KR101412519B1 - Method for manufacturing boron nitride sintered body by adding sintering agent - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 질화붕소 소결체 제조방법은, 2 이상의 몰드 조각이 서로 결합되어 중공을 형성하는 열간가압 소결용 몰드를 준비하는 몰드 준비단계; 산화붕소(B2O3)를 포함한 순도 95% 이상의 질화붕소 분말원료에서 상기 산화붕소(B2O3)를 제거하는 산화붕소(B2O3) 제거단계; 상기 질화붕소 분말원료에 소결조제를 첨가한 질화붕소 분말을 준비하는 질화붕소 분말 준비단계; 상기 질화붕소 분말을 가압하여, 질화붕소 예비 소결체를 제작하는 예비 소결체 제작단계; 및 상기 예비 소결체를 상기 몰드의 중공에 넣어, 열간가압 소결 과정을 통해, 질화붕소 소결체를 제조하는 소결체 제조단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 소결조제는 질화붕소 분말원료와 소결조제를 첨가한 질화붕소 분말 100 중량%에 대하여, 소결조제 중 적어도 하나인 것을 최적의 비율로 1 중량% 내지 5 중량%를 첨가하며, 질화붕소 소결체를 제조하는 열간가압 소결 과정에서, 소결 온도, 소결 압력, 소결 승온속도 및 소결 유지시간의 최적의 조건을 통해, 1.6 g/㎤ 내지 2.0 g/㎤의 고밀도 및 34 MPa이상의 고강도 질화붕소 소결체를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a boron nitride sintered body to which a sintering assistant is added and a method for producing a boron nitride sintered body according to the present invention comprises preparing a mold for hot- step; Boron oxide (B 2 O 3), including the purity of the boron oxide at least 95% of boron nitride powder raw material (B 2 O 3) the removal of boron oxide (B 2 O 3) removing step; Preparing a boron nitride powder to prepare a boron nitride powder to which the sintering aid is added to the boron nitride powder raw material; Pressurizing the boron nitride powder to prepare a preliminary sintered body of boron nitride; And placing the preliminary sintered body in the hollow of the mold to produce a sintered boron nitride body through hot pressing and sintering.
According to the present invention, the sintering assistant is prepared by adding 1 wt% to 5 wt% of an optimum amount of at least one of the sintering aids to 100 wt% of the boron nitride powder to which the boron nitride powder raw material and the sintering assistant are added, High-density boron nitride sintered body having a high density of 1.6 g / cm < 3 > to 2.0 g / cm < 3 > and a high strength of 34 MPa or more through optimum conditions of sintering temperature, sintering pressure, sintering temperature- Can be produced.
Description
본 발명은 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 순도 95%이상의 순수 질화붕소 분말원료에 소결조제인 산화붕소(B2O3), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 질화알루미늄(AIN), 붕소(B), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화이트륨(Y2O3) 중 적어도 하나인 것을 최적의 비율로 첨가하며, 질화붕소 소결체를 제조하는 열간가압 소결 과정에서, 소결 온도, 소결 압력, 소결 승온속도 및 소결 유지시간의 최적화를 통해, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조하며, 그라파이트를 포함하여 이루어진 열간가압 소결용 몰드를 2 이상의 몰드 조각으로 분할함으로써, 질화붕소와 그라파이트의 열팽창 계수의 차이로 인한, 그라파이트 몰드의 파손 및 파괴를 방지하여 질화붕소 소결체의 손상을 막는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method for producing a boron nitride sintered body by adding boron oxide (B 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 2 , N 4 ), aluminum nitride (AIN), boron (B), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or yttrium oxide (Y 2 O 3 ) in an optimum ratio to produce a boron nitride sintered body A high density and high strength boron nitride sintered body is manufactured through optimization of the sintering temperature, the sintering pressure, the sintering temperature increasing rate and the sintering holding time in the hot pressing and sintering process, and the mold for hot pressing and sintering, To thereby prevent breakage and destruction of the graphite mold due to the difference in thermal expansion coefficient between boron nitride and graphite and to prevent the damage of the sintered boron nitride, And a method of manufacturing a small sintered body.
질화물계 세라믹스인 질화붕소는 그라파이트와 비슷한 6방정계 구조로 매우 단단한 결합이며, 화학적, 물리적 성질이 그라파이트와 비슷하다.Boron nitride, which is a nitride ceramics, has a hexagonal structure similar to that of graphite and is a very hard bond. Its chemical and physical properties are similar to graphite.
질화붕소 소결체는 절연성을 가짐으로써, 반도체, 절연체, 질화규소 소결용 도가니(crucible), 방열기판, 절연용 지그(jig) 및 형광체 소결용 도가니(crucible)에 매우 적합하게 사용된다. 특히, 세라믹스가 가지는 우수한 특성인 윤활성, 이형성, 내열성, 내식성, 전기절연성, 내열 충격성, 기계적 특성 및 화학적 안전성 등이 우수하다.The boron nitride sintered body is suitably used for a semiconductor, an insulator, a crucible for sintering silicon nitride, a radiator plate, a jig for insulation, and a crucible for phosphor sintering. Particularly, excellent properties such as lubricity, releasability, heat resistance, corrosion resistance, electrical insulation, thermal shock resistance, mechanical properties and chemical stability of ceramics are excellent.
질화붕소 분말에 첨가된 소결조제는, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조하기 위하여 사용되지만, 소결조제를 다량 첨가하게 되면, 질화붕소 고유의 특성과 불순물이 다량 혼재됨으로써, 질화붕소 소결체에 얼룩이 발생하여 품질저하 및 재처리 공정을 거쳐야 하는 문제가 있다.The sintering aids added to the boron nitride powder are used for producing high density and high strength boron nitride sintered bodies. However, when a large amount of sintering aids are added, inherent characteristics of boron nitride and a large amount of impurities are mixed, There is a problem that quality deterioration and reprocessing process must be performed.
이에, 질화붕소 분말원료에 소결조제를 최적의 비율로 첨가함으로써, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있다.
Accordingly, development of a high-density and high-strength boron nitride sintered product manufacturing method has been demanded by adding the sintering auxiliary agent to the raw material of the boron nitride powder at an optimum ratio.
본 발명은 질화붕소 소결체를 제조함에 있어서, 질화붕소 분말원료에 소결조제인 순도 99.5%이상의 산화붕소(B2O3), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 질화알루미늄(AIN), 붕소(B), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화이트륨(Y2O3) 중 적어도 하나를 첨가함으로써, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조하는 것을 목적으로 한다.(B 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AIN), boron (B 2 O 3 ), and the like are added to the boron nitride powder raw material in a sintering aid B), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or yttria (Y 2 O 3 ) is added to a sintered body of a high-density and high-strength boron nitride.
또한, 2 이상의 그라파이트 몰드를 조각으로 분할함으로써, 질화붕소 소결체의 제조과정 중 열간가압 소결 과정에서 질화붕소와 그라파이트 몰드의 열팽창 계수의 차이로 인한 그라파이트 몰드의 파손 및 파괴를 방지함으로써, 질화붕소 소결체의 손상을 막아, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조하는 것을 목적으로 한다.
By dividing the two or more graphite molds into pieces, breakage and destruction of the graphite mold due to the difference in thermal expansion coefficient between boron nitride and graphite mold during the hot pressing and sintering process during the production process of the boron nitride sintered body can be prevented, To thereby prevent damage and to produce a high-density and high-strength sintered body of boron nitride.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화붕소 소결체 제조방법은, 2 이상의 몰드 조각이 서로 결합되어 중공을 형성하는 열간가압 소결용 몰드를 준비하는 몰드 준비단계; 산화붕소(B2O3)를 포함한 순도 95%이상의 질화붕소 분말원료의 상기 산화붕소(B2O3)를 제거하는 산화붕소(B2O3) 제거단계; 상기 질화붕소 분말원료에 소결조제를 첨가한 질화붕소 분말을 준비하는 질화붕소 분말 준비단계; 상기 질화붕소 분말을 가압하여, 질화붕소 예비 소결체를 제작하는 예비 소결체 제작단계; 및 상기 예비 소결체를 상기 몰드의 중공에 넣어 열간가압 소결 과정을 통해, 질화붕소 소결체를 제조하는 소결체 제조단계;를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a boron nitride sintered body, comprising: preparing a mold for hot-pressing and sintering in which two or more pieces of a mold are combined to form a hollow; Boron oxide (B 2 O 3) of the boron oxide having a purity of 95% or more of boron nitride powder material, including (B 2 O 3) the removal of boron oxide (B 2 O 3) removing step; Preparing a boron nitride powder to prepare a boron nitride powder to which the sintering aid is added to the boron nitride powder raw material; Pressurizing the boron nitride powder to prepare a preliminary sintered body of boron nitride; And a step of preparing a sintered compact by placing the preliminary sintered body in the hollow of the mold and performing a hot press-sintering process to produce a sintered boron nitride body.
상기 몰드 준비단계에서, 상기 몰드의 본체 외부에 섬유를 더 포함하는 것을 제공하며, 상기 제거단계에서, 상기 질화붕소 분말 원료 100 중량%에 있어서, 상기 산화붕소(B2O3)를 1.0중량% 이하로 제거하며, 상기 질화붕소 분말 준비단계에서, 상기 소결조제는 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 1 중량% 내지 5 중량%를 첨가하는 것을 제공한다.(B 2 O 3 ) in an amount of 1.0 wt.% Or less, and the amount of the boron oxide (B 2 O 3 ) is 100 wt.% Or less, in the mold preparation step, And in the boron nitride powder preparation step, the sintering auxiliary agent is added in an amount of 1 wt% to 5 wt% in 100 wt% of the boron nitride powder.
또한, 상기 예비 소결체 제작단계에서, 상기 질화붕소 분말을 3 MPa 내지 10 MPa 압력으로 일축가압 후, 가압 성형된 상기 질화붕소 분말을 50 MPa 내지 300 MPa 압력으로 등방가압하여, 치밀화된 예비 소결체를 제작하는 것을 제공한다.In the preparation of the preliminary sintered body, the boron nitride powder is uniaxially pressed at a pressure of 3 MPa to 10 MPa, and the pressure-formed boron nitride powder is isotropically pressed at a pressure of 50 MPa to 300 MPa to produce a densified preliminary sintered body .
또한, 상기 소결체 제조단계에서, 상기 열간가압 소결이 일어나는 소결 온도는 700 ℃ 내지 2300 ℃, 압력은 3 MPa 내지 45 MPa, 승온속도는 5 ℃/min 내지 30 ℃/min의 범위인 것을 제공하며, 소결 유지시간은 1 시간 내지 5 시간인 것을 제공한다.Also, in the step of producing the sintered body, the sintering temperature at which the hot pressing and sintering is performed is 700 ° C. to 2300 ° C., the pressure is 3 MPa to 45 MPa, and the heating rate is 5 ° C./min to 30 ° C./min, The sintering holding time is from 1 hour to 5 hours.
상세하게는, 상기 소결조제는 순도 99.5%이상이며, 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 3 중량% 내지 5 중량%의 산화붕소(B2O3), 2 중량% 내지 5 중량%의 실리콘나이트라이드(Si3N4), 1 중량% 내지 4 중량%의 질화알루미늄(AIN), 1 중량% 내지 5 중량%의 붕소(B), 1 중량% 내지 4 중량%의 산화알루미늄(Al2O3) 및 2.5 중량% 내지 4 중량%의 산화이트륨(Y2O3) 중 적어도 하나를 첨가하는 것을 제공한다.
In detail, the sintering aids have a purity of 99.5% or more, and in 100 wt% of the boron nitride powder, 3 wt% to 5 wt% of boron oxide (B 2 O 3 ), 2 wt% to 5 wt% nitride (Si 3 N 4), 1% to 4% by weight of aluminum nitride (AIN), 1% to 5% by weight of boron (B), 1 weight% to 4 weight% of aluminum (Al 2 O oxide 3 ) and 2.5 wt% to 4 wt% yttria (Y 2 O 3 ).
본 발명은 질화붕소 소결체를 제조함에 있어서, 질화붕소 분말원료에 소결조제인 순도 99.5%이상의 산화붕소(B2O3), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 질화알루미늄(AIN), 붕소(B), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화이트륨(Y2O3) 중 적어도 하나를 첨가함으로써, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조할 수 있는 효과가 있다.(B 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AIN), boron (B 2 O 3 ), and the like are added to the boron nitride powder raw material in a sintering aid B), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or yttria (Y 2 O 3 ) is added to the boron nitride sintered body to produce a sintered body of boron nitride of high density and high strength.
또한, 2 이상의 그라파이트 몰드를 조각으로 분할함으로써, 질화붕소 소결체의 제조과정 중 열간가압 소결 과정에서 질화붕소와 그라파이트 몰드의 열팽창 계수의 차이로 인한 그라파이트 몰드의 파손 및 파괴를 방지함으로써, 질화붕소 소결체의 손상을 막아, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조할 수 있는 효과가 있다.
By dividing the two or more graphite molds into pieces, breakage and destruction of the graphite mold due to the difference in thermal expansion coefficient between boron nitride and graphite mold during the hot pressing and sintering process during the production process of the boron nitride sintered body can be prevented, It is possible to manufacture a high-density and high-strength sintered body of boron nitride by preventing damage.
도 1은 본 발명의 분할된 몰드의 구조를 이용한 질화붕소 소결체 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이고,
도 2은 질화붕소 소결체를 제조하는 로내부의 흑연몰드 개략도이고,
도 3는 분할된 흑연몰드의 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart sequentially showing a method for producing a boron nitride sintered body using the structure of a divided mold according to the present invention,
2 is a schematic view of a graphite mold inside a furnace for producing a boron nitride sintered body,
3 is a sectional view of a divided graphite mold.
이하, 본 발명에 의한 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체의 제조방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One preferred embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, with reference to the method for producing a boron nitride sintered body to which a sintering auxiliary agent according to the present invention is added. The present invention may be better understood by the following examples, which are for the purpose of illustrating the present invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.
먼저, 본 발명의 열간가압 소결용 몰드를 이용한 질화붕소 소결체의 제조방법은, 도 1에 나타난 바와 같이, 몰드 준비단계(S10), 산화붕소(B2O3) 제거단계(S20), 질화붕소 분말 준비단계(S30), 예비 소결체 제작단계(S40) 및 소결체 제조단계(S50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.First, a method of manufacturing a sintered boron nitride using a mold for hot press-sintering according to the present invention comprises the steps of preparing a mold (S10), removing boron oxide (B 2 O 3 ) (S20) A powder preparation step (S30), a preliminary sintering step (S40), and a sintering step (S50).
몰드 준비단계(S10)는, 2 이상의 몰드 조각이 서로 결합되어 중공을 형성하는 열간가압 소결용 몰드를 준비하는 단계이다.The mold preparing step S10 is a step of preparing a mold for hot-pressing and sintering in which two or more pieces of the mold are combined with each other to form a hollow.
몰드는 다양한 물질로 구성될 수 있지만, 그라파이트를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 몰드의 본체 외부에 섬유를 더 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 섬유가 탄소 재질로 이루어진 것이 바람직하다. 이는 열간가압 소결시, 질화붕소와 그라파이트의 열팽창 계수의 차이로 인한, 그라파이트 몰드의 파손 및 파괴를 방지하여, 질화붕소 소결체의 손상을 막을 수 있는 장점이 있다. 그라파이트를 사용하면, 다른 몰드를 사용하는 것보다 더 안정적이고 장기 사용이 가능하며, 탄소 재질의 섬유는 그라파이트 몰드의 탄성률을 완화시켜, 열간가압 소결시, 그라파이트 몰드의 파손 및 파괴를 방지할 수 있는 장점이 있다.The mold may be composed of various materials, but is preferably made of graphite. Further, it is preferable to further include fibers on the outside of the body of the mold, more preferably, the fibers are made of carbon. This is advantageous in preventing breakage and breakage of the graphite mold due to the difference in thermal expansion coefficient between boron nitride and graphite during hot pressing and sintering, thereby preventing damage to the sintered boron nitride. By using graphite, it is more stable and can be used for a long time than other molds. The carbon fiber relaxes the elastic modulus of the graphite mold and prevents breakage and destruction of the graphite mold during hot pressing and sintering. There are advantages.
산화붕소(B2O3) 제거단계(S20)는, 산화붕소(B2O3)를 포함한 순도 95%이상의 질화붕소 분말 원료의 상기 산화붕소(B2O3)를 제거하는 단계이다.The boron oxide (B 2 O 3 ) removing step (S20) is a step of removing the boron oxide (B 2 O 3 ) of a raw material of boron nitride powder having a purity of 95% or more including boron oxide (B 2 O 3 ).
산화붕소(B2O3)를 제거하는 방법으로 알코올을 사용하는 것이, 산화붕소(B2O3)의 고순도화를 위해 효과적이다. 산화붕소(B2O3)를 알코올 용매와 볼밀로 혼합하여 슬러지를 생성하고, 생성된 슬러지를 강제 휘발과정을 통하여 알코올을 제거한다. 질화붕소 슬러지에서 알코올이 휘발된 후 건조된 덩어리를 분쇄하여 질화붕소 분말원료로 사용함으로써, 비표면적이 큰 입자간 정전기적 반발력에 의하여 성형의 어려움과 심한 소결수축을 해결할 수 있다.To use the alcohol as a way to remove the boron oxide (B 2 O 3), it is effective for high purity of the boron oxide (B 2 O 3). Boron oxide (B 2 O 3 ) is mixed with an alcohol solvent and a ball mill to produce sludge, and the resulting sludge is subjected to forced volatilization to remove the alcohol. It is possible to solve the difficulty of molding and the severe sintering shrinkage due to the electrostatic repulsion between particles having a large specific surface area by pulverizing the dried mass after the alcohol is volatilized in the boron nitride sludge and using it as the raw material of the boron nitride powder.
상기의 방법으로 제거 후, 질화붕소 분말 사이에 일부 잔존하는 산화붕소(B2O3)는 소결시에 입자와 입자의 소결가교 역할을 하며, 질소 가스에 의하여 새로운 질화붕소가 합성되어 소결이 진행된다.After the removal by the above method, boron oxide (B 2 O 3 ) partially remaining between the boron nitride powders serves as a sintering bridge between the particles and the particles at the time of sintering, and a new boron nitride is synthesized by the nitrogen gas, do.
질화붕소 분말원료 100 중량%에 있어서, 상기 산화붕소(B2O3)를 1.0 중량%이하로 제거하는 것이 바람직하다. 상기 산화붕소(B2O3)가 1.0 중량%를 초과하는 경우, 질화붕소 분말원료에 산화붕소(B2O3)가 불순물로 존재하며, 소결체의 품질저하 및 재처리 공정을 거쳐야 하는 문제가 있으며, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 얻는데 어려운 문제가 있다.It is preferable to remove 1.0 wt% or less of the boron oxide (B 2 O 3 ) in 100 wt% of the raw material of the boron nitride powder. When the amount of the boron oxide (B 2 O 3 ) exceeds 1.0% by weight, boron oxide (B 2 O 3 ) is present as an impurity in the boron nitride powder raw material, and the problem that the quality of the sintered body is degraded and the reprocessing step And it is difficult to obtain a high-density and high-strength sintered body of boron nitride.
질화붕소 분말 준비단계(S30)는, 상기 질화붕소 분말원료에 소결조제를 첨가한 질화붕소 분말을 준비하는 단계이다.The boron nitride powder preparation step (S30) is a step of preparing a boron nitride powder to which the sintering auxiliary agent is added to the boron nitride powder raw material.
질화붕소 분말원료는 순도 95%이상의 입자로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 질화붕소 분말원료의 입자 크기가 5 ㎛ 내지 60 ㎛인 것이 바람직하며, 다양한 입자 크기의 종류를 갖는 것이 효과적이다. 질화붕소 분말원료의 입자 크기가 5 ㎛미만인 경우, 예비 질화붕소 소결체 제작단계에서, 가압으로 인해 상기 질화붕소 분말원료가 녹아, 예비 질화붕소 소결체 제작의 문제가 있으며, 입자 크기가 60 ㎛를 초과하는 경우, 입자 크기가 커서 입자 사이의 공극으로 인해 고밀도의 질화붕소 소결체 제조의 문제가 있다.The boron nitride powder raw material is preferably composed of particles having a purity of 95% or more. In addition, it is preferable that the particle size of the boron nitride powder raw material is 5 탆 to 60 탆, and it is effective to have various kinds of particle sizes. When the particle size of the boron nitride powder raw material is less than 5 탆, the boron nitride powder raw material melts due to pressurization in the step of producing the preliminary boron nitride sintered body, which poses a problem in producing a preliminary boron nitride sintered body, There is a problem in manufacturing a high-density boron nitride sintered body because of the large particle size and the pores between the particles.
질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 순도 99.5%이상인 소결조제로서 첨가되는 물질은 산화붕소(B2O3), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 질화알루미늄(AIN), 붕소(B), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화이트륨(Y2O3) 중에서 적어도 하나를 첨가하는 것이며, 상기 산화붕소(B2O3)는 3 중량% 내지 5 중량%, 상기 실리콘나이트라이드(Si3N4)는 2 중량% 내지 5 중량%, 상기 질화알루미늄(AIN)은 1 중량% 내지 4 중량%, 상기 붕소(B)는 1 중량% 내지 5 중량%, 상기 산화알루미늄(Al2O3)은 1 중량% 내지 4 중량%, 상기 산화이트륨(Y2O3)은 2.5 중량% 내지 4 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.(B 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AIN), boron (B), and boron nitride are added as a sintering auxiliary agent having a purity of 99.5% aluminum oxide (Al 2 O 3) and yttrium oxide (Y 2 O 3) will the addition of at least one of the boron oxide (B 2 O 3) is 3% to 5% by weight, the silicon nitride (Si 3 N 4) is 2% to 5% by weight, the aluminum nitride (AIN) is 1% to 4% by weight, the boron (B) is 1% by weight to 5% by weight, of aluminum the oxide (Al 2 O 3) (Y 2 O 3 ) is added in an amount of 1 wt% to 4 wt%, and the amount of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is added in an amount of 2.5 wt% to 4 wt%.
질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 소결조제를 1 중량%미만으로 첨가하는 경우, 소결조제를 첨가하지 않은 질화붕소 분말과 유사하므로, 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체보다 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 얻는데 문제가 있으며, 5 중량%를 초과하여 첨가하는 경우, 질화붕소 고유의 특성을 파괴하며, 내열성 저하 및 불순물이 혼재되어 소결체의 품질저하 및 재처리 공정을 거쳐야 하는 문제가 있다.When the sintering aid is added in an amount of less than 1% by weight based on 100% by weight of the boron nitride powder, the boron nitride sintered body to which the sintering aid is added has a higher density and higher strength than the sintered boron nitride , And if it is added in an amount exceeding 5% by weight, the inherent characteristics of boron nitride will be destroyed, deteriorating the heat resistance and impurities mixed therewith, resulting in deterioration of quality of the sintered body and reprocessing.
예비 소결체 제작단계(S40)는, 상기 질화붕소 분말을 가압하여, 질화붕소 예비 소결체를 제작하는 단계이다.The preliminary sintered compact forming step (S40) is a step of pressing the boron nitride powder to prepare a boron nitride preliminary sintered body.
상기 질화붕소 분말원료 100 중량%에 있어서, 불가피하게 첨가된 불순물인 산화붕소(B2O3)가 1.0 중량%이하로 제거된 상기 질화붕소 분말원료는, 상기 소결조제를 첨가한 후, 금속몰드 장치에 투입하여 일축가압하여, 일정한 질화붕소 예비 형태를 만든 후, 등방가압하여 치밀화된 질화붕소 예비 소결체를 제작한다. The boron nitride powder raw material in which boron oxide (B 2 O 3 ), which is an inevitably added impurity, is removed in an amount of not more than 1.0% by weight in 100% by weight of the boron nitride powder raw material is obtained by adding the above- And then uniaxial pressing is performed to produce a constant boron nitride preliminary shape, and then a densified boron nitride preliminary sintered body is produced by isostatic pressing.
일축가압 압력은 3 MPa 내지 10MPa인 것이 바람직하다. 일축가압 압력이 상기 범위를 벗어나는 경우, 원하는 일정한 질화붕소 예비 형태를 제작하는데 문제가 있다. 등방가압 압력은 50 MPa 이내 300 MPa인 것이 바람직하다. 등방가압 압력이 50 MPa미만인 경우, 상기 질화붕소 예비 형태가 충분하게 압력을 받지 않아, 치밀화된 질화붕소 예비 소결체를 제작하는데 문제가 있으며, 압력이 300 MPa을 초과하는 경우, 상기 질화붕소 예비 형태가 파괴되는 문제가 있다.The uniaxial pressing pressure is preferably 3 MPa to 10 MPa. If the uniaxial pressing pressure is out of this range, there is a problem in making the desired constant boron nitride preform. The isostatic pressing pressure is preferably within a range of 50 MPa to 300 MPa. If the isostatic pressing pressure is less than 50 MPa, the boron nitride preliminary form is not sufficiently pressurized and there is a problem in making the densified boron nitride pre-sintered body, and when the pressure exceeds 300 MPa, the boron nitride preliminary form There is a problem that is destroyed.
소결체 제조단계(S50)는, 상기 예비 소결체를 상기 몰드의 중공에 넣어, 열간가압(hot press) 소결 과정을 통해, 질화붕소 소결체를 제조하는 소결체 제조단계이다.The sintered body manufacturing step (S50) is a sintered body manufacturing step in which the pre-sintered body is placed in the hollow of the mold and a sintered body of boron nitride is manufactured through a hot press sintering process.
상기 단계는 다축 열간가압을 이용하여 질화붕소 소결체를 제조하는 것이 효과적이다. 일반 열간가압의 경우, 단축 열간가압을 이용하여 대형제품을 소결할 경우 축을 통한 열 손실이 크게 발생하여 실제 소결하고자 하는 몰드 내 제품 상에 온도 편차가 심하여 제품 중심과 측면의 소결정도가 달라져 소결이 효과적으로 이루어지지 않는다. 본 발명에서는 다축 열가가압을 이용함으로써 열 전달을 최소화하여 우수한 질화붕소 소결체의 제조가 가능하다.It is effective to manufacture the sintered boron nitride using the multi-axial hot pressing. In the case of general hot pressing, when a large product is sintered using a uniaxial hot pressing, heat loss through the shaft is largely generated, and the degree of sintering of the center and side of the product is varied due to a large temperature deviation on the product to be sintered. It is not effective. In the present invention, it is possible to manufacture excellent sintered boron nitride by minimizing heat transfer by using multi-axis thermal compression.
열간가압 소결이 일어나는 소결 온도는 700 ℃ 내지 2300 ℃인 것이 바람직하다. 소결 온도가 700 ℃미만인 경우, 고온에 견딜 수 있는 질화붕소 소결체를 제조하는데 문제가 있으며, 소결 온도가 2300 ℃를 초과하는 경우, 상기 질화붕소 분말 입자가 녹아 고밀도 및 고강도인 질화붕소 소결체를 제조하는데 문제가 있다.The sintering temperature at which the hot press-sintering occurs is preferably 700 to 2300 ° C. When the sintering temperature is lower than 700 ° C, there is a problem in producing a sintered body of boron nitride that can withstand high temperatures. When the sintering temperature exceeds 2300 ° C, the boron nitride powder particles are melted to produce a high density and high strength boron nitride sintered body there is a problem.
열간가압 소결이 일어나는 압력은 3 MPa 내지 45 MPa인 것이 바람직하다. 예비 소결체에 가압하는 압력이 3 MPa미만인 경우, 상기 질화붕소 예비 소결체가 충분한 압력을 받지 못해, 고밀도 및 고강도인 질화붕소 소결체 제조에 문제가 있으며, 45 MPa을 초과하는 경우, 높은 압력에 의해, 상기 질화붕소 예비 소결체의 분말 입자가 파괴되며, 질화붕소 예비 소결체의 형태를 잃어버리는 문제가 있다.The pressure at which the hot pressing and sintering takes place is preferably from 3 MPa to 45 MPa. When the pressure to pressurize the preliminary sintered body is less than 3 MPa, the boron nitride preliminary sintered body is not subjected to sufficient pressure, which causes problems in the manufacture of high density and high strength boron nitride sintered bodies. When the pressure exceeds 45 MPa, There is a problem that the powder particles of the boron nitride preliminary sintered body are destroyed and the shape of the boron nitride preliminary sintered body is lost.
열간가압 소결이 일어나는 승온속도는 5 ℃/min 내지 30 ℃/min인 것이 바람직하다. 승온속도가 5 ℃/min미만인 경우, 소결 유지시간이 길어져 고강도 및 절연성이 우수한 소결체 제조의 문제가 있으며, 승온속도가 30 ℃/min을 초과하는 경우, 승온속도가 빨라, 그라파이트 몰드의 열팽창으로 그라파이트 몰드의 파손 및 파괴가 발생되는 문제가 있다.The rate of temperature rise at which the hot press-sintering occurs is preferably 5 ° C / min to 30 ° C / min. When the rate of temperature rise is less than 5 캜 / min, the sintering holding time is prolonged and there is a problem in producing a sintered body having high strength and excellent insulating properties. When the temperature increase rate is more than 30 캜 / min, There is a problem that breakage and destruction of the mold occurs.
열간가압 소결이 일어나는 소결 유지시간은 1 시간 내지 5 시간인 것이 바람직하다. 소결 유지시간이 1 시간 미만인 경우, 충분한 소결이 이루어지지 않아 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 얻는데 문제가 있으며, 소결 유지시간이 5 시간을 초과하는 경우, 경제적인 문제 및 질화붕소 소결체의 입자가 변함으로써, 질화붕소 고유의 특성을 잃는 문제가 있다.The sintering holding time at which hot pressing and sintering occurs is preferably from 1 hour to 5 hours. When the sintering holding time is less than 1 hour, sufficient sintering is not performed and there is a problem in obtaining a high density and high strength sintered body of boron nitride. When the sintering holding time exceeds 5 hours, economical problems and particles of the sintered body of the boron nitride There is a problem of losing inherent characteristics of boron nitride.
소결체 제조단계(S50) 이후, 열처리 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 제조된 소결체를 가공한 제품을 열처리하여 가공에 의한 잔류 응력의 제거 및 불순물을 제거할 수 있으며, 수소기체(H2)와 질소기체(N2)의 가스 분위기에서 열처리를 수행하는 것이 효과적이다. 더 바람직하게는 수소기체는 0.5 내지 30부피%이고, 질소기체는 70 내지 95.5부피%인 것이 효과적이고, 더욱 바람직하게는 수소기체는 3 내지 8부피%이고, 질소기체는 92 내지 97부피%가 가장 효과적이다.After the sintered body production step (S50), it is preferable to include a heat treatment step. It is effective to perform heat treatment in a gas atmosphere of hydrogen gas (H 2 ) and nitrogen gas (N 2 ), which can remove residual stress and remove impurities by heat treatment of the manufactured sintered product. More preferably, it is effective that the hydrogen gas is from 0.5 to 30% by volume, the nitrogen gas is from 70 to 95.5% by volume, more preferably the hydrogen gas is from 3 to 8% by volume and the nitrogen gas is from 92 to 97% It is most effective.
상기의 제조방법에 의하여 제조된 본 발명의 질화붕소 소결체는 약 1.8g/m3이상의 밀도, 약 35Mpa 이상의 강도를 가져 종래의 질화붕소 소결체와 비교했을 때 고밀도, 고강도의 질화붕소 소결체를 제조할 수 있다.
The boron nitride sintered body of the present invention produced by the above production method has a density of about 1.8 g / m 3 or more and a strength of about 35 Mpa or more, so that a high density and high strength sintered body of boron nitride can be manufactured as compared with the conventional sintered body of boron nitride have.
이하에서는, 본 발명의 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법을 이용하여 형성된 질화붕소 소결체에 대한 특성을 실험한 실시예 및 비교예를 살펴보기로 한다.Hereinafter, examples and comparative examples in which the characteristics of the sintered boron nitride formed using the sintered boron nitride sintered body with the sintering aid of the present invention are tested will be described.
이하 <표 1>은 본 발명에 의해 형성된 질화붕소 소결체(실시예)와 본 발명의 소결조제의 첨가량을 벗어난 질화붕소 소결체(비교예)의 고밀도 및 고강도를 비교한 실험데이터이다.
Table 1 below is experimental data comparing the high density and high strength of the boron nitride sintered body formed by the present invention (Example) and the boron nitride sintered body (Comparative Example) deviated from the addition amount of the sintering auxiliary of the present invention.
실시예Example 1 One
4 몰드 조각이 서로 결합되어 중공을 형성하는 외측에 탄소섬유를 더 포함하는 열간가압 소결용 그라파이트 몰드를 준비하고, 산화붕소(B2O3)를 포함한 순도 95%이상의 질화붕소 분말원료 100 중량%에 있어서, 상기 산화붕소(B2O3)를 0.3 중량%만 포함하도록, 상기 산화붕소(B2O3)를 제거한 후, 상기 질화붕소 분말원료에 소결조제인 순도 99.5%의 산화이트륨(Y2O3)을 첨가한 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 상기 산화이트륨(Y2O3)이 3 중량% 포함된 질화붕소 분말을 준비하고, 상기 질화붕소 분말을 7 MPa의 압력으로 성형한 후, 200 MPa의 압력으로 등방가압하여, 질화붕소 예비 소결체를 제작한 후, 상기 예비 소결체를 상기 4 몰드 조각이 서로 결합되어 형성된 중공에 넣고, 소결 온도는 2000 ℃, 소결 압력은 30 MPa, 소결 유지시간은 3 시간이며, 소결 승온속도는 20 ℃/min인 열간가압 소결 과정을 통해, 질화붕소 소결체를 제조한다.
4 A graphite mold for hot-pressing and sintering further comprising carbon fibers on the outer side where the pieces of the mold are bonded to each other to form a hollow are prepared, and 100% by weight of boron nitride powder material containing 95% or more of purity of boron oxide (B 2 O 3 ) in the boron oxide (B 2 O 3) 0.3 wherein boron oxide, so that it contains only the wt% of (B 2 O 3) to remove the boron nitride powder raw material sintering aid is 99.5% of yttrium oxide to the (Y in 2 O 3) 100% by weight of boron nitride powder added thereto, preparing the yttrium oxide (Y 2 O 3) a boron nitride powder comprising 3% by weight, the boron nitride powder was molded into a 7 MPa pressure Then, the preliminary sintered body was pressurized with isotropic pressure at a pressure of 200 MPa to prepare a preliminary sintered body, and the preliminarily sintered body was placed in a hollow formed by joining the four pieces of the mold together. The sintering temperature was 2000 캜, the sintering pressure was 30 MPa, The holding time is 3 hours, and the sintering temperature Turning through 20 ℃ / min in a hot-pressing process, to prepare a boron nitride sintered body.
실시예Example 2 2
상기 실시예 1에서, 소결조제를 순도 99.7%의 실리콘나이트라이드(Si3N4)로 변경하여 첨가한 질화붕소 분말 100중량%에 있어서, 상기 실리콘나이트라이드(Si3N4)가 5중량% 포함된 질화붕소 분말인 것으로 변경한 질화붕소 소결체를 제조한다.
In the above embodiment 1, in the sintering aid in the silicon nitride (Si 3 N 4) 100% by weight of boron nitride powder added to changes in the purity of 99.7%, the silicon nitride (Si 3 N 4) is 5% by weight The boron nitride sintered body is changed to be the contained boron nitride powder.
실시예Example 3 3
상기 실시예 1에서, 소결조제를 순도 99.5%의 질화알루미늄(AIN)으로 변경하여 첨가한 질화붕소 분말 100중량%에 있어서, 상기 질화알루미늄(AIN)이 2중량% 포함된 질화붕소 분말인 것으로 변경한 질화붕소 소결체를 제조한다.
In Example 1, the sintering assistant was changed to aluminum nitride (AIN) having a purity of 99.5% and changed to be boron nitride powder containing 2 wt% of the aluminum nitride (AIN) in 100 wt% of the added boron nitride powder Thereby producing a sintered body of boron nitride.
실시예Example 4 4
상기 실시예 1에서, 소결조제를 순도 99.5%의 질화알루미늄(AIN) 및 순도 99.5%의 산화이트륨(Y2O3)으로 변경하여 첨가한 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 상기 질화알루미늄(AIN)이 1중량% 포함되며, 상기 산화이트륨(Y2O3)이 3중량% 포함된 질화붕소 분말인 것으로 변경한 질화붕소 소결체를 제조한다.
In the above-mentioned Example 1, the sintering assistant was changed to aluminum nitrate (AIN) having a purity of 99.5% and yttrium oxide (Y 2 O 3 ) having a purity of 99.5% in 100 wt.% Of boron nitride powder, ) Is contained in an amount of 1 wt%, and the boron nitride powder is changed to a boron nitride powder containing 3 wt% of yttria (Y 2 O 3 ).
비교예Comparative Example 1 One
4 몰드 조각이 서로 결합되어 중공을 형성하는 외측에 탄소섬유를 더 포함하는 열간가압 소결용 그라파이트 몰드를 준비하고, 산화붕소(B2O3)를 포함한 순도 95%이상의 질화붕소 분말원료 100 중량%에 있어서, 소결조제를 첨가하지 않은 질화붕소 분말원료로만 이루어진 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 상기 질화붕소 분말을 7 MPa의 압력으로 성형한 후, 200 MPa의 압력으로 등방가압하여, 질화붕소 예비 소결체를 제작한 후, 상기 예비 소결체를 상기 4 몰드 조각이 서로 결합되어 형성된 중공에 넣고, 소결 온도는 2000 ℃, 소결 압력은 30 MPa, 소결 유지시간은 3 시간이며, 소결 승온속도는 20 ℃/min인 열간가압 소결 과정을 통해, 질화붕소 소결체를 제조한다.
4 A graphite mold for hot-pressing and sintering further comprising carbon fibers on the outer side where the pieces of the mold are bonded to each other to form a hollow are prepared, and 100% by weight of boron nitride powder material containing 95% or more of purity of boron oxide (B 2 O 3 ) The boron nitride powder was molded at a pressure of 7 MPa and was isotropically pressed at a pressure of 200 MPa in 100 wt% of boron nitride powder composed only of a boron nitride powder raw material to which no sintering aid was added, The pre-sintered body was put into a hollow formed by joining the four pieces of the mold together. The sintering temperature was 2000 ° C, the sintering pressure was 30 MPa, the sintering holding time was 3 hours, the sintering temperature increasing rate was 20 ° C / min, a sintered body of boron nitride is produced.
비교예Comparative Example 2 2
4 몰드 조각이 서로 결합되어 중공을 형성하는 외측에 탄소섬유를 더 포함하는 열간가압 소결용 그라파이트 몰드를 준비하고, 산화붕소(B2O3)를 포함한 순도 95%이상의 질화붕소 분말원료 100 중량%에 있어서, 상기 산화붕소(B2O3)를 0.3 중량%만 포함하도록, 상기 산화붕소(B2O3)를 제거한 후, 상기 질화붕소 분말원료에 소결조제인 순도 99.5%의 산화이트륨(Y2O3)을 첨가한 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 상기 산화이트륨(Y2O3)이 7 중량% 포함된 질화붕소 분말을 준비하고, 상기 질화붕소 분말을 7 MPa의 압력으로 성형한 후, 200 MPa의 압력으로 등방가압하여, 질화붕소 예비 소결체를 제작한 후, 상기 예비 소결체를 상기 4 몰드 조각이 서로 결합되어 형성된 중공에 넣고, 소결 온도는 2000 ℃, 소결 압력은 30 MPa, 소결 유지시간은 3 시간이며, 소결 승온속도는 20 ℃/min인 열간가압 소결 과정을 통해, 질화붕소 소결체를 제조한다.
4 A graphite mold for hot-pressing and sintering further comprising carbon fibers on the outer side where the pieces of the mold are bonded to each other to form a hollow are prepared, and 100% by weight of boron nitride powder material containing 95% or more of purity of boron oxide (B 2 O 3 ) in the boron oxide (B 2 O 3) 0.3 wherein boron oxide, so that it contains only the wt% of (B 2 O 3) to remove the boron nitride powder raw material sintering aid is 99.5% of yttrium oxide to the (Y in 2 O 3) 100% by weight of boron nitride powder added thereto, preparing the yttrium oxide (Y 2 O 3) a boron nitride powder containing 7% by weight, the boron nitride powder was molded into a 7 MPa pressure Then, the preliminary sintered body was pressurized with isotropic pressure at a pressure of 200 MPa to prepare a preliminary sintered body, and the preliminarily sintered body was placed in a hollow formed by joining the four pieces of the mold together. The sintering temperature was 2000 캜, the sintering pressure was 30 MPa, The holding time is 3 hours, and the sintering temperature Turning through 20 ℃ / min in a hot-pressing process, to prepare a boron nitride sintered body.
비교예Comparative Example 3 3
상기 비교예 2에서, 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 상기 실리콘나이트라이드(Si3N4)가 6 중량% 포함된 질화붕소 분말인 것으로 변경한 질화붕소 소결체를 제조한다.
In the comparative example 2, a boron nitride sintered body in which the silicon nitride (Si 3 N 4 ) content is 6% by weight and the boron nitride powder is 100% by weight is prepared.
비교예Comparative Example 4 4
상기 비교예 2에서, 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 상기 질화알루미늄(AIN)이 8 중량% 포함된 질화붕소 분말인 것으로 변경한 질화붕소 소결체를 제조한다.
In Comparative Example 2, a boron nitride sintered body in which the boron nitride powder was changed to 100 wt% of the boron nitride powder was changed to a boron nitride powder containing 8 wt% of aluminum nitride (AIN).
비교예Comparative Example 5 5
상기 비교예 2에서, 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 상기 질화알루미늄(AIN)이 3 중량% 포함되며, 상기 산화이트륨(Y2O3)이 5 중량% 포함된 질화붕소 분말인 것으로 변경한 질화붕소 소결체를 제조한다.
In Comparative Example 2, it was changed to a boron nitride powder containing 3 wt% of aluminum nitride (AIN) and 5 wt% of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) in 100 wt% of the boron nitride powder Thereby producing a sintered body of boron nitride.
상기의 <표 1>에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4는 밀도 1.6 g/㎤ 내지 2.0 g/㎤, 강도 33 MPa이상이므로, 비교예 1과 비교해볼 때, 소결조제를 첨가함으로써, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조할 수 있으며, 비교예 2 내지 비교예 5의 밀도 1.3 g/㎤ 이하, 강도 29 MPa이하와 비교해볼 때, 소결조제를 최적의 비율보다 더 첨가함으로써, 질화붕소 고유의 특성인 단단한 결합을 잃게 되어, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 얻는데 문제가 있다. 또한, 윤활성과 정연성이 떨어짐으로써, 질화붕소의 고유의 특성이 저하되어, 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조할 수 없으며, 소결체의 품질이 저하되어, 재처리 공정을 거쳐야 하는 문제가 있다.
As shown in Table 1, Examples 1 to 4 of the present invention have a density of 1.6 g / cm3 to 2.0 g / cm3 and a strength of 33 MPa or more, so that compared with Comparative Example 1, A sintered body of boron nitride having a high density and a high strength can be produced by adding the sintering aid to the sintered body of the sintered body of the sintered body. In comparison with the density of 1.3 g / cm 3 or less and the strength of 29 MPa or less in Comparative Examples 2 to 5, , It is difficult to obtain a high-density and high-strength sintered body of boron nitride because the hard bonds inherent in boron nitride are lost. Further, the inherent characteristics of boron nitride are deteriorated by the deterioration of the lubricity and the sinterability, so that a sintered body of boron nitride having a high density and a high strength can not be produced, the quality of the sintered body is lowered, and a reprocessing step is required.
따라서, 본 발명의 열간가압 소결용 몰드 및 이를 이용한 질화붕소 소결체 제조방법을 이용하여, 열간가압 소결시 질화붕소와 열간가압 소결용 몰드의 열팽창 계수의 차이로 인한, 열간가압 소결용 몰드의 파손 및 파괴를 방지하여, 질화붕소 소결체의 손상을 막음으로써, 질화붕소 분말에 소결조제의 첨가 비율을 통해, 질화붕소 소결체의 고밀도 및 고강도의 질화붕소 소결체를 제조함으로써, 본 발명의 우수성이 입증되었다.
Therefore, by using the mold for hot press-sintering of the present invention and the method for producing a boron nitride sintered body using the same, breakage of the mold for hot-pressing and sintering due to difference in thermal expansion coefficient between boron nitride and hot- The boron nitride sintered body having high density and high strength of the sintered body of boron nitride was produced by preventing the breakdown of the sintered body and preventing damage to the sintered body of the boron nitride by adding the sintering aid to the boron nitride powder.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is clear that the present invention can be suitably modified and applied in the same manner. Therefore, the above description does not limit the scope of the present invention, which is defined by the limitations of the following claims.
10: 예비 질화붕소 소결체가 투입되는 흑연 몰드의 중공
20: 상부 펀치
30: 하부 펀치
40: 흑연 몰드 슬리브
50: 흑연 몰드 분할부
51: 분할된 몰드가 조합된 하나의 몰드
60: 카본섬유 와인딩(windin)층10: hollow of the graphite mold into which the preliminary boron nitride sintered body is put
20: upper punch
30: Lower punch
40: Graphite mold sleeve
50: Graphite mold division part
51: one mold in which the divided molds are combined
60: Carbon fiber winding layer
Claims (16)
산화붕소(B2O3)를 포함한 순도 95%이상의 질화붕소 분말원료에서 상기 산화붕소(B2O3)를 제거하는 산화붕소(B2O3) 제거단계;
상기 질화붕소 분말원료에 소결조제를 첨가한 질화붕소 분말을 준비하는 질화붕소 분말 준비단계;
상기 질화붕소 분말을 가압하여, 질화붕소 예비 소결체를 제작하는 예비 소결체 제작단계; 및
상기 예비 소결체를 상기 몰드(mold)의 중공에 넣어, 열간가압(hot press) 소결 과정을 통해, 질화붕소 소결체를 제조하는 소결체 제조단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 질화붕소 분말 준비단계에서, 상기 소결조제는 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 1 중량% 내지 5 중량%를 첨가하고, 상기 소결조제는, 순도 99.5%이상이며, 산화붕소(B2O3), 실리콘나이트라이드(Si3N4), 질화알루미늄(AIN) 또는 붕소(B) 중 적어도 하나를 첨가하며, 상기 산화붕소(B2O3)는, 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 3 중량% 내지 5 중량%로 첨가되고, 상기 실리콘나이트라이드(Si3N4)는, 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 2 중량% 내지 5 중량%로 첨가되며, 상기 질화알루미늄(AIN)은, 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 1 중량% 내지 4 중량%로 첨가되고, 상기 붕소(B)는, 상기 질화붕소 분말 100 중량%에 있어서, 1 중량% 내지 5 중량%로 첨가되며,
상기 예비 소결체 제작단계는, 상기 질화붕소 분말을 3 MPa 내지 10 MPa 압력으로 일축가압 후, 50 MPa 내지 300 MPa 압력으로 등방가압하는 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법
A mold preparing step of preparing a hot press sintering mold in which two or more pieces of a mold are joined to each other to form a hollow;
Boron oxide (B 2 O 3), including the purity of the boron oxide at least 95% of boron nitride powder raw material (B 2 O 3) the removal of boron oxide (B 2 O 3) removing step;
Preparing a boron nitride powder to prepare a boron nitride powder to which the sintering aid is added to the boron nitride powder raw material;
Pressurizing the boron nitride powder to prepare a preliminary sintered body of boron nitride; And
And sintering the sintered compact by placing the preliminary sintered body in the hollow of the mold to produce a sintered body of boron nitride through a hot press sintering process,
In the boron nitride powder preparation step, wherein the sintering aid is has a purity of at least 99.5%, boron oxide (B 2 O in 100% by weight of the boron nitride powder, 1% to 5 addition of% by weight, the sintering aid 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AIN) or boron (B), wherein the boron oxide (B 2 O 3 ) (Si 3 N 4 ) is added in an amount of 2 wt% to 5 wt% in 100 wt% of the boron nitride powder, and the aluminum nitride (AIN ) Is added in an amount of 1 wt% to 4 wt% in 100 wt% of the boron nitride powder, and the boron (B) is added in an amount of 1 wt% to 5 wt% in 100 wt% of the boron nitride powder And,
Wherein the preliminary sintered compact is uniaxially pressurized with the boron nitride powder at a pressure of 3 MPa to 10 MPa and isotropically pressurized at a pressure of 50 MPa to 300 MPa to produce a sintered boron nitride sintered body
상기 몰드(mold) 준비단계에서, 상기 몰드(mold)는 그라파이트(graphite)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 몰드(mold)의 외측에 섬유를 더 포함하며, 상기 섬유는 탄소(carbon)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법
The method according to claim 1,
In the mold preparation step, the mold is characterized in that it comprises graphite, further comprising fibers on the outside of the mold, the fibers comprising carbon A method for producing a boron nitride sintered body to which a sintering auxiliary agent is added
상기 산화붕소(B2O3) 제거단계에서, 상기 질화붕소 분말원료 100 중량%에 있어서, 상기 산화붕소(B2O3)를 1.0 중량% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법
The method according to claim 1,
In the boron oxide (B 2 O 3) stripping step, in the boron nitride powder raw materials of 100% by weight, the addition of a sintering aid it characterized in that the boron oxide (B 2 O 3) contains less than 1.0% by weight Manufacturing method of boron nitride sintered body
상기 소결체 제조단계에서, 상기 열간가압(hot press) 소결이 일어나는 소결온도는 700 ℃ 내지 2300 ℃인 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법
The method according to claim 1,
Wherein the sintering temperature at which the hot press sintering is performed in the sintering step is 700 ° C. to 2300 ° C. 3. A sintered body according to claim 1,
상기 소결체 제조단계에서, 상기 열간가압(hot press) 소결이 일어나는 압력은 3 MPa 내지 45 MPa인 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법
The method according to claim 1,
Wherein the pressure at which the hot press sintering is performed is 3 MPa to 45 MPa in the step of manufacturing the sintered body,
상기 소결체 제조단계에서, 상기 열간가압(hot press) 소결이 일어나는 승온속도는 5 ℃/min 내지 30 ℃/min인 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법
The method according to claim 1,
Wherein a temperature increase rate at which the hot press sintering is performed is 5 ° C / min to 30 ° C / min in the sintered body manufacturing step, wherein the sintering aid is added to the boron nitride sintered body
상기 소결체 제조단계에서, 상기 열간가압(hot press)의 소결 유지시간은 1 시간 내지 5 시간인 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법
The method according to claim 1,
Wherein the sintering holding time of the hot press is 1 hour to 5 hours in the step of manufacturing the sintered body,
상기 질화붕소 분말 준비단계에서, 상기 질화붕소 분말원료의 입자 크기는 5 ㎛ 내지 60 ㎛인 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법
The method according to claim 1,
Characterized in that in the boron nitride powder preparation step, the particle size of the boron nitride powder raw material is from 5 탆 to 60 탆, wherein the sintering aid is added to the boron nitride sintered product
상기 소결체 제조단계 이후, 상기 질화붕소 소결체를 수소기체(H2)와 질소기체(N2)의 가스 분위기에서 열처리를 수행하며, 상기 수소기체는 0.5 내지 30부피%이고, 상기 질소기체는 70 내지 95.5부피%인 것을 특징으로 하는 소결조제를 첨가한 질화붕소 소결체 제조방법The method according to claim 1,
After the sintered body is manufactured, the boron nitride sintered body is subjected to a heat treatment in a gas atmosphere of hydrogen gas (H 2 ) and nitrogen gas (N 2 ), wherein the hydrogen gas is 0.5 to 30% by volume, 95.5% by volume, based on the total amount of the boron nitride sintered body
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