있으며, 이 때 상기 복합재료의 기계적, 전기적 및/ 또는 열적 특성을 향상시키는 효과가 감소될 수 있다. 따라서, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 함량 범위 및 비율을 적절하게 제어할 필요가 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 함량은 상기 세라믹 복합재료 제조시 소결 전에 혼합되는 상기 상이한 세라믹 입자들의 혼합물 전체 부피를 기준으로 상기 상이한 세라믹 입자들의 각각의 부피를 약 0 부피% 초과 내지 약 50 부피% 범위에서 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 세라믹 복합재료 제조 시 소결 전에 혼합되는 상기 상이한 세라믹 입자들의 혼합물 전체 부피를 기준으로 상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 부피를 약 0 부피% 초과 내지 약 50 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 45 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 40 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 35 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 30 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 25 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 20 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 15 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 10 부피%, 약 5 부피% 내지 약 50 부피%, 약 5 부피% 내지 약 45 부피%, 약 5 부피% 내지 약 40 부피%, 약 5 부피% 내지 약 35 부피%, 약 5 부피% 내지 약 30 부피%, 약 5 부피% 내지 약 25 부피%, 약 5 부피% 내지 약 20 부피%, 약 5 부피% 내지 약 15 부피%, 약 5 부피% 내지 약 10 부피%, 약 10 부피% 내지 약 50 부피%, 약 10 부피% 내지 약 45 부피%, 약 10부피% 내지 약 40 부피%, 약 10 부피% 내지 약 35 부피%, 약 10 부피% 내지 약 30 부피%, 약 10 부피% 내지 약 25 부피%, 약 10 부피% 내지 약 20 부피%, 또는 약 10 부피% 내지 약 15 부피%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The ceramic composite material according to the embodiment of the present application may be adjusted so as to prevent incomplete sintering during the sintering process by adjusting the content (volume) of each of the different ceramic particles used in the formation thereof in an appropriate range, but is not limited thereto. no. When the content of some ceramic particles in the sintering process is excessively high, incomplete sintering may occur, and the effect of improving the mechanical, electrical and / or thermal properties of the composite material may be reduced. Therefore, it is necessary to properly control the content range and ratio of each of the different ceramic particles. In one embodiment of the present disclosure, the content of each of the different ceramic particles is about 0 volume of each volume of the different ceramic particles based on the total volume of the mixture of different ceramic particles mixed before sintering during the manufacture of the ceramic composite material. It may be adjusted in the range of more than% to about 50% by volume, but is not limited thereto. For example, the volume of each of the different ceramic particles is greater than about 0% to about 50% by volume, and greater than about 0% by volume, based on the total volume of the mixture of different ceramic particles mixed before sintering in the manufacture of the ceramic composite material. To about 45 volume percent, greater than about 0 volume percent to about 40 volume percent, greater than about 0 volume percent to about 35 volume percent, greater than about 0 volume percent to about 30 volume percent, greater than about 0 volume percent to about 25 volume percent, Greater than about 0 volume% to about 20 volume%, greater than about 0 volume% to about 15 volume%, greater than about 0 volume% to about 10 volume%, about 5 volume% to about 50 volume%, about 5 volume% to about 45 Volume%, about 5 volume% to about 40 volume%, about 5 volume% to about 35 volume%, about 5 volume% to about 30 volume%, about 5 volume% to about 25 volume%, about 5 volume% to about 20 Volume%, about 5 volume% to about 15 volume%, about 5 volume% to about 10 volume%, about 10 volume% to about 50 volume%, about 10 parts % To about 45 vol%, about 10 vol% to about 40 vol%, about 10 vol% to about 35 vol%, about 10 vol% to about 30 vol%, about 10 vol% to about 25 vol%, about 10 vol % To about 20% by volume, or about 10% to about 15% by volume, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들은 서로 상이한 성분을 함유하는 2종류 또는 3종류의 세라믹 입자들을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the different ceramic particles may include two or three kinds of ceramic particles containing different components from each other, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들은 알루미나 입자 및 질화알루미늄 입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the different ceramic particles may include alumina particles and aluminum nitride particles, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들은 상기 알루미나 입자 및 상기 질화알루미늄 입자 외에 상이한 세라믹 성분을 함유하는 세라믹 입자를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the different ceramic particles may further include ceramic particles containing different ceramic components in addition to the alumina particles and the aluminum nitride particles, but are not limited thereto.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료는, 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하고 서로 상이한 입자 크기를 가지는 상이한 세라믹 입자들이 균일하게 분산되어 있는 것으로서, 예를 들어, 크기가 보다 큰 입자가 크기가 보다 작은 다른 입자들 사이에 균일하게 분산되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 형태의 본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합 재료에 있어서, 상기 크기가 보다 큰 입자는, 예를 들어, 질화알루미늄 입자일 수 있고, 상기 크기가 보다 작은 입자는, 예를 들어, 알루미나 입자일 수 있다. 따라서, 상기 크기가 보다 큰 입자와 상기 크기가 보다 작은 입자 간의 크기 차이에 의해, 상기 크기가 보다 큰 입자와 상기 크기가 보다 작은 입자를 포함하는 혼합 분말의 소결성을 향상시킴으로써, 상기 크기가 보다 큰 입자의 분산성을 향상시킴과 동시에, 상기 크기가 보다 큰 입자가 상기 크기가 보다 작은 입자와 반응하여 생성될 수 있는 2차상을 최소화하거나 피할 수 있다. 예를 들어, 상기 질화알루미늄 입자보다 작은 입자 크기를 가지는 알루미나 입자를 사용함으로써 알루미나 분말의 소결성을 향상시킴과 동시에 질화알루미늄이 알루미나와 반응하여 생성하는 이차상을 최소화하거나 피할 수 있다.1 is a schematic view showing the structure of a ceramic composite material according to one embodiment of the present application. Referring to FIG. 1, a ceramic composite material according to an embodiment of the present disclosure is formed by uniformly dispersing different ceramic particles containing different ceramic components and having different particle sizes, for example, having a larger size. The particles may be uniformly dispersed among other particles having a smaller size, but are not limited thereto. In the ceramic composite material according to one embodiment of the present application of this type, the larger particles may be, for example, aluminum nitride particles, and the smaller particles may be, for example, alumina particles. Can be. Thus, by the size difference between the larger particles and the smaller particles, the sinterability of the mixed powder including the larger particles and the smaller particles is improved, thereby increasing the larger size. While improving the dispersibility of the particles, it is possible to minimize or avoid secondary phases in which the larger particles can be produced by reacting with the smaller particles. For example, by using alumina particles having a particle size smaller than that of the aluminum nitride particles, the sinterability of the alumina powder may be improved, and at the same time, the secondary phase that aluminum nitride reacts with the alumina may be minimized or avoided.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 알루미나 입자들 사이에 분산되는 질화알루미늄의 양이 상기 기재된 각 세라믹 입자의 함량 범위를 초과하여 과도하게 되는 경우, 예를 들어, 질화알루미늄 상호간의 난소결성에 의해 질화알루미늄과 알루미나가 소결되지 않을 수 있다. 상기 복합분말 내 일부분에 있어서 질화알루미늄 및 알루미나가 소결되지 않을 경우, 상기 복합재료의 상기 기계적, 전기적 또는 열적 특성을 향상시키는 역할을 둔화시킬 것으로 여겨진다. 따라서, 상기 알루미나 내에 분산되는 질화알루미늄의 양은 적절하게 제어될 필요가 있다.In one embodiment of the present application, when the amount of aluminum nitride dispersed between the alumina particles becomes excessive beyond the content range of each of the ceramic particles described above, for example, nitriding by the mutual sintering of aluminum nitride Aluminum and alumina may not be sintered. If aluminum nitride and alumina are not sintered in a portion of the composite powder, it is believed to slow the role of improving the mechanical, electrical or thermal properties of the composite material. Therefore, the amount of aluminum nitride dispersed in the alumina needs to be appropriately controlled.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알루미나 입자는 수 nm 내지 수십 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있으며, 예를 들어, 약 1 nm 내지 약 10 ㎛, 약 10 nm 내지 약 10 ㎛, 약 50 nm 내지 약 10 ㎛, 약 100 nm 내지 약 10 ㎛, 약 500 nm 내지 약 10 ㎛, 약 1 nm 내지 약 5 ㎛, 약 1 nm 내지 약 1 ㎛, 약 1 nm 내지 약 100 nm 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm의 크기를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present disclosure, the alumina particles may have a size of several nm to several tens of micrometers or less, for example, about 1 nm to about 10 μm, about 10 nm to about 10 μm, about 50 nm to about 10 μm, about 100 nm to about 10 μm, about 500 nm to about 10 μm, about 1 nm to about 5 μm, about 1 nm to about 1 μm, about 1 nm to about 100 nm or about 1 nm to about 10 nm It may have a size of, but is not limited thereto.

또한, 상기 질화알루미늄 분말 상태의 다양한 종류의 질화알루미늄이 적용될 수 있다. 상기 질화알루미늄 입자는 수 nm 내지 수십 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있으며, 예를 들어, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각은 약 1 nm 내지 약 100 ㎛, 약 10 nm 내지 약 100 ㎛, 약 50 nm 내지 약 100 ㎛, 약 100 nm 내지 약 100 ㎛, 약 500 nm 내지 약 100 ㎛, 약 1 nm 내지 약 50 ㎛, 약 1 nm 내지 약 10 ㎛, 약 1 nm 내지 약 1㎛, 약 1 nm 내지 약 100 nm 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm의 크기를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, various types of aluminum nitride in the aluminum nitride powder state may be applied. The aluminum nitride particles may have a size of several nm to several tens of micrometers or less, for example, each of the different ceramic particles may be from about 1 nm to about 100 μm, from about 10 nm to about 100 μm, from about 50 nm to about 100 μm, about 100 nm to about 100 μm, about 500 nm to about 100 μm, about 1 nm to about 50 μm, about 1 nm to about 10 μm, about 1 nm to about 1 μm, about 1 nm to about 100 nm Or it may have a size of about 1 nm to about 10 nm, but is not limited thereto.

또한, 상기 질화알루미늄과 상기 알루미나의 반응에 의해 형성되는 2차상을 최소화하거나 피하기 위해서 상기 질화알루미늄과 상기 알루미나의 입자 크기 비율은 상기 질화알루미늄 입자 또는 상기 알루미나의 입자를 기준으로 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 100,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 10,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 1,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 800 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 600 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 400 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 200 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 100 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 80 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 60 이하, 약 1 : 약 1 이상 내지 약 1 : 약 40 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 100,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 10,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 1,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 800 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 600 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 400 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 200 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 100 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 80 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 60 이하, 또는 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 40 이하의 범위로 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기 입자 크기 비율 범위 내에서 상기 질화알루미늄 입자가 상기 알루미나 입자보다 큰 크기를 가지거나 또는 상기 질화알루미늄 입자가 상기 알루미나 입자보다 작은 크기를 가지도록 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
Further, in order to minimize or avoid secondary phases formed by the reaction of the aluminum nitride with the alumina, the particle size ratio of the aluminum nitride and the alumina is about 1: greater than about 1 based on the aluminum nitride particles or the particles of the alumina. To about 1: about 100,000 or less, about 1: about 1 or more to about 1: about 10,000 or less, about 1: about 1 or more to about 1: about 1,000 or less, about 1: about 1 or more to about 1: about 800 or less, About 1: greater than about 1 to about 1: about 600 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 400 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 200 or less, about 1: greater than about 1 1: about 100 or less, about 1: about 1 or more to about 1: about 80 or less, about 1: about 1 or more to about 1: about 60 or less, about 1: about 1 or more to about 1: about 40 or less, about 1 From about 10 or more to about 1: about 100,000 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 10,000 or less, about 1: About 10 or more to about 1: about 1,000 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 800 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 600 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 400 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 200 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 100 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 80 or less, about 1: about 10 Or more to about 1: about 60 or less, or about 1: about 10 or more to about 1: about 40 or less, but is not limited thereto. That is, the aluminum nitride particles may be adjusted to have a size larger than the alumina particles or the aluminum nitride particles may have a size smaller than the alumina particles within the particle size ratio range, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 하기를 포함하는, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 상기 세라믹 복합재료의 제조방법을 제공한다:A second aspect of the present application provides a method of making the ceramic composite material according to the first aspect of the present application, comprising:

(a) 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하는 상이한 세라믹 입자들 각각의 입자 크기를 조절하는 단계;(a) adjusting the particle size of each of the different ceramic particles containing different ceramic components;

(b) 상기 입자 크기가 조절된 세라믹들을 용매 중에 분산 및 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;(b) dispersing and mixing the particle size controlled ceramics in a solvent to form a slurry;

(c) 상기 슬러리로부터 상기 용매를 제거하여 세라믹 복합분말을 형성하는 단계; 및(c) removing the solvent from the slurry to form a ceramic composite powder; And

(d) 상기 세라믹 복합분말을 소결시켜 세라믹 복합재료를 형성하는 단계.(d) sintering the ceramic composite powder to form a ceramic composite material.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 세라믹 복합재료는, 상기 상이한 세라믹 입자들의 입자 크기를 특정 비율 범위에서 서로 상이하게 조절하여 소결함으로써 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상(secondary phase) 형성이 감소되거나 2차상 형성이 없는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the ceramic composite material, the secondary particle formation between the different ceramic particles is reduced by sintering by controlling the particle size of the different ceramic particles differently from each other in a specific ratio range or There may be no secondary phase formation, but is not limited thereto.

도 2는 본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료의 제조방법을 나타내는 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a ceramic composite material according to one embodiment of the present application.

본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료의 제조방법은 서로 상이한 세라믹 성분을 함유하는 상이한 세라믹 입자들 각각의 입자 크기를 조절하는 단계(S100), 상기 입자 크기가 조절된 세라믹들을 용매 중에 분산 및 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계(S110), 상기 슬러리로부터 상기 용매를 제거하여 세라믹 복합분말을 형성하는 단계(S120), 상기 세라믹 복합분말을 소결시켜 세라믹 복합재료를 형성하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.Method of manufacturing a ceramic composite material according to an embodiment of the present invention is the step of adjusting the particle size of each of the different ceramic particles containing different ceramic components (S100), the particle size controlled ceramics are dispersed and mixed in a solvent Forming a slurry (S110), removing the solvent from the slurry to form a ceramic composite powder (S120), and sintering the ceramic composite powder to form a ceramic composite material (S130). have.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각은 약 1 nm 내지 약 100 ㎛의 입자 크기를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각은 약 1 nm 내지 약 100 ㎛, 약 10 nm 내지 약 100 ㎛, 약 50 nm 내지 약 100 ㎛, 약 100 nm 내지 약 100 ㎛, 약 500 nm 내지 약 100 ㎛, 약 1 nm 내지 약 50 ㎛, 약 1 nm 내지 약 10 ㎛, 약 1 nm 내지 약 1 ㎛, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 10 nm 의 크기를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present disclosure, each of the different ceramic particles may have a particle size of about 1 nm to about 100 μm, but is not limited thereto. For example, each of the different ceramic particles is about 1 nm to about 100 μm, about 10 nm to about 100 μm, about 50 nm to about 100 μm, about 100 nm to about 100 μm, about 500 nm to about 100 μm , About 1 nm to about 50 μm, about 1 nm to about 10 μm, about 1 nm to about 1 μm, about 1 nm to about 100 nm, or about 1 nm to about 10 nm, but is not limited thereto. It doesn't happen.

상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 크기는 당업계에 공지된 방법들을 당업자가 적의 선택하여 이용함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 상이한 세라믹 입자 분말 각각을 볼밀링하여 체로 걸러서 원하는 크기의 입자를 수득할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The size of each of the different ceramic particles can be adjusted by the person skilled in the art using appropriate choices known in the art. For example, each of the different ceramic particle powders may be ball milled and sieved to obtain particles of a desired size, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들 간의 입자 크기 비율은 가장 작은 입자를 기준으로 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 100,000 이하의 범위로 조절된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 상이한 세라믹 입자들 간의 입자 크기 비율은 가장 작은 입자를 기준으로 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 100,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 10,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 1,000 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 800 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 600 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 400 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 200 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 100 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 80 이하, 약 1 : 약 1 초과 내지 약 1 : 약 60 이하, 약 1 : 약 1 이상 내지 약 1 : 약 40 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 100,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 10,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 1,000 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 800 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 600 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 400 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 200 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 100 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 80 이하, 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 60 이하, 또는 약 1 : 약 10 이상 내지 약 1 : 약 40 이하의 범위로 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the particle size ratio between the different ceramic particles may be adjusted in a range of about 1: greater than about 1 to about 1: about 100,000 or less based on the smallest particle, but is not limited thereto. no. For example, the particle size ratio between the different ceramic particles may range from about 1: greater than about 1 to about 1: about 100,000 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 10,000 or less, about 1, based on the smallest particle. : About 1 to about 1: about 1,000 or less, about 1: about 1 to about 1: about 800 or less, about 1: about 1 to about 1: about 600 or less, about 1: about 1 to about 1: 400 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 200 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 100 or less, about 1: greater than about 1 to about 1: about 80 or less, about 1: about 1 Greater than about 1: about 60 or less, about 1: about 1 or more to about 1: about 40 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 100,000 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 10,000 or less About 1: about 10 or more to about 1: about 1,000 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 800 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 600 or less, about 1: about 10 or more1: about 400 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 200 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 100 or less, about 1: about 10 or more to about 1: about 80 or less, about 1 : About 10 or more to about 1: about 60 or less, or about 1: about 10 or more to about 1: about 40 or less, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자 크기 조절과 함께 상기 소결 온도 범위를 적절하게 조절함으로써 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상(secondary phase) 형성이 감소되거나 2차상 형성이 없도록 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present application, by adjusting the sintering temperature range appropriately with the particle size control may be formed to reduce the secondary phase (secondary phase) formation or no secondary phase formation between the different ceramic particles, It is not limited to this.

일 구현예에 있어서, 상기 단계 (d)에서 소결은 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최대 부피 분율을 가지는 세라믹 성분, 최소 입자 크기 또는 최대 입자 크기를 가지는 세라믹 성분, 또는 최저 융점을 가지는 세라믹 성분 중 어느 하나 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 단계 (d)에서 소결은 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최대 부피 분율을 가지는 세라믹 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%, 약 60% 내지 약 80%, 또는 약 60% 내지 약 70% 의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the sintering in step (d) is any one of a ceramic component having a maximum volume fraction among the different ceramic particles, a ceramic component having a minimum or maximum particle size, or a ceramic component having a lowest melting point. It may be performed at a temperature of about 60% to about 90% of the melting point of the component, but is not limited thereto. For example, the sintering in step (d) may comprise about 60% to about 90%, about 60% to about 80%, or about 60% to about 60% of the melting point of the ceramic component having the largest volume fraction of the different ceramic particles. It may be performed at a temperature of 70%, but is not limited thereto.

다른 구현예에 있어서, 상기 단계 (d)에서 소결은 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최소 입자 크기를 가지는 세라믹 성분 또는 최대 입자 크기를 가지는 세라믹 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 단계 (d)에서 소결은 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최소 입자 크기를 가지는 세라믹 성분 또는 최대 입자 크기를 가지는 세라믹 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%, 약 60% 내지 약 80%, 또는 약 60% 내지 약 70%의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In another embodiment, the sintering in step (d) is carried out at a temperature of about 60% to about 90% of the melting point of the ceramic component having the smallest particle size or the ceramic component having the largest particle size among the different ceramic particles. It may be, but is not limited thereto. For example, sintering in step (d) may comprise from about 60% to about 90%, from about 60% to about 80, of the melting point of the ceramic component having the smallest or largest particle size among the different ceramic particles. %, Or about 60% to about 70%, but is not limited thereto.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 단계 (d)에서 소결은 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최저 융점을 가지는 세라믹 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 단계 (d)에서 소결은 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최저 융점을 가지는 세라믹 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%, 약 60% 내지 약 80%, 또는 약 60% 내지 약 70% 의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In another embodiment, the sintering in step (d) may be performed at a temperature of about 60% to about 90% of the melting point of the ceramic component having the lowest melting point among the different ceramic particles, but is not limited thereto. no. For example, the sintering in step (d) may comprise about 60% to about 90%, about 60% to about 80%, or about 60% to about 70 of the melting point of the ceramic component having the lowest melting point of the different ceramic particles. It may be performed at a temperature of%, but is not limited thereto.

상기한 조건 및 범위로 상기 소결 온도를 조절함으로써, 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상 형성이 감소되거나 2차상 형성이 없도록 조절할 수 있다.By adjusting the sintering temperature in the above conditions and ranges, the secondary phase formation between the different ceramic particles can be reduced or there can be no secondary phase formation.

본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료에 있어서, 상기 상이한 세라믹 입자들은 서로 균일하게 분산되어 있는 것일 수 있으며, 상기 상이한 세라믹 입자들간의 입자 크기 차이에 의해 소결성을 향상시키는 것 및 상기 상이한 세라믹 입자들 간에 형성될 수 있는 2차상의 형성을 최소화하거나 피함으로써 세라믹 복합재료의 소결성, 열적 특성, 전기적 특성 등을 향상시킬 수 있다.In the ceramic composite material according to the embodiment of the present application, the different ceramic particles may be uniformly dispersed with each other, to improve the sinterability by the particle size difference between the different ceramic particles and the different ceramic particles By minimizing or avoiding the formation of secondary phases that may be formed in the liver, the sinterability, thermal properties, electrical properties, etc. of the ceramic composite material may be improved.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단계 (c) 는 상기 세라믹 복합분말을 건조시키는 것을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 건조는 상기 용매를 충분히 제거할 수 있는 온도 범위라면 특별히 제한이 없으며, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 100℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present application, step (c) may be to further include drying the ceramic composite powder, but is not limited thereto. The drying is not particularly limited so long as it is a temperature range capable of sufficiently removing the solvent, for example, may be about 70 ℃ to about 100 ℃, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 세라믹 입자들 각각은 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 세라믹 성분을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 세라믹 성분들은 서로 혼합하여 종래 기술에서와 같이 입자 크기를 서로 상이하게 조절하지 않고 소결하는 경우 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상이 형성되어 제한된 전기적/열적 특성을 가지게 된다.According to one embodiment of the present application, each of the ceramic particles may include a ceramic component selected from the group consisting of oxides, carbides, nitrides, borides, and combinations thereof, but is not limited thereto. When the ceramic components are mixed with each other and sintered without controlling the particle size differently as in the prior art, a secondary phase is formed between the different ceramic particles, thereby having limited electrical / thermal properties.

상기 질화물은, 예를 들어, TiN, ZrN, HfN, VN, NbN, TaN 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The nitride may include, for example, one or more selected from the group consisting of TiN, ZrN, HfN, VN, NbN, TaN, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 산화물은, 예를 들어, SiO2, TiO2, ZrO2, Ta2O5, MgO, BeO 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the oxide may include one or more selected from the group consisting of SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , MgO, BeO, and combinations thereof, but is not limited thereto.

상기 탄화물은, 예를 들어, SiC, TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC, Mo2C, 또는 WC 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The carbide may include, for example, at least one selected from the group consisting of SiC, TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC, Mo 2 C, or WC and combinations thereof, but is not limited thereto. It is not.

상기 붕화물은, 예를 들어, TiB2, ZrB2, HfB2, VB2, NbB2, TaB2, WB2, MoB2 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The boride may include, for example, one or more selected from the group consisting of TiB 2 , ZrB 2 , HfB 2 , VB 2 , NbB 2 , TaB 2 , WB 2 , MoB 2, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따른 상기 세라믹 복합재료는 그의 형성 시 사용되는 상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 함량 (부피 또는 중량)을 적절한 범위에서 조절함으로써 소결 과정에서 불완전한 소결이 일어나지 않도록 할 수 있다. 상기 소결과정에서 일부 세라믹 입자들의 함량이 과도하게 많으면 불완전한 소결이 발생하는 경우 상기 복합재료의 기계적, 전기적 및/ 또는 열적 특성을 향상시키는 효과가 감소될 수 있다. 따라서, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 함량 범위 및 비율을 적절하게 제어할 필요가 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 함량은 상기 세라믹 복합재료 제조 시 소결 전에 혼합되는 상기 상이한 세라믹 입자들의 혼합물 전체 부피를 기준으로 상기 상이한 세라믹 입자들의 각각의 부피를 약 0 부피% 초과 내지 약 50 부피% 범위에서 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 세라믹 복합재료 제조 시 소결 전에 혼합되는 상기 상이한 세라믹 입자들의 혼합물 전체 부피를 기준으로 상기 상이한 세라믹 입자들 각각의 부피를 약 0 부피% 초과 내지 약 50 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 45 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 40 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 35 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 30 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 25 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 20 부피%, 0 부피% 초과 내지 약 15 부피%, 약 0 부피% 초과 내지 약 10 부피%, 약 5 부피% 내지 약 50 부피%, 약 5 부피% 내지 약 45 부피%, 약 5 부피% 내지 약 40 부피%, 약 5 부피% 내지 약 35 부피%, 약 5 부피% 내지 약 30 부피%, 약 5 부피% 내지 약 25 부피%, 약 5 부피% 내지 약 20 부피%, 약 5 부피% 내지 약 15 부피%, 약 5 부피% 내지 약 10 부피%, 약 10 부피% 내지 약 50 부피%, 약 10 부피% 내지 약 45 부피%, 10부피% 내지 약 40 부피%, 10 부피% 내지 약 35 부피%, 약 10 부피% 내지 약 30 부피%, 약 10 부피% 내지 약 25 부피%, 약 10 부피% 내지 약 20 부피%, 또는 약 10 부피% 내지 약 15 부피% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The ceramic composite material according to one embodiment of the present application may prevent incomplete sintering during the sintering process by adjusting the content (volume or weight) of each of the different ceramic particles used in the formation thereof in an appropriate range. When the content of some ceramic particles in the sintering process is excessively high, when the incomplete sintering occurs, the effect of improving the mechanical, electrical and / or thermal properties of the composite material may be reduced. Therefore, it is necessary to properly control the content range and ratio of each of the different ceramic particles. In one embodiment of the present disclosure, the content of each of the different ceramic particles is about 0 volume of each volume of the different ceramic particles based on the total volume of the mixture of different ceramic particles mixed before sintering during the manufacture of the ceramic composite material. It may be adjusted in the range of more than% to about 50% by volume, but is not limited thereto. For example, the volume of each of the different ceramic particles is greater than about 0% to about 50% by volume, and greater than about 0% by volume, based on the total volume of the mixture of different ceramic particles mixed before sintering in the manufacture of the ceramic composite material. To about 45 volume percent, greater than about 0 volume percent to about 40 volume percent, greater than about 0 volume percent to about 35 volume percent, greater than about 0 volume percent to about 30 volume percent, greater than about 0 volume percent to about 25 volume percent, About 0% to about 20% by volume, about 0% to about 15% by volume, about 0% to about 10% by volume, about 5% to about 50% by volume, about 5% to about 45% by volume %, About 5% to about 40%, about 5% to about 35%, about 5% to about 30%, about 5% to about 25%, about 5% to about 20% %, About 5% to about 15%, about 5% to about 10%, about 10% to about 50%, about 10% by volume About 45% by volume, 10% by volume to about 40% by volume, 10% by volume to about 35% by volume, about 10% by volume to about 30% by volume, about 10% by volume to about 25% by volume, about 10% by volume to about 20% by volume, or about 10% by volume to about 15% by volume, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들은 서로 상이한 성분을 함유하는 2종류 또는 3종류의 세라믹 입자들을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the different ceramic particles may include two or three kinds of ceramic particles containing different components from each other, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들은 알루미나 입자 및 질화알루미늄 입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the different ceramic particles may include alumina particles and aluminum nitride particles, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상이한 세라믹 입자들은 상기 알루미나 입자 및 질화알루미늄 입자 외에 상이한 세라믹 성분을 함유하는 세라믹 입자를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the different ceramic particles may further include ceramic particles containing different ceramic components in addition to the alumina particles and aluminum nitride particles, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 상이한 세라믹 입자들을 균일하게 분산할 수 있는 용매라면 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 용매는 물, 알코올류, 또는 다른 유기 용매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 단계 (b)에서 분산을 더욱 촉진하기 위하여 필요한 경우 초음파 처리를 이용할 수 있다.According to one embodiment of the present application, the solvent may be used without particular limitation as long as it is a solvent capable of uniformly dispersing different ceramic particles, for example, the solvent may include water, alcohols, or other organic solvents. However, it is not limited thereto. In step (b), sonication may be used if necessary to further promote dispersion.

상기 소결하는 것은, 내부에 빈 공간을 갖는 금속 몰드 (mold) 내에 상기 세라믹 복합분말을 필요한 경우 펠렛 (pellet) 등의 형태로 가압 성형하여 넣고, 플라즈마 소결 (spark plasma sintering = SPS)하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 플라즈마 소결 시 온도는 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최대 부피 분율을 가지는 세라믹 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%의 온도, 또는 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최소 입자 크기를 가지는 세라믹 성분 또는 최대 입자 크기를 가지는 세라믹 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%의 온도, 또는 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최저 융점을 가지는 세라믹 성분의 융점의 약 60% 내지 약 90%의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 소결 시 몰드 내부에 채워진 상기 세라믹 복합재료 분말 또는 그의 펠렛에 압력을 가하여 소결을 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The sintering may include pressing and molding the ceramic composite powder into a pellet or the like in a metal mold having an empty space therein, and sintering plasma (spark plasma sintering = SPS). May be, but is not limited thereto. The temperature during the plasma sintering is at a temperature of about 60% to about 90% of the melting point of the ceramic component having the largest volume fraction of the different ceramic particles, or the ceramic component or the maximum particle size having the minimum particle size among the different ceramic particles. About 60% to about 90% of the melting point of the ceramic component having a temperature, or about 60% to about 90% of the melting point of the ceramic component having the lowest melting point among the different ceramic particles, but It is not limited. The sintering may be performed by applying pressure to the ceramic composite powder or pellets filled in the mold during the sintering, but is not limited thereto.

이하, 실시예를 통해 본 명세서에 개시된 기술을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 본원의 기술개념에 해당하는 것이면 어떤 형태이든지 응용 가능하므로, 본 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but any form may be applied as long as it corresponds to the technical concept of the present application, and thus is not limited by the present embodiment.

[[ 실시예Example ]]

<< 실시예1Example 1 >>

지르코니아 볼이 담긴 폴리프로필렌 통에 약 2 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 크기의 알루미나 분말을 약 3 g 넣고, 에탄올을 첨가하여 슬러리화하고, 이어서, 약 48 시간 동안 습식 밀링하여 분쇄하고, 약 90℃로 유지된 건조기에서 건조하여, 크기가 약 0.5 ㎛ 내지 약 1.0 ㎛인 알루미나 입자를 수득하였다.About 3 g of alumina powder having a size of about 2 μm to about 5 μm is placed in a polypropylene barrel containing zirconia balls, slurried by adding ethanol, and then milled by wet milling for about 48 hours, and maintained at about 90 ° C. Dried in a dry dryer to obtain alumina particles having a size of about 0.5 μm to about 1.0 μm.

질화알루미늄 판재를 유발로 고르게 분쇄하고, 체로 거르는 것에 의해, 약 40 ㎛ 내지 약 70 ㎛의 크기를 갖는 질화알루미늄 입자 약 3 g을 수득하였다. 이후 두 분말을 고르게 혼합하기 위해 지르코니아 볼이 담긴 폴리프로필렌 통에 분쇄된 상기 알루미나 입자와 분쇄된 상기 질화알루미늄 입자를 넣고 에탄올을 첨가하여 초음파를 조사하여 슬러리를 제조한 후, 약 1 시간 정도 습식 볼밀링을 수행하였다. 이어서, 약 90℃로 유지된 건조기에서 습식 볼밀링이 끝난 상기 슬러리를 건조하여, 상기 질화알루미늄 입자와 상기 산화알루미늄 입자가 각각 약 1 : 약 1로 혼합된 세라믹 복합 분말을 제조하였다.The aluminum nitride plate was evenly ground in a mortar and sieved to obtain about 3 g of aluminum nitride particles having a size of about 40 μm to about 70 μm. Thereafter, in order to evenly mix the two powders, the pulverized alumina particles and the pulverized aluminum nitride particles were put in a polypropylene container containing zirconia balls, and ultrasonic waves were prepared by adding ethanol to produce a slurry, and the wet ball was about 1 hour. Milling was performed. Subsequently, the slurry after the wet ball milling was dried in a dryer maintained at about 90 ° C., thereby preparing a ceramic composite powder in which the aluminum nitride particles and the aluminum oxide particles were mixed at about 1: 1, respectively.

이후, 상기 세라믹 복합분말을 사용하여 세라믹 복합재료를 제조하기 위해 SPS 소결 공정을 이용하였다. 상기 소결을 진행하기 위해, 직경 약 13 pi 탄소 몰드를 준비하고, 고온에서 몰드의 탄소가 재료 속으로 확산되는 것을 방지하기 위해 BN 스프레이를 상기 탄소 몰드 내부에 도포하였다. 상기 세라믹 복합 분말을 가압하여 펠렛으로 제조한 후 상기 펠렛을 상기 탄소 몰드에 넣고 진공 분위기에서 약 1400℃까지 분당 약 100℃의 속도로 승온시킨 후, 이어서, 약 1,400℃에서 각각 0분, 5분, 10분 동안 온도를 유지시켜 소결을 수행하였다. SPS 소결 시 상기 탄소 몰드에 가하는 압력은 약 50 MPa이었으며, 소결이 완료된 후 진공 내에서 자연냉각방식으로 냉각시킨 후, 시편을 탄소 몰드와 분리시켰다. 최종적으로, 사포를 이용하여 제조된 세라믹 복합재료 표면의 탄소 확산층을 제거하여, 완성된 세라믹 복합재료를 제조하였다.Then, the SPS sintering process was used to manufacture a ceramic composite material using the ceramic composite powder. To proceed with the sintering, a carbon mold of about 13 pi diameter was prepared and a BN spray was applied inside the carbon mold to prevent the carbon of the mold from diffusing into the material at high temperatures. Pressing the ceramic composite powder to produce pellets, the pellets were placed in the carbon mold and heated in a vacuum atmosphere at a rate of about 100 ° C. per minute to about 1400 ° C., followed by 0 and 5 minutes at about 1,400 ° C., respectively. Sintering was carried out by maintaining the temperature for 10 minutes. The pressure applied to the carbon mold during SPS sintering was about 50 MPa. After the sintering was completed, the sample was separated from the carbon mold after cooling by natural cooling in vacuum. Finally, the carbon diffusion layer on the surface of the ceramic composite material prepared using sandpaper was removed to prepare a finished ceramic composite material.

도 3은 (a) 질화알루미늄 분말, (b) 알루미나 분말, 및 (c) 본원의 일 실시예에 따른 균일하게 분산된 질화알루미늄 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 세라믹 복합재료 각각의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope = SEM) 사진이다. 도 3a에서 나타난 것과 같이, 질화알루미늄은 수 ㎛ 의 결정립이 표면에 형성되어 있다. 도 3b에서 나타난 것과 같이, 알루미나 분말은 약 2 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 크기임이 관찰되었다. 도 3c에서 나타난 것과 같이, 세라믹 복합재료에서, 약 40 ㎛ 내지 약 70 ㎛인 질화알루미늄 입자 및 약 0.5 ㎛ 내지 약 1.0 ㎛인 알루미나 입자가 관찰되었으며, 질화알루미늄은 약 50 부피% 이었다.3 is a scanning electron microscope of each ceramic composite material including (a) aluminum nitride powder, (b) alumina powder, and (c) uniformly dispersed aluminum nitride particles and alumina particles according to an embodiment of the present disclosure. Electron Microscope = SEM). As shown in FIG. 3A, aluminum nitride has grains of several μm formed on the surface thereof. As shown in FIG. 3B, it was observed that the alumina powder was about 2 μm to about 5 μm in size. As shown in FIG. 3C, in the ceramic composite material, aluminum nitride particles of about 40 μm to about 70 μm and alumina particles of about 0.5 μm to about 1.0 μm were observed, with aluminum nitride being about 50% by volume.

상기 질화알루미늄은 상기 알루미나 입자들 사이에 균일하게 분산된다. 상기 질화알루미늄은 상기 알루미나 내에 분산되어 있고 상기 질화알루미늄 및 상기 알루미나 기지 입자 크기 차이로 인해 2차상 형성을 최소화할 수 있으며, 상기 세라믹 복합재료의 열적 특성, 전기적 특성 등을 향상시킬 수 있다. 도 3c에서 보여지는 것과 같이, 상기 본 실시예에 따른 세라믹 복합재료는 50 부피% 질화알루미늄을 포함한다.The aluminum nitride is uniformly dispersed among the alumina particles. The aluminum nitride is dispersed in the alumina, and the secondary phase formation may be minimized due to the difference in the size of the aluminum nitride and the alumina matrix, and the thermal and electrical properties of the ceramic composite material may be improved. As shown in FIG. 3C, the ceramic composite material according to the present embodiment includes 50% by volume aluminum nitride.

도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 세라믹 복합재료의 제조방법에 있어서 소결 과정이 진행됨에 따라 나타나는 상(phase)의 변화를 나타낸 모식도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing a change in the phase (phase) appearing as the sintering process in the method of manufacturing a ceramic composite material according to an embodiment of the present application.

알루미나의 경우 약 1,400℃ 내지 약 1,600℃에서 안정적인 소결이 일어나며 높게는 약 1,700℃에서도 소결을 하기도 한다. 반면, 질화알루미늄의 경우 그 소결 온도가 약 1,700℃ 내지 약 2,000℃이다. 이와 같이 소결 온도의 차이가 큰 재료들에 있어서, 질화알루미늄을 더 크게 제조하게 될 경우, 알루미나 소결 온도 근처의 낮은 소결 온도에서는 소결 진행이 더욱 더뎌지게 될 것이다. 도 4에서 보여지는 것과 같이, 초기 분말의 직경 차이가 약 100배 정도 나도록 재료를 설계한 후, 소결을 진행하게 되면, 알루미나에서만 초기에 넥킹 (necking)이 일어나 알루미나 간의 입자 성장만이 일어나게 되며, 어느 정도 입자 성장이 진행되면 질화알루미늄과 미약하게 물질확산이 일어나 계면간에 결합을 만들어 복합재료가 형성된다.In the case of alumina, stable sintering occurs at about 1,400 ° C. to about 1,600 ° C., and sintering is also performed at about 1,700 ° C. as high. In contrast, aluminum nitride has a sintering temperature of about 1,700 ° C to about 2,000 ° C. In materials with a large difference in sintering temperature, the larger the aluminum nitride is produced, the slower the sintering will proceed at low sintering temperatures near the alumina sintering temperature. As shown in FIG. 4, when the material is designed to have a diameter difference of about 100 times the initial powder, and then sintering, necking occurs initially only in alumina, and only grain growth between aluminas occurs. Particle growth progresses to a slight extent and material diffusion occurs weakly with aluminum nitride to form a bond between the interfaces to form a composite material.

도 4에서 보여지는 것과 같이, 제 1 단계에서는, 큰 크기의 질화알루미늄 입자를 둘러싼 작은 크기의 알루미나 입자들이 존재한다. 제 2 단계에서는, 소결이 시작됨에 따라, 인접한 작은 크기의 알루미나 입자들이 넥킹을 형성하여, 아령 모양이 이어진 초기 단계의 상 변화를 나타내고 있다. 제 3 단계에서는, 원소 확산 및 결정립 성장에 의해 마이크로미터 크기로 성장한 알루미나 및 상기 질화알루미늄 입자와 알루미나 사이에서 일어나는 확산층의 생성이 시작되는 중간 단계의 상 변화를 나타내고 있다. 마지막 단계인 제 4 단계에서는, 소결 과정이 완료됨에 의해, 알루미나 결정립이 완정히 성장하였으며, 질화알루미늄과 알루미나 사이의 계면에 형성된 확산층을 포함하는 마이크로 복합체 형성 단계의 상 변화 완료를 나타내고 있다.As shown in FIG. 4, in the first step, there are small sized alumina particles surrounding the large sized aluminum nitride particles. In the second stage, as the sintering begins, adjacent small alumina particles form a necking, indicating a phase change of the initial stage followed by a dumbbell shape. In the third stage, the phase change of the intermediate stage in which the production of alumina grown to the micrometer size by elemental diffusion and grain growth and the diffusion layer occurring between the aluminum nitride particles and the alumina is started. In the final step, the fourth step, the sintering process is completed, whereby the alumina crystal grains are fully grown, indicating the completion of the phase change of the microcomposite forming step including the diffusion layer formed at the interface between aluminum nitride and alumina.

도 5는 본 실시예에 따른 세라믹 복합재료의 XRD 스펙트럼이다. 도 5에서 보여지는 것과 같이, 소결 시 온도를 1,400℃, 1,500℃, 및 1,600℃로 하여 소결한 샘플의 XRD 스펙트럼에서, 파란색 마름모는 알루미나 (Corundum)를, 분홍색 삼각형은 알루미늄 옥시나이트라이드 (Al3O3N)을, 및 붉은색 원은 질화알루미나 (AlN)를 나타내고 있다. 1,400℃에서 소결된 샘플에서, 옥시나이트라이드가 거의 관찰되지 않는데, 이는 확산층의 생성이 억제되었음을 시사한다. 상기 확산층은 2차상을 의미한다.5 is an XRD spectrum of the ceramic composite material according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, in the XRD spectra of samples sintered at sintering temperatures of 1,400 ° C., 1,500 ° C., and 1,600 ° C., the blue rhombus is corundum and the pink triangle is aluminum oxynitride (Al 3). O 3 N) and the red circle represent alumina nitride (AlN). In samples sintered at 1,400 ° C., little oxynitride was observed, suggesting that the production of diffusion layers was suppressed. The diffusion layer means a secondary phase.

도 6은 본원의 일 실시예에 따른 세라믹 복합재료 제조 중 2차상 분석을 위한 STEM 사진 및 TEM을 이용한 EDX 분석을 나타내는 그래프이다. 도 6에서 보여지는 것과 같이, 질화알루미늄과 알루미나의 계면에서, 소결 온도 및 시간 조건에 따라 확산이 다르게 일어났음을 알 수 있고, 이는 상기 도 5의 결과와 일치하는 결과이다. 이러한 결과는 소결 전 미분말의 크기에 의한 소결 구동력 차이를 가장 큰 원인으로 볼 수 있다. 소결 미분말의 크기가 작아질수록 입자의 부피당 표면적이 늘어남으로 인하여 표면에 존재하는 입자들의 열역학적 불안정성이 높아지게 된다. 결국, 소결 미분말의 크기의 비가 100배인 알루미나 입자들의 표면에너지가 높아지게 되면서 알루미나 입자 간의 소결구동력이 알루미나 입자와 질화알루미늄 입자간 혹은 질화알루미늄 입자간의 구동력보다 훨씬 높아지게 되어 알루미나의 소결이 먼저 일어나게 되면서 2차상의 생성이 거의 제한된다. 상기 2차상은 전체 부피 중에서 약 0.2 부피%만을 차지하며, 이는 2차상의 생성이 매우 적은 정도로 일어난 것이다.Figure 6 is a graph showing the EDX analysis using STEM photographs and TEM for secondary phase analysis during the manufacture of a ceramic composite material according to an embodiment of the present application. As shown in FIG. 6, it can be seen that diffusion occurred differently according to the sintering temperature and time conditions at the interface between aluminum nitride and alumina, which is consistent with the result of FIG. 5. These results can be regarded as the biggest cause of the difference in sintering driving force by the size of the fine powder before sintering. As the size of the sintered fine powder decreases, the surface area per volume of the particles increases, thereby increasing the thermodynamic instability of the particles present on the surface. As a result, the surface energy of the alumina particles having a ratio of 100 times the size of the sintered fine powder increases, so that the sintering driving force between the alumina particles is much higher than the driving force between the alumina particles and the aluminum nitride particles or the aluminum nitride particles. The generation of is almost limited. The secondary phase accounts for only about 0.2% by volume of the total volume, which occurs to a very small extent.

도 7은 본원의 일 실시예에 따른 세라믹 복합재료의 열전도도 및 전기전도도를 나타내는 그래프이다. 도 7에서 보여지는 것과 같이, 소결 시 온도와 시간에 따라 열전도도 및 저항의 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다.7 is a graph showing the thermal conductivity and the electrical conductivity of the ceramic composite material according to an embodiment of the present application. As shown in Figure 7, it can be seen that the difference between the thermal conductivity and the resistance according to the temperature and time during sintering.

먼저, 1400℃로 소결을 한 복합재료는 소결 시간을 증가시킬수록 열전도도 값이 향상되는 것을 볼 수 있다. 이는 복합재료의 소결이 소결 시간을 증가시킴에 따라 치밀화가 이루어지면서 공극 (pore)을 제거하여 열전도도를 향상시킨 것으로 보인다. 또 다른 이유를 들자면, 소결 시간이 증가하면서 도 4와 같이 알루미나의 결정립 (grain) 성장이 진행되는데, 이 결정립이 성장하면서 결정립에 의한 포논 (phonon)의 분산 효과가 줄어드는 것도 있다. 뿐만 아니라, 1,400℃는 도 5의 XRD에 의한 결정 분석에서 나타난 것과 같이, 질화알루미늄과 알루미나 간의 물질 확산에 의한 알루미늄 옥시나이트라이드의 생성이 가장 제한 되는 온도임을 확인하였다. 알루미늄 옥시나이트라이드의 생성이 제한되면서, 2차상에 의한 열전도도 감소 효과가 거의 나타나지 않기 때문에, 복합재료를 제조하기 전에 원하는 물성 값을 예측하고 그와 거의 유사한 재료를 실제로 제조할 수 있다. 반면에, 1,500℃에서는 소결 유지시간을 증가시키면 열전도도 값이 감소하는 것이 관측되었다. 소결 시간이 늘어나면 알루미나의 성장이 일어나면서 치밀화가 진행되나, 소결 유지시간이 증가하면서 질화알루미늄과 알루미나의 계면에서 물질 확산이 빠르게 증가하여 열전도도를 감소시키는 것으로 보인다. 1,400℃에서는 물질의 확산이 소결 시간 보다는 소결 온도에 의존하는 것으로 보이며 1,500℃ 이상부터는 소결 시간보다 소결 온도에 결정되는 것으로 예상할 수 있다. 또한, 본 실시예에 의해 제조된 세라믹 복합재료의 가장 높은 열전도도 값은 68.56 W/m·K를 나타내었다. 이는 레일레이 모델 (Rayleigh model)을 사용하여 예측된 결과인 71 W/m·K과 유사한 정도이며, 이는 복합재료가 고용체를 거의 형성하지 않는 이상적인 형태로 제조되었음을 의미한다.First, the composite material sintered at 1400 ℃ can be seen that the thermal conductivity value is improved as the sintering time increases. It is believed that as the sintering of the composite material increases the sintering time, the densification is performed and the thermal conductivity is improved by removing the pores. For another reason, as the sintering time increases, grain growth of alumina proceeds as shown in FIG. 4, and as the grain grows, the effect of dispersing phonons due to grains may be reduced. In addition, it was confirmed that 1,400 ° C. is the temperature at which the production of aluminum oxynitride is most limited as the material diffusion between aluminum nitride and alumina, as shown in the crystal analysis by XRD of FIG. 5. Since the production of aluminum oxynitride is limited, there is little effect of reducing the thermal conductivity by the secondary phase, it is possible to predict a desired physical property value before producing the composite material and actually produce a material similar to that. On the other hand, at 1,500 ° C, increasing the sintering holding time decreased the thermal conductivity value. As the sintering time increases, densification proceeds as the alumina grows, but as the sintering retention time increases, the diffusion of materials at the interface between aluminum nitride and alumina seems to decrease rapidly, reducing the thermal conductivity. At 1,400 ° C, the diffusion of the material appears to depend on the sintering temperature rather than the sintering time, and from 1,500 ° C and above it can be expected to be determined at the sintering temperature rather than the sintering time. Moreover, the highest thermal conductivity value of the ceramic composite material manufactured by the present Example showed 68.56 W / m * K. This is comparable to 71 W / m · K, the result predicted using the Rayleigh model, which means that the composite is produced in an ideal form with little solid solution.

도 7에서 보여지는 것과 같이, 본 실시예에 의해 제조된 세라믹 복합재료의 전기 저항은 1014 Ω·cm보다 우수한 물성을 갖는 것으로 나타났다. 1,400℃의 경우 거의 1016Ω·cm을 보였으며 가장 낮은 전기 저항도 1014Ω·cm에 근접한 값을 나타내었다.As shown in FIG. 7, the electrical resistance of the ceramic composite material produced by the present embodiment was found to have better physical properties than 10 14 Pa · cm. At 1,400 ℃, it was almost 10 16 Ω · cm and the lowest electrical resistance was close to 10 14 Ω · cm.

요약하자면, 본 실시예에 따른 세라믹 복합재료에 있어서, 상기 질화알루미늄은 상기 알루미나 입자 사이에 균일하게 분산된다. 상기 복합재료의 제조 과정 중 소결 과정을 수행하게 되면, 상기 질화알루미늄이 상기 알루미나 입자들 내에 분산되고 상기 질화알루미늄 입자 대비 상기 알루미나 기지 입자의 크기가 매우 작아, 크기가 상이함으로 인해, 2차상 형성을 최소화할 수 있으며, 상기 세라믹 복합재료의 열적 특성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
In summary, in the ceramic composite material according to the present embodiment, the aluminum nitride is uniformly dispersed between the alumina particles. When the sintering process is performed during the manufacturing process of the composite material, the aluminum nitride is dispersed in the alumina particles and the size of the alumina matrix particles is very small compared to the aluminum nitride particles, and thus the secondary phase is formed. It can minimize and improve the thermal and electrical properties of the ceramic composite material.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention .

Claims (13)

상이한 세라믹 성분을 함유하고 상이한 입자 크기를 가지는 상이한 세라믹 입자들이 균일하게 분산되어 있는 소결체를 포함하는, 세라믹 복합재료로서,
상기 상이한 세라믹 입자들 간의 입자 크기 비율은 1 : 50 초과 내지 1 : 1,000 이하의 범위로 조절됨으로써, 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상 형성(secondary phase)이 감소되거나 2차상 형성이 없어, 소결성, 열적 특성 및 전기적 특성이 향상되는 것인, 세라믹 복합재료.
A ceramic composite material comprising a sintered body, in which different ceramic particles containing different ceramic components and having different particle sizes are uniformly dispersed,
The particle size ratio between the different ceramic particles is adjusted in the range of greater than 1:50 to less than or equal to 1: 1,000, thereby reducing secondary phase formation or no secondary phase formation between the different ceramic particles, thereby improving sinterability, Thermal and electrical properties are to be improved, the ceramic composite material.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 입자들 각각은 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 세라믹 성분을 포함하는 것인, 세라믹 복합재료.
The method of claim 1,
Wherein each of the ceramic particles comprises a ceramic component selected from the group consisting of oxides, carbides, nitrides, borides, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 상이한 세라믹 입자들 각각은 1 nm 내지 100 ㎛의 입자 크기를 가지는 것인, 세라믹 복합재료.
The method of claim 1,
Wherein each of the different ceramic particles has a particle size of 1 nm to 100 μm.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 상이한 세라믹 입자들은 상이한 성분을 함유하는 2종류 또는 3종류의 세라믹 입자들을 포함하는 것인, 세라믹 복합재료.
The method of claim 1,
Wherein the different ceramic particles comprise two or three kinds of ceramic particles containing different components.
제 1 항에 있어서,
상기 상이한 세라믹 입자들은 알루미나 입자 및 질화알루미늄 입자를 포함하는 것인, 세라믹 복합재료.
The method of claim 1,
Wherein the different ceramic particles comprise alumina particles and aluminum nitride particles.
제 7 항에 있어서,
상기 상이한 세라믹 입자들은 상기 알루미나 입자 및 질화알루미늄 입자 외에 상이한 세라믹 성분을 함유하는 세라믹 입자를 추가 포함하는 것인, 세라믹 복합재료.
The method of claim 7, wherein
Wherein the different ceramic particles further comprise ceramic particles containing different ceramic components in addition to the alumina particles and aluminum nitride particles.
(a) 상이한 세라믹 성분을 함유하는 상이한 세라믹 입자들 각각의 입자 크기의 비율을 1 : 50 초과 내지 1 : 1,000 이하의 범위로 조절하는 단계;
(b) 상기 입자 크기가 조절된 세라믹들을 용매 중에 분산 및 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
(c) 상기 슬러리로부터 상기 용매를 제거하여 세라믹 복합분말을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 세라믹 복합분말을 소결시켜 상기 상이한 세라믹 입자들 사이에 2차상 형성이 감소되거나 2차상 형성이 없어, 소결성, 열적 특성, 및 전기적 특성이 향상된, 세라믹 복합재료를 형성하는 단계
를 포함하는, 세라믹 복합재료의 제조방법.
(a) adjusting the ratio of the particle size of each of the different ceramic particles containing different ceramic components to a range of greater than 1:50 and less than or equal to 1: 1,000;
(b) dispersing and mixing the particle size controlled ceramics in a solvent to form a slurry;
(c) removing the solvent from the slurry to form a ceramic composite powder; And
(d) sintering the ceramic composite powder to form a ceramic composite material having reduced or no secondary phase formation between the different ceramic particles, thereby improving sinterability, thermal characteristics, and electrical characteristics.
Including, the manufacturing method of the ceramic composite material.
제 9 항에 있어서,
상기 단계 (c)는 상기 세라믹 복합분말을 70℃ 내지 100℃의 온도에서 건조시키는 것을 추가 포함하는 것인, 세라믹 복합재료의 제조방법.
The method of claim 9,
The step (c) further comprises the step of drying the ceramic composite powder at a temperature of 70 ℃ to 100 ℃, ceramic composite material manufacturing method.
제 9 항에 있어서,
상기 단계 (d)에서 소결은 상기 상이한 세라믹 입자들 중 최대 부피 분율을 가지는 세라믹 성분, 최소 입자 크기 또는 최대 입자 크기를 가지는 세라믹 성분, 또는 최저 융점을 가지는 세라믹 성분 중 어느 하나 성분의 융점의 60% 내지 90%의 온도에서 수행되는 것인, 세라믹 복합재료의 제조방법.
The method of claim 9,
Sintering in step (d) is 60% of the melting point of either the ceramic component having the largest volume fraction among the different ceramic particles, the ceramic component having the smallest or largest particle size, or the ceramic component having the lowest melting point. It is carried out at a temperature of 90% to 90%.
제 9 항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 상기 상이한 세라믹 입자들 각각은 1 nm 내지 100 ㎛의 입자 크기를 가지는 것으로 조절되는 것인, 세라믹 복합재료의 제조방법.
The method of claim 9,
Wherein in step (a) each of the different ceramic particles is adjusted to have a particle size of 1 nm to 100 μm.
삭제delete
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