KR101630826B1 - manufacturing method of high strength ceramic sheet for firing electronic ceramic and high strength ceramic sheet manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법은: 알루미나(Al2O3), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria-stabilized zirconia), 그리고 바인더로 이루어지는 혼합물의 원료 혼합 단계(a); 상기 단계(a)를 거쳐 혼합이 완료된 혼합물을 탈포 및 에이징하는 단계(b); 상기 단계(b)를 거친 혼합물을 후막 성형 공법으로 성형하는 단계(c); 상기 단계(c)에서 성형된 성형체를 적층 및 온간 등가압 성형(WIP: Warm Isostatic Pressing)하는 단계(d); 상기 단계(d)를 거친 성형체를 절단하고, 절단된 성형체를 전기로에서 1400~1600 ℃의 온도 범위로 소결하는 단계(e);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 피소성물과의 반응성은 낮아진 반면, 고강도인 세터와 같은 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판을 저가로 대량 생산할 수 있는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판을 제공할 수 있다.
A method of manufacturing an electron ceramic fired high strength ceramic substrates and therefore relates to a high strength ceramic substrate for a microwave ceramic sintering is produced by method of manufacturing a high strength ceramic substrate for a microwave ceramic sintering according to the invention are: alumina (Al 2 O 3), (A) a raw material mixing step of a mixture consisting of yttria-stabilized zirconia (YSZ) and a binder; (B) defoaming and aging the mixed mixture through the step (a); (C) molding the mixture obtained through the step (b) by a thick film molding process; (D) performing lamination and warm-isostatic pressing (WIP) on the molded article molded in the step (c); (E) cutting the formed body after step (d) and sintering the cut body in an electric furnace at a temperature range of 1400 to 1600 ° C.
Accordingly, there is provided a method of manufacturing a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing, which can produce a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing such as a setter having a low reactivity with an object to be cleaned at low cost at a low cost, A high strength ceramic substrate can be provided.

Description

전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판 {manufacturing method of high strength ceramic sheet for firing electronic ceramic and high strength ceramic sheet manufactured by the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing and a high strength ceramic substrate for firing the same,

본 발명은 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대형 기판을 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing and a high strength ceramic substrate for firing an electronic ceramic manufactured thereby. More particularly, the present invention relates to a high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing And a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing produced by the method.

전자 디바이스 부품이나 사출 성형품 등의 소성 공정은 제품의 특성을 좌우하는 매우 중요한 공정이며, 이때 소성로 내부에서 사용되는 세터(setter)는 소성시 유기물(바인더)의 높은 제거 기능과 분위기 가스의 세터 내부로의 균일한 분산 및 외부로의 용이한 배출 기능을 담당하여 제품의 품질을 결정하는 매우 중요한 소성부재이다. The sintering process of electronic device parts and injection molded products is a very important process that determines the characteristics of the product. At this time, the setter used in the sintering furnace has a function of removing the organic material (binder) And it is an important firing member that determines the quality of the product by taking charge of the uniform dispersion of the product and easy discharge to the outside.

또한, 이러한 세터는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판으로서, 사용 수명을 증가시키기 위하여 내열충격성과 휨강도 등이 요구되며, 특히 소성 시 세터와 피소성체의 성분원소에 의한 그린시트와 표면반응을 억제하는 것이 요구되므로 피소성체의 물질 및 소성방법에 따라 특화되어 개발되는 경향이 있다. Such a setter is a high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing and is required to have heat shock resistance and bending strength in order to increase the service life. Particularly, it is required to suppress the green sheet and the surface reaction by the constituent elements of the setter and the fired body It tends to be developed in accordance with the substance of the object to be fired and the method of firing.

세터를 이용한 세라믹 기판 제조방법의 일 예가 대한민국 특허등록번호 제10-1070148호(2011년09월27일자 등록, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시되어 있다. An example of a method of manufacturing a ceramic substrate using a setter is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1070148 (registered on September 27, 2011, hereinafter referred to as "Patent Document 1").

한편, 최근에는 NFC(Near Field Communication)용 자성시트의 수요가 증가하고 있기 때문에 NFC용 자성시트의 제조에 종래기술에 따른 세터를 이용한 세라믹 기판 제조방법을 적용하고 있다. On the other hand, in recent years, the demand for magnetic sheets for NFC (Near Field Communication) is increasing. Therefore, a ceramic substrate manufacturing method using a setter according to the prior art is applied to the production of magnetic sheets for NFC.

그러나, NFC용 자성시트는 산화아연(ZnO)과 같은 반응성이 높은 성분을 포함하기 때문에 종래기술에 따른 세터를 이용한 세라믹 기판 제조방법을 적용하여 소성 시 세터와 반응하여 성분원소의 변동을 유발하고, 소성 수축률의 차이를 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다. However, since the magnetic sheet for NFC contains a highly reactive component such as zinc oxide (ZnO), the method of manufacturing a ceramic substrate using a setter according to the prior art is applied to cause a fluctuation of component elements by reacting with a setter during baking, There is a problem that a difference in firing shrinkage ratio can be generated.

또한, 이로 인하여 평활한 세라믹 시트를 얻기가 어려워지고 휨이나 특성 열화 같은 문제점들이 발생 될 수도 있다. In addition, this makes it difficult to obtain a smooth ceramic sheet, and problems such as warping and characteristic deterioration may occur.

아울러, 세터의 제조는 기본적으로 고밀도를 유지하기 위하여 프레스 성형 후 절단 및 연마한 뒤에 많은 후공정을 거치기 때문에 비용이 증가 될 수 있다는 문제점이 있다. In addition, the production of the setter basically involves a lot of post-processing after cutting and grinding after press molding in order to maintain a high density, so that the cost can be increased.

대한민국 특허등록번호 제10-1070148호(2011년09월27일자 등록)Korean Patent Registration No. 10-1070148 (registered on September 27, 2011)

본 발명의 목적은, 피소성물과의 반응성은 낮아진 반면, 고강도인 세터와 같은 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판을 저가로 대량 생산할 수 있는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing which can produce a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing such as a setter having a low reactivity with an object to be fired at low cost at low cost, And to provide a high strength ceramic substrate for ceramic firing.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법은: 알루미나(Al2O3), 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria-stabilized zirconia), 그리고 바인더로 이루어지는 혼합물의 원료 혼합 단계(a); 상기 단계(a)를 거쳐 혼합이 완료된 혼합물을 탈포 및 에이징하는 단계(b); 상기 단계(b)를 거친 혼합물을 후막 성형 공법으로 성형하는 단계(c); 상기 단계(c)에서 성형된 성형체를 적층 및 온간 등가압 성형(WIP: Warm Isostatic Pressing)하는 단계(d); 상기 단계(d)를 거친 성형체를 절단하고, 절단된 성형체를 전기로에서 1400~1600 ℃의 온도 범위로 소결하는 단계(e);를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a method of manufacturing a high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing according to the present invention is characterized by comprising the steps of: preparing a raw material mixture of alumina (Al 2 O 3 ), yttria-stabilized zirconia (YSZ) Mixing step (a); (B) defoaming and aging the mixed mixture through the step (a); (C) molding the mixture obtained through the step (b) by a thick film molding process; (D) performing lamination and warm-isostatic pressing (WIP) on the molded article molded in the step (c); (E) cutting the formed body after step (d) and sintering the cut body in an electric furnace at a temperature range of 1400 to 1600 ° C.

여기서, 상기 단계(a)에서, 알루미나, 이트리아 안정화 지르코니아의 원료분말 입경 크기는 각각 0.3~10 ㎛, 0.1~3 ㎛이며, 바인더는 폴리비닐 부티랄(PVB) 계를 포함하는 것이 바람직하다. Here, in the step (a), the particle sizes of the alumina and yttria-stabilized zirconia powder are 0.3 to 10 μm and 0.1 to 3 μm, respectively, and the binder preferably includes a polyvinyl butyral (PVB) system.

상기 단계(a)에서, 알루미나:이트리아 안정화 지르코니아의 중량 혼합비율은 2:8 ~ 8:2이며, 바인더가 알루미나 및 이트리아 안정화 지르코니아 혼합물에 첨가되는 중량 비율은 알루미나 및 이트리아 안정화 지르코니아 혼합물:바인더가 1:0.5인 것이 바람직하다. Wherein the weight ratio of alumina to yttria stabilized zirconia is from 2: 8 to 8: 2 and the weight ratio of binder added to the alumina and yttria stabilized zirconia mixture is in the range of: The binder is preferably 1: 0.5.

상기 단계(b)에서, 탈포는 1시간 동안 수행되고, 탈포된 혼합물 슬러리가 고르게 분산되도록 24시간 동안 20 rpm으로 볼밀링을 수행하는 것이 바람직하다. In step (b), defoaming is performed for 1 hour, and ball milling is preferably performed at 20 rpm for 24 hours to evenly disperse the defoamed slurry.

상기 단계(c)는 테이프 캐스팅 장비를 사용하여 후막 성형이 이뤄지도록 하는 것이 바람직하다.In the step (c), it is preferable that the thick film forming is performed using a tape casting equipment.

상기 단계(d)는, 라미네이터를 사용하여 성형체를 적층하되, 상하부 온도를 60 ℃로 설정하여 적층하고, WIP 장비를 사용하여 30 MPa의 압력으로 30분 동안 압착 공정을 수행하는 단계인 것이 바람직하다. The step (d) is preferably a step of laminating the formed bodies by using a laminator, setting the upper and lower temperatures at 60 DEG C, laminating them, and performing a compression process for 30 minutes at a pressure of 30 MPa using WIP equipment .

그리고, 상기 단계(e)는, 적층이 완료된 시트를 절단기를 사용하여 절단하고, 절단된 성형체를 1400℃, 1500℃, 1600℃에서 분당 5℃씩 승온시켜 10분간 유지하며 소결하는 단계인 것이 바람직하다. The step (e) is preferably a step of cutting the laminated sheet using a cutter and sintering the cut formed body at a temperature of 1400 ° C, 1500 ° C, and 1600 ° C by 5 ° C per minute for 10 minutes Do.

한편, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판은 상기 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing according to the present invention is manufactured by the above manufacturing method.

본 발명에 따르면, 피소성물과의 반응성은 낮아진 반면, 고강도인 세터와 같은 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판을 저가로 대량 생산할 수 있는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판을 제공할 수 있다. According to the present invention, there is provided a method for producing a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing, which can produce a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing such as a setter having a low reactivity with a fired product at low cost at a low cost, A high strength ceramic substrate for firing can be provided.

도 1은 본 발명에 따른 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법의 개략적인 공정 흐름도,
도 2는 소결 온도에 따른 시편의 부피 수축률을 나타낸 그래프,
도 3은 소결 온도에 따른 시편의 성형밀도 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 소결 온도에 따른 시편의 비커스 경도의 값을 나타낸 그래프,
도 5는 소결 온도별, 그리고 알루미나 및 YSZ 중량 혼합비율에 따라 생성된 알루미나 기판의 SEM 사진도이다.
1 is a schematic process flow diagram of a method for manufacturing a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing according to the present invention,
2 is a graph showing a volume shrinkage ratio of a specimen according to a sintering temperature,
FIG. 3 is a graph showing a change in the molding density of the specimen according to the sintering temperature,
4 is a graph showing Vickers hardness values of specimens according to sintering temperatures,
FIG. 5 is a SEM photograph of an alumina substrate produced according to sintering temperature and weight ratio of alumina and YSZ.

본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미나(alumina) 분말에 첨가제 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria-stabilized zirconia) 분말을 추가하고 후막 성형(thick film) 공법을 이용하여 대기 분위기의 소결 공정을 통해 세터(setter)와 같은 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조가 이뤄지도록 하는 것이다. As shown in FIG. 1, the present invention is characterized in that an additive yttria-stabilized zirconia (YSZ) powder is added to an alumina powder and a sintering process in an atmospheric environment using a thick film So that a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing such as a setter can be manufactured.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(a) 원료혼합 단계(a) raw material mixing step

알루미나(Al2O3)와 YSZ 분말을 폴리비닐 부티랄(PVB) 계의 바인더에 넣어 섞어 혼합시킨다.Alumina (Al 2 O 3 ) and YSZ powder are mixed in a binder of polyvinyl butyral (PVB) system and mixed.

이때, 상기 알루미나, YSZ는 중량 혼합비율이 2:8 ~ 8:2가 되도록 혼합시킨다. 예컨대, 알루미나의 중량%가 20 중량%이면, YSZ의 중량%는 80 중량%가 되도록 하고, 알루미나의 중량%가 30 중량%이면, YSZ의 중량%는 70 중량%가 되도록 하며, 알루미나의 중량%가 80 중량%이면, YSZ의 중량%는 20 중량%가 되도록 하는 것이다.At this time, the alumina and YSZ are mixed so that the weight mixing ratio is 2: 8 to 8: 2. For example, if the weight percentage of alumina is 20 wt%, the weight% of YSZ is 80 wt%, and if the weight percentage of alumina is 30 wt%, the weight% of YSZ is 70 wt% Is 80% by weight, the weight% of YSZ is 20% by weight.

본 발명의 일실시예로서, 알루미나, 이트리아 안정화 지르코니아의 원료분말 입경 크기는 각각 0.3~10 ㎛, 0.1~3 ㎛인 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the sizes of the raw material powders of alumina and yttria-stabilized zirconia are preferably 0.3 to 10 mu m and 0.1 to 3 mu m, respectively.

이후, 상기 알루미나 및 YSZ, 바인더의 혼합액이 볼밀 공정을 거치도록 하되, 180 rpm으로 24시간 동안 충분히 이뤄지도록 한다.Thereafter, the mixed solution of the alumina, YSZ and binder is subjected to a ball milling process so as to be sufficiently performed at 180 rpm for 24 hours.

이때, 효과적인 볼밀 공정을 위해 직경 3mm, 5mm, 10mm의 지르코니아 볼들이 총 300g의 무게가 되게 섞이도록 하여 상기 알루미나 및 YSZ, 바인더의 혼합액에 첨가되어 볼밀 공정이 이뤄지도록 한다. For effective ball milling, zirconia balls having diameters of 3 mm, 5 mm, and 10 mm are added to the mixed solution of alumina, YSZ, and binder so that the total weight of the zirconia balls is 300 g.

본 발명의 일실시예로서, 상기 알루미나 및 YSZ, 바인더의 혼합액은 동일한 볼밀링기에서 모두 동일한 조건으로 볼밀 공정을 거치도록 하는 것이 바람직하다.
In one embodiment of the present invention, it is preferable that the mixed liquid of alumina, YSZ and the binder is subjected to a ball milling process under the same conditions in the same ball milling machine.

(b) 탈포 및 에이징 단계(b) Degassing and aging step

24시간 동안 볼밀 공정을 거쳐 혼합이 진행된 상기 혼합물에서 지르코니아 볼을 걸러낸 후 충분히 탈포시켜 기포를 제거한다.The mixture is subjected to a ball milling process for 24 hours to remove the zirconia balls from the mixture, followed by sufficiently defoaming the bubbles.

이후, 기포가 제거된 혼합물을 골고루 분산시키기 위해 에이징(aging) 공정을 24시간 동안 진행한다.
The aging process is then continued for 24 hours to evenly disperse the bubbled mixture.

(c) 후막 성형 공법으로 성형하는 단계(c) a step of molding by a thick film molding process

계속해서 상기 혼합물을 테이프 캐스팅(tape casting) 장비를 이용하여 후막 성형이 이뤄지도록 하되, 두께 70 ㎛의 고밀도 폴리에틸렌 필름(polyethylene film)을 사용하며, 성형속도는 1.0 m/min이고, 코마헤드(comma head) 높이는 300 ㎛로 설정하여 수행되도록 한다.Subsequently, the mixture was subjected to thick film formation using a tape casting equipment. A high density polyethylene film having a thickness of 70 탆 was used. The molding speed was 1.0 m / min. The comma head comma head height is set to 300 탆.

이때, 건조온도는 구간별로 35 ~ 75 ℃ 정도에서 진행되도록 하여 효과적인 건조가 가능하다.
At this time, the drying temperature is progressed at about 35 to 75 ° C for each section, thereby enabling effective drying.

(d) 적층 및 온간 등가압 성형(WIP) 단계(d) Pressurization (WIP) step such as lamination and warming

성형이 완료된 성형체를 라미네이터(laminator)와 같은 적층기를 이용하여 시트 한 장당 60초의 압착시간을 두고, 상하부 온도는 60 ℃로 설정하여 적층되도록 한다. The formed molded object is laminated by setting the upper and lower temperature at 60 占 폚 with a pressing time of 60 seconds per sheet using a laminator such as a laminator.

온간 등가압 성형(WIP: Warm Isostatic Pressing)은 WIP 장비를 사용하여 70 ℃의 물 온도에서 30분 동안 30 MPa의 압력으로 압착 공정을 진행한다.
Warm Isostatic Pressing (WIP) uses WIP equipment to perform the pressing process at a pressure of 30 MPa for 30 minutes at a water temperature of 70 ° C.

(e) 절단 및 대기분위기에서 소결 단계(e) cutting and sintering in air atmosphere

상기 압착이 완료되어 적층된 성형체를 절단기를 사용하여 적정한 크기로 절단하고 대기분위기에서 전기로를 이용하여 소결 공정이 수행되도록 한다.After completion of the squeezing, the laminated molded body is cut to a proper size using a cutter, and a sintering process is performed using an electric furnace in an atmospheric environment.

소결은 1400 ℃, 1500 ℃, 1600 ℃의 온도에서 각각 이뤄질 수 있고, 승온 시간은 분당 5 ℃인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일실시예로서, 소결은 1400 ℃, 1500 ℃, 1600 ℃의 온도에서 분당 5 ℃씩 승온시키되 승온된 상태에서 10분간 유지되도록 하며 이뤄지는 것이 바람직하다. Sintering may be performed at temperatures of 1400 ° C, 1500 ° C, and 1600 ° C, respectively, and the temperature rise time is preferably 5 ° C per minute. In one embodiment of the present invention, the sintering is preferably performed at a temperature of 1400 ° C, 1500 ° C, or 1600 ° C at a rate of 5 ° C per minute, and maintained at a temperature elevated for 10 minutes.

한편, 이렇게 제조된 알루미나 기판 위에 평활한 고강도, 고밀도 코팅층을 형성함으로써 피소성물과의 반응성이 낮아지고, 고강도인 세터, 즉 전자세라믹 소성용 세라믹 기판을 생산할 수 있다.
On the other hand, by forming a smooth high-strength and high-density coating layer on the alumina substrate thus produced, reactivity with the object to be cleaned is lowered, and a setter having high strength, that is, a ceramic substrate for firing an electronic ceramic can be produced.

이에 따라, 프레스 압축 성형 공법에 비하여 저렴한 가격으로 대형 크기의 고강도 세락믹 기판을 대량 생산할 수 있다. 또한, 알루미나-YSZ 복합체는 기존의 알루미나에 비하여 기계적 강도가 매우 우수하며, 높은 열전도성의 특성과 함께 소결 온도도 1400~1600 ℃로 매우 낮은 특징을 가질 수 있다.
As a result, a large-sized high-strength ceramic substrate can be mass-produced at a lower cost than the compression compression molding method. In addition, the alumina-YSZ composite has a very high mechanical strength as compared with conventional alumina, and has a high thermal conductivity and a very low sintering temperature of 1400 to 1600 ° C.

[실시예] [Example]

알루미나와 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 분말과 바인더를 혼합하되, 알루미나와 YSZ 분말의 중량%는 알루미나:YSZ = 20~80 중량% : 80~20 중량%의 중량 혼합비율이 되도록 혼합한다. 본 실시예에서는 알루미나:YSZ = 60 중량% :40 중량%의 중량 혼합비율로 알루미나와 YSZ 분말이 혼합되는 경우가 가장 최적의 상태를 나타내었다.Alumina and yttria stabilized zirconia (YSZ) powder are mixed with a binder, and the weight percentages of alumina and YSZ powder are mixed so that a weight mixing ratio of alumina: YSZ = 20 to 80 wt%: 80 to 20 wt%. In this embodiment, the most optimum condition was observed when alumina and YSZ powder were mixed at a weight mixing ratio of alumina: YSZ = 60 wt%: 40 wt%.

이는 상기 혼합물의 중량%에서 알루미나와 YSZ 분말의 중량 혼합비율이 가장 적절하면서 기계적 강도도 높게 나타났기 때문이다.This is because the weight ratio of alumina to YSZ powder is the most appropriate in the weight percent of the mixture and the mechanical strength is also high.

아래의 표 1은 알루미나, YSZ 분말, 바인더의 배합량이다. 바인더는 알루미나와 YSZ 분말의 혼합물 1에 대해 동일하게 모두 0.5의 중량 비율로 첨가된다.Table 1 below shows blending amounts of alumina, YSZ powder and binder. The binder is added to the mixture 1 of alumina and YSZ powder in the same weight ratio of all 0.5.

시편Psalter Al2O3(wt%)Al 2 O 3 (wt%) YSZ(wt%)YSZ (wt%) Binder(wt%)Binder (wt%) Al2O3(8)YSZ(2)Al 2 O 3 (8) YSZ (2) 8080 2020 5050 Al2O3(6)YSZ(4)Al 2 O 3 (6) YSZ (4) 6060 4040 5050 Al2O3(4)YSZ(6)Al 2 O 3 (4) YSZ (6) 4040 6060 5050 Al2O3(2)YSZ(8)Al 2 O 3 (2) YSZ (8) 2020 8080 5050

참고로, 상기 <표 1>에서 Al2O3(8)YSZ(2)는 알루미나 : YSZ 분말의 중량 혼합비율이 8:2라는 것이다. For reference, Al 2 O 3 (8) YSZ (2) in Table 1 indicates that the weight mixing ratio of alumina: YSZ powder is 8: 2.

이후, 상기 알루미나, YSZ 분말 및 바인더의 혼합액을 볼밀 공정을 통해 180 rpm에서 24시간 동안 충분히 시행한다.Thereafter, a mixed solution of the alumina, the YSZ powder and the binder is sufficiently subjected to a ball milling process at 180 rpm for 24 hours.

이때, 직경 3mm, 5mm, 10mm의 지르코니아 볼들이 총 300g의 무게가 되게 섞이도록 하여 상기 알루미나 및 YSZ, 바인더의 혼합액에 첨가되어 건식 볼밀 공정이 이뤄지도록 한다. 지르코니아 볼은 고밀도로 제조되어 매우 강하고 단단한 재질로서 표면이 매끄럽고 파손의 위험이 적어 사용되었고, 사용된 알루미나와 YSZ 분말 입자의 효과적인 혼합을 위해서 볼밀링 수행시 볼의 크기를 섞어 효율적인 혼합 공정을 시행하였다. At this time, zirconia balls having diameters of 3 mm, 5 mm, and 10 mm are added to the mixed solution of alumina, YSZ and binder so that the total weight of the zirconia balls is 300 g, so that a dry ball milling process is performed. Zirconia balls are made of high density and are very strong and hard. Their surface is smooth and the risk of breakage is low. In order to effectively mix the alumina and YSZ powder particles used, efficient mixing process was performed by mixing ball sizes during ball milling .

이후, 24시간 동안 볼밀 공정으로 혼합이 진행된 혼합물에서 지르코니아 볼을 걸러낸 후 1시간 동안 충분히 탈포시켜 기포를 제거하고 2차적으로 충분히 혼합되도록 하기 위하여 24시간 동안 에이징 처리한다. 이때, 탈포된 혼합물 슬러리가 고르게 분산되도록 24시간 동안 20 rpm으로 볼밀링을 수행한다. Thereafter, the mixture is subjected to a ball milling process for 24 hours to remove the zirconia balls, followed by thoroughly defoaming for 1 hour to remove bubbles and aging treatment for 24 hours to allow secondary mixing. At this time, ball milling is performed at 20 rpm for 24 hours so that the defoamed mixture slurry is uniformly dispersed.

상기 에이징 처리가 완료된 혼합물을 테이프 캐스팅 장비를 이용하여 후막 성형 공정을 통하여 시트의 형태로 성형처리한 뒤 적층기를 이용하여 시트 한 장당 60초의 압착시간을 두고, 상하부 온도는 60 ℃로 설정하여 라미네이션(lamination)을 시행한다. 이후, 온간 등가압 성형(WIP) 공정을 진행한다.After completion of the aging treatment, the mixture was molded into a sheet through a thick film forming process using a tape casting machine, and the laminate was subjected to a lamination process by setting the upper and lower temperatures at 60 DEG C for 60 seconds per sheet, lamination. Thereafter, a warm-pressing (WIP) process is performed.

상기 온간 등가압 성형 공정이 완료된 성형체를 적정한 크기로 절단한 다음 전기로를 사용하여 대기분위기에서 1400~1600 ℃ 범위에서 소결작업을 수행한다.The compacted body having undergone the warm pressing process is cut to an appropriate size and sintered in an atmospheric environment at 1400 to 1600 ° C using an electric furnace.

소결이 완료된 시편은 핫 마운팅 프레스(hot mounting press) 공정을 통해 표면 연마되도록 한 뒤, 비커스 경도기를 사용하여 경도측정한 결과를 비교하고, 이후 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하여 경도 값에 비례해 미세구조가 어떻게 달라지는지 확인하였다. The sintered specimens were surface polished through a hot mounting press process and then compared with hardness measurements using a Vickers hardness tester. After that, SEM (Scanning Electron Microscope) And how the structure changes.

도 2는 소결 온도와 알루미나 및 YSZ의 중량 혼합비율에 따른 시편의 부피 수축률을 그래프로 나타낸 것이다. 소결 온도와 YSZ의 첨가량이 증가할수록 부피 수축률(%)도 증가하는 경향을 보였다.FIG. 2 is a graph showing the sintering temperature and the volume shrinkage ratio of the specimen according to the weight mixing ratio of alumina and YSZ. As the sintering temperature and YSZ content increased, the volume shrinkage (%) tended to increase.

도 3은 소결 온도와 알루미나 및 YSZ의 중량 혼합비율에 따른 성형밀도의 변화를 그래프로 나타낸 것이다. 소결 온도와 YSZ의 첨가량이 증가할수록 성형밀도(density)도 증가하는 경향을 보였다. Fig. 3 is a graph showing changes in the molding density depending on the sintering temperature and the weight mixing ratio of alumina and YSZ. As the sintering temperature and the amount of YSZ added increased, the molding density tended to increase.

도 4는 소결 온도와 알루미나 및 YSZ의 중량 혼합비율에 따른 시편의 비커스 경도 값을 그래프로 나타낸 것이다. 부피 수축률 및 성형밀도와 비례하게 YSZ의 함량과 소결 온도가 높을수록 비커스 경도 값도 높아지는 것을 보여준다.FIG. 4 is a graph showing Vickers hardness values of specimens according to sintering temperatures and weight mixing ratios of alumina and YSZ. The higher the sintering temperature and the YSZ content in proportion to the volume shrinkage and the molding density, the higher the Vickers hardness value.

아래의 표 2는 소결 온도에 따른 비커스 경도 값을 나타낸 표이다.Table 2 below shows Vickers hardness values according to the sintering temperature.

시편
Psalter
Vickers Hardness Number(Hv)Vickers Hardness Number (Hv) GPaGPa
1400℃1400 ° C 1500℃1500 ℃ 1600℃1600 ° C 1400℃1400 ° C 1500℃1500 ℃ 1600℃1600 ° C Al2O3(8)YSZ(2)Al 2 O 3 (8) YSZ (2) 981981 12401240 14211421 9.69.6 12.212.2 14.014.0 Al2O3(6)YSZ(4)Al 2 O 3 (6) YSZ (4) 11161116 15581558 19461946 11.011.0 15.315.3 19.119.1 Al2O3(4)YSZ(6)Al 2 O 3 (4) YSZ (6) 13081308 17691769 23462346 12.812.8 17.417.4 23.023.0 Al2O3(2)YSZ(8)Al 2 O 3 (2) YSZ (8) 15111511 19881988 26862686 14.814.8 19.519.5 26.326.3

상기 <표 2>에서 확인할 수 있듯이, 소결 온도가 증가할수록 경도 값이 증가하고 균열(crack)의 길이는 감소하였다. As shown in Table 2, as the sintering temperature increases, the hardness value increases and the crack length decreases.

도 5는 소결 온도 1400~1600 ℃에서의 미세구조를 나타낸 것으로서, 소결 온도와 YSZ의 첨가량이 증가할수록 미세구조가 더욱 치밀해지는 경향을 나타냄을 알 수 있다. FIG. 5 shows the microstructure at a sintering temperature of 1400 to 1600 ° C. It can be seen that as the sintering temperature and the amount of YSZ added increase, the microstructure tends to become more dense.

이에 따라, 본 발명에 따른 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판인 알루미나 기판의 비커스 경도를 크게 높일 수 있다. Accordingly, the Vickers hardness of the alumina substrate as the high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing according to the present invention can be greatly increased.

1600 ℃의 소결 온도에서도 비커스 경도 값이 최대 2600 Hv가 관찰된다. 하지만, 이 경우는 YSZ의 비율이 80 중량%, 알루미나의 비율이 20 중량%이기 때문이다. 따라서, 알루미나와 YSZ의 재료 비용을 고려한다면, 알루미나가 YSZ 보다 훨씬 저렴하기 때문에 1600 ℃의 소결 온도에서도 2000 Hv 안팎의 비커스 경도 값이 관찰되는 Al2O3(6)YSZ(4)과 Al2O3(4)YSZ(6) 중에서 알루미나의 비율이 60 중량%, YSZ의 비율이 40 중량% 인 Al2O3(6)YSZ(4) 조건이 최적의 기계적 강도를 얻는 조건으로 선정될 수 있다. A maximum Vickers hardness value of 2600 Hv was observed even at a sintering temperature of 1600 ° C. However, in this case, the ratio of YSZ is 80 wt% and the ratio of alumina is 20 wt%. Therefore, considering the material cost of alumina and YSZ, Al 2 O 3 which alumina is the Vickers hardness value of at sintering temperature of 1600 ℃ because it is much cheaper 2000 Hv and out of observation than YSZ (6) YSZ (4) and Al 2 O 3 (4) Al 2 O 3 (6) YSZ (4) conditions in which the alumina ratio is 60 wt% and the YSZ ratio is 40 wt% in YSZ (6) can be selected as a condition for obtaining optimum mechanical strength have.

즉, 대량생산이 용이한 후막 공정을 이용하기 때문에 공정비용이 절약되고 원하는 기판의 크기와 두께를 맞추기에도 용이하며, 첨가물 YSZ의 효과로 1400 ℃ ~ 1600 ℃ 의 낮은 온도에서도 소결이 가능하고, 낮은 소결 온도에서도 기존 1700 ℃ 이상의 소결 온도에서의 알루미나 기판보다 높은 기계적 강도를 얻을 수 있는 효과가 있다.
In other words, because it uses the thick film process which is easy to mass-produce, the process cost is saved, and it is easy to match the size and thickness of the desired substrate. The effect of additive YSZ enables sintering even at a low temperature of 1400 ° C. to 1600 ° C., It is possible to obtain a higher mechanical strength than the alumina substrate at a sintering temperature of 1700 DEG C or higher.

이에, 본 발명에 따르면, 피소성물과의 반응성은 낮아진 반면, 고강도인 세터와 같은 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판을 저가로 대량 생산할 수 있는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판을 제공할 수 있다.
Thus, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing, which can produce a high-strength ceramic substrate for electronic ceramic firing such as a setter having a low reactivity with a fired product at low cost at low cost, A high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing can be provided.

상기에 의해 설명되고 첨부된 도면에서 그 기술적인 면이 기술되었으나, 본 발명의 기술적인 사상은 그 설명을 위한 것이고, 그 제한을 두는 것은 아니며 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술적인 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적인 사상을 이하 후술 될 특허청구범위에 기재된 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. While the invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

Claims (8)

입경이 0.3~10 ㎛인 알루미나(Al2O3), 0.1~3 ㎛인 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ: Yttria-stabilized zirconia)를 6:4의 중량비로 혼합하고, 그리고 폴리비닐 부티랄(PVB) 계 바인더를 더 부가하여 알루미나 및 이트리아 안정화 지르코니아 혼합물:바인더가 1:0.5의 중량비를 갖도록 하는 원료 혼합 단계(a);
상기 단계(a)를 거쳐 혼합이 완료된 혼합물을 탈포 및 에이징하는 단계(b);
상기 단계(b)를 거친 혼합물을 테이프 캐스팅 장비를 사용하여 후막 성형 공법으로 성형하는 단계(c);
상기 단계(c)에서 성형된 성형체를 라미네이터를 사용하여 적층하되, 상하부 온도를 60 ℃로 설정하여 적층하고, 30 MPa의 압력으로 30분 동안 압착 공정을 수행하는 적층 및 온간 등가압 성형(WIP: Warm Isostatic Pressing)하는 단계(d);
상기 단계(d)를 거친 성형체를 절단하고, 절단된 성형체를 전기로에서 1600℃에서 분당 5℃씩 승온시켜 10분간 유지하며 소결하는 단계(e);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법.
Alumina (Al 2 O 3 ) having a particle diameter of 0.3 to 10 μm and yttria-stabilized zirconia (YSZ) having a thickness of 0.1 to 3 μm were mixed at a weight ratio of 6: 4, and polyvinyl butyral (PVB) (A) adding a binder to the alumina and yttria-stabilized zirconia mixture so that the binder has a weight ratio of 1: 0.5;
(B) defoaming and aging the mixed mixture through the step (a);
(C) forming the mixture through the step (b) into a thick film molding process using a tape casting equipment;
(WIP) process in which a molded article molded in the step (c) is laminated by using a laminator and laminated by setting the upper and lower temperatures at 60 DEG C and subjected to a compression process at a pressure of 30 MPa for 30 minutes, Warm Isostatic Pressing);
(E) cutting the formed body after step (d), heating the cut body in an electric furnace at a temperature of 1600 ° C at a rate of 5 ° C per minute for 10 minutes and sintering;
Wherein the first ceramic substrate and the second ceramic substrate are bonded to each other.
제1항에 있어서,
상기 단계(b)에서,
탈포는 1시간 동안 수행되고, 탈포된 혼합물 슬러리가 고르게 분산되도록 24시간 동안 20 rpm으로 볼밀링을 수행하는 것을 특징으로 하는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (b)
Degassing is performed for 1 hour, and ball milling is performed at 20 rpm for 24 hours so that the defoamed mixture slurry is uniformly dispersed.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전자세라믹 소성용 고강도 세라믹 기판. A high strength ceramic substrate for electronic ceramic firing, which is produced by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 2. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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