KR101659823B1 - A HfC Composites and A Manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 상기 탄소원을 열처리하여 탄소 분말을 제조하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소를 포함하는 혼합물을 소결하는 단계를 포함하고, 상기 소결조제는 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicide) 또는 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicide)을 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법 및 이에 따른 HfC 복합체에 관한 것으로, 소결조제로서 Zr과 Si 또는 Hf과 Si가 분자단위 수준에서 균일하게 혼합된 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicides) 또는 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicides)을 사용함으로써, 화학적 조성의 국부적 집중을 방지하여 기존보다 미세한 grain 크기를 가지며, SiC가 균일하게 분포된 HfC 복합체를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a sintered body, comprising: mixing HfC, a sintering aid and a carbon source; Heat treating the carbon source to produce a carbon powder; And sintering a mixture comprising the HfC, the sintering aid and the carbon, wherein the sintering aids are selected from the group consisting of zirconium silicide (Zr x Si y ), hafnium silicide (Hf x Si y , Hafnium silicide The present invention relates to a method for producing a HfC composite and a HfC composite according to the present invention, wherein a zirconium silicide group (Zr x Si y , Zirconium silicides, or hafnium silicides (Hf x Si y , Hafnium silicides), it is possible to manufacture HfC composites having a finer grain size and uniform distribution of SiC by preventing local concentration of chemical composition.

Description

HfC 복합체 및 이의 제조방법{A HfC Composites and A Manufacturing method of the same}HfC composites and their manufacturing methods.

본 발명은 HfC 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세한 입자크기와 균일한 이차상 분포를 가지며 치밀하게 소결된 고순도의 HfC-SiC 복합재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a high purity HfC-SiC composite material having a fine particle size and a uniform secondary phase distribution and densely sintered, and a method for producing the same.

HfC는 약 3800℃의 매우 높은 녹는점을 가지며, 우수한 강도 및 경도 특성 등 탁월한 기계적 물성을 보유하고 있으며, 산업상 그 응용분야가 광범위하고, 특히 군사용 및 우주 항공용으로 적용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.HfC has a very high melting point of about 3800 ° C, has excellent mechanical properties such as excellent strength and hardness characteristics, has a wide range of applications in industry, and many researches have been carried out especially for military and aerospace applications .

특히 기존에 많은 연구가 진행된 ZrB2에 비하여 고온 특성 및 초고온 내삭마 특성이 우수하여 최근 연구가 활발히 진행되고 있다.Especially, ZrB 2 is superior to ZrB 2 which has undergone much research in the past.

하지만, HfC의 경우, 녹는점이 높은 재료의 특성인 난소결성과 800 ~ 1500℃ 작업온도 구간에서의 낮은 내산화성 때문에 산업별 응용과정에서 많은 제약이 있다.However, in the case of HfC, there are many limitations in industrial applications due to ovoid formation, which is a characteristic of high melting point materials, and low oxidation resistance at a working temperature range of 800 to 1500 ° C.

이와 같은 난소결성을 극복하기 위하여 HfC에 첨가제를 적용하는 방법이 적용된 바 있다.In order to overcome this ovarian formation, a method of applying an additive to HfC has been applied.

보다 구체적으로, SiC를 첨가제로 하여, HfC-SiC 전체중량대비 20 ~ 40 중량% 첨가하는 경우, HfC의 소결성이 향상되고, 900 ~ 1500℃에서의 내산화성이 개선되며, 강도 등 기계적 물성도 향상된다고 알려져 있다.[1] More specifically, when 20 to 40% by weight of SiC as an additive is added to the total weight of HfC-SiC, the sinterability of HfC is improved, the oxidation resistance at 900 to 1500 ° C is improved, and the mechanical properties such as strength are improved [1]

하지만, 이 경우, SiC가 강도 증진 및 산화 억제 효과를 내기 위해서는 HfC 기지 내에 균일하게 분포하도록 하여야 한다.However, in this case, the SiC should be uniformly distributed in the HfC base so as to exhibit the strength enhancement and the oxidation inhibition effect.

따라서, 현재까지는 이러한 HfC 분말의 소결성 개선 및 SiC와의 균일한 혼합을 위하여 attrition mill 및 planetary mill 등 고도의 분쇄장치 및 액상의 분산매를 사용하는 습식 분쇄법을 이용하여 상용의 HfC 분말을 SiC와 혼합하여 사용하고 있다.Therefore, to improve the sinterability of HfC powder and uniformly mix with SiC, commercial HfC powder is mixed with SiC by using wet milling method using high grinding apparatus such as attrition mill and planetary mill and liquid dispersion medium I am using it.

하지만, HfC는 높은 탄성계수, 경도 및 파괴인성을 갖기 때문에 그 분쇄가 용이하지 않으며, 또한, 분쇄 시 분쇄용 볼 및 분쇄용기로부터 오염물질이 대량 유입되는 문제점이 있다.[2]However, since HfC has a high elastic modulus, hardness and fracture toughness, it is not easy to grind, and there is a problem that a large amount of contaminants are introduced from a ball for grinding and a grinding container at the time of grinding.

또한, 습식 혼합법으로 HfC와 SiC를 혼합한 후 이를 건조하는 과정에서 SiC 들이 재응집되는 경향이 있으며 이로 인해 SiC가 균일하게 분포된 HfC-SiC 복합재료의 제조가 어렵다는 문제점이 있다.[3]In addition, SiCs tend to be re-agglomerated during the process of mixing HfC and SiC by wet mixing method, and it is difficult to manufacture HfC-SiC composite material with uniform distribution of SiC. [3]

이러한 균일성의 문제, 오랜 분쇄 및 혼합과정을 통한 불순물의 혼입문제들을 개선하기 위하여 출발원료로서 복합재료의 구성요소들인 Hf, Si 및 C를 사용하여 HfC-SiC 복합재료를 제조한 예들이 보고된 바 있다.[4][5]In order to solve the problem of such uniformity and the problems of incorporation of impurities through long pulverization and mixing processes, there have been reported examples of producing HfC-SiC composite materials using Hf, Si and C, which are components of the composite material as a starting material [4] [5]

하지만, 이들 연구에서는 화학조성의 국부적인 집중으로 인하여, 형성된 HfC 및 SiC가 출발원료인 Hf 및 Si의 크기와 유사할 정도로 성장하며, 따라서 이들 방법으로 제조된 복합재료들은 grain들의 크기가 3 내지 10㎛ 내외로 비교적 조대하다는 문제점이 있다.However, in these studies, due to the local concentration of the chemical composition, the HfC and SiC formed grow to a size similar to that of the starting materials Hf and Si, and thus the composite materials produced by these methods have grain sizes of 3 to 10 Mu m and relatively coarse.

또한 출발원료인 Hf 분말은 공기와의 반응성이 커서 분말상태로 공기중에 노출될 경우 폭발이 일어날 위험이 있으며, 모든 실험은 고가의 비활성 분위기에서 수행 되어야 하기 때문에 산업화가 어렵다는 문제점이 있다.Also, since Hf powder as a starting material is highly reactive with air, there is a danger of explosion when exposed to air in a powder state, and all experiments must be performed in an expensive inert atmosphere, which makes industrialization difficult.

[1] J. X. Liu 외, J. Am. Ceram. Soc., 96 [6], 1751-1756 (2013).[1] J. X. Liu et al., J. Am. Ceram. Soc., 96 [6], 1751-1756 (2013). [2] C. Heiligers 외, Int. J. Ref. Met. Hard Mater., 25 [4], 300-309 (2007).[2] C. Heiligers et al., Int. J. Ref. Met. Hard Mater., 25 [4], 300-309 (2007). [3] S. Kim 외, Ceramics International, 40 [2], 3477-3483 (2014).[3] S. Kim et al., Ceramics International, 40 [2], 3477-3483 (2014). [4] D. L. Hu 외, J. Eur. Ceram. Soc., 34 [3], 611-619 (2014).[4] D. L. Hu et al., J. Eur. Ceram. Soc., 34 [3], 611-619 (2014). [5] Y. D. Blum 외, J. Mater. Sci., 39 [19], 6023-6042 (2004).[5] Y. D. Blum et al., J. Mater. Sci., 39 [19], 6023-6042 (2004).

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 미세한 입자크기와 균일한 이차상 분포를 가지며 치밀하게 소결된 고순도의 HfC-SiC 복합재료 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a high-purity HfC-SiC composite material having a fine particle size and a uniform secondary phase distribution and densely sintered, .

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 포함하는 혼합물을 소결하는 단계를 포함하고, 상기 소결조제는 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicide) 또는 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicide)을 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method of manufacturing a carbon nanotube, comprising: mixing HfC, a sintering aid and a carbon source; And a step of sintering a mixture containing the HfC, the sintering aid and the carbon source, wherein the sintering aid is selected from the group consisting of Zr x Si y , Zirconium silicide, and hafnium silicide (Hf x Si y , Hafnium silicide ) Is used as a solvent for the HfC composite.

또한, 본 발명은 상기 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicide)은 ZrSi2, ZrSi, Zr5Si4, Zr5Si3, Zr3Si2, Zr2Si 및 Zr3Si 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고, 상기 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicide)은 HfSi2, HfSi, Hf5Si4, Hf3Si2 및 Hf2Si 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법을 제공한다.In the present invention, the group of the zirconium silicide group (Zr x Si y , Zirconium silicide) is preferably selected from the group consisting of ZrSi 2 , ZrSi, Zr 5 Si 4 , Zr 5 Si 3 , Zr 3 Si 2 , Zr 2 Si and Zr 3 Si (Hf x Si y , Hafnium silicide) is at least one or more selected from the group consisting of HfSi 2 , HfSi, Hf 5 Si 4 , Hf 3 Si 2, and Hf 2 Si ≪ RTI ID = 0.0 > HfC < / RTI >

또한, 본 발명은 상기 탄소원은 그라파이트, 카본블랙 및 활성탄 중에서 선택되는 적어도 하나인 탄소류를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing an HfC composite, wherein the carbon source is at least one selected from the group consisting of graphite, carbon black and activated carbon.

또한, 본 발명은 상기 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 포함하는 혼합물을 소결하는 단계는, HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 상기 탄소원을 열처리하여, 열처리된 탄소원을 제조하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 열처리된 탄소원 포함하는 혼합물을 소결하는 단계이고, 상기 탄소원은 페놀수지, 피치, sucrose 및 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile, PAN) 중에서 선택되는 적어도 하나인 탄소류를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing a carbon nanotube, comprising: mixing the HfC, the sintering aid and the carbon source; And sintering the mixture comprising HfC, the sintering aids and the carbon source comprises: mixing HfC, sintering aids and carbon source; Heat-treating the carbon source to produce a heat-treated carbon source; And sintering a mixture containing the HfC, the sintering aid and the heat-treated carbon source, wherein the carbon source is at least one selected from the group consisting of phenol resin, pitch, sucrose, and poly acrylonitrile (PAN) Wherein the HfC complex is produced by a method comprising the steps of:

또한, 본 발명은 상기 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 포함하는 혼합물을 소결하는 단계는, 탄소원을 열처리하여, 열처리된 탄소원을 제조하는 단계; HfC, 소결조제 및 상기 열처리된 탄소원을 혼합하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 열처리된 탄소원 포함하는 혼합물을 소결하는 단계이고, 상기 탄소원은 페놀수지, 피치, sucrose 및 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile, PAN) 중에서 선택되는 적어도 하나인 탄소류를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing a carbon nanotube, comprising: mixing the HfC, the sintering aid and the carbon source; And sintering the mixture comprising HfC, the sintering aid, and the carbon source comprises: heat treating the carbon source to produce a heat treated carbon source; HfC, a sintering aid, and the heat-treated carbon source; And sintering a mixture containing the HfC, the sintering aid and the heat-treated carbon source, wherein the carbon source is at least one selected from the group consisting of phenol resin, pitch, sucrose, and poly acrylonitrile (PAN) Wherein the HfC complex is produced by a method comprising the steps of:

또한, 본 발명은 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 혼합하는 것은 planetary mill, attrition mill, spex mill 또는 high energy ball mill 을 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing the HfC composite, wherein the HfC, the sintering aid, and the carbon source are mixed using a planetary mill, an attrition mill, a spes mill or a high energy ball mill.

또한, 본 발명은 상기 소결하는 단계는 가압 소결법을 사용하고, 상기 가압 소결법에서의 가압의 범위는 20 ~ 120MPa의 가압력의 범위인 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing an HfC composite, wherein the sintering step is a pressurizing sintering method, and the pressing force in the pressure sintering method is in a range of a pressing force of 20 to 120 MPa.

또한, 본 발명은 상기 가압 소결법에서의 소결 온도는 1650 내지 2000℃인 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method for producing an HfC composite, wherein the sintering temperature in the above pressure sintering method is 1650 to 2000 ° C.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조된 HfC 복합체를 제공한다.In addition, the present invention provides the HfC complex produced by the above production method.

또한, 본 발명은 상기 HfC 복합체는 결정립 크기가 700nm 이하이고, ZrC와 SiC 또는 HfC와 SiC가 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 HfC복합체를 제공한다.The present invention also provides an HfC composite characterized in that the HfC composite has a grain size of 700 nm or less and ZrC and SiC or HfC and SiC are uniformly distributed.

상기한 바와 같은 본 발명에서는, 소결조제로서 Zr 혹은 Hf와 Si가 분자단위 수준에서 균일하게 혼합된 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicides) 혹은 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicides)을 사용함으로써, 화학적 조성의 국부적 집중을 방지하여 기존보다 미세한 grain 크기를 가지며 SiC가 균일하게 분포된 HfC 복합체를 제조할 수 있다.In the present invention as described above, a zirconium silicide group (Zr x Si y , Zirconium silicides) or a hafnium silicide group (Hf x Si y , Hafnium silicides) in which Zr or Hf and Si are uniformly mixed at a molecular unit level, , It is possible to prevent the local concentration of the chemical composition and to produce HfC composites having a finer grain size than that of the prior art and uniformly distributing SiC.

또한, 본 발명에서는 Si 소스로서의 지르코늄 실리사이드군 혹은 하프늄 실리사이드군을 탄소의 공급원과 혼합함으로써, 저온에서 소결에도 불구하고, 미세한 grain 크기를 갖으며 균일한 미세구조를 갖는 고순도의 HfC 복합체를 제조할 수 있다.Further, in the present invention, by mixing the zirconium silicide group or the hafnium silicide group as the Si source with the source of carbon, it is possible to produce a high purity HfC composite having a fine grain size and a uniform microstructure in spite of sintering at a low temperature have.

또한, 본 발명에서는 상압 소결법 대신 가압 소결법을 사용하여 소결 단계를 진행함으로써, 고온에서 발생하는 입자의 조대화 현상을 방지하고, 지르코늄 실리사이드군 및 하프늄 실리사이드군의 저온 변형을 이용한 소결과정이 충실히 수행될 수 있도록 하며, 이로 인하여 HfC 복합체의 형성과정이 기존의 결과에 비하여 극히 저온에서 완료되도록 하므로, 입성장의 최소화와 치밀화의 극대화를 이루는 HfC 복합체를 제조할 수 있다.Also, in the present invention, the sintering step is carried out by using the pressure sintering method instead of the atmospheric pressure sintering method to prevent coarsening of particles generated at a high temperature, and a sintering process using low temperature deformation of the zirconium silicide group and the hafnium silicide group is faithfully performed The HfC complex is formed at an extremely low temperature as compared with the conventional method. Therefore, the HfC composite can be manufactured which minimizes grain growth and maximizes densification.

도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 1b는 본 발명의 제2실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 1c는 본 발명의 제3실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a는 소결조제를 사용하지 않은 고순도 나노 HfC 분말의 방전 플라즈마 소결 거동을 도시한 그래프이고, 도 2b는 도 2a의 결과에 따라 얻어진 HfC 소결체의 미세구조를 도시한 사진이다.
도 3은 스펙스 밀로 혼합된 HfSi2 및 C 혼합 분말의 온도 증가에 따른 상형성 거동을 도시한 그래프이다.
도 4는 HSC 조성으로 제조된 나노 복합체의 소결온도 변화에 따른 미세구조를 도시한 사진이다.
도 5는 EDS(Energy dispersive spectroscopy) mapping으로 분석한 HSC 조성으로 제조된 나노 복합체의 조성 분포를 도시한 사진이다.
도 6은 HCHSC 조성 소재의 소결 후 소결온도 변화에 따른 XRD data 이다.
도 7은 HSHSC 조성 소재의 방전 플라즈마 소결 시 소결 수축 거동을 도시하는 그래프이다.
도 8은 소결조제량 변화에 따른 나노 HfC-SiC 복합체의 미세구조 변화를 도시한 사진이다.
도 9는 소결온도 변화에 따른 HCHSC 복합체의 미세구조 변화를 도시한 사진이다.
FIG. 1A is a flow chart for explaining a method of manufacturing the HfC composite according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a flowchart for explaining a method of manufacturing the HfC composite according to the second embodiment of the present invention, Is a flowchart for explaining a method of manufacturing the HfC composite according to the third embodiment of the present invention.
2A is a graph showing a discharge plasma sintering behavior of a high purity nano HfC powder without using a sintering aid, and FIG. 2B is a photograph showing the microstructure of the HfC sintered body obtained according to the result of FIG. 2A.
3 is a graph showing the image formation behavior with increasing temperature of HfSi 2 and C mixed powder mixed with the spesific mill.
4 is a photograph showing the microstructure of the nanocomposite prepared by HSC composition according to the sintering temperature change.
FIG. 5 is a photograph showing the composition distribution of the nanocomposite prepared by HSC composition analyzed by energy dispersive spectroscopy (EDS) mapping.
6 is XRD data according to the sintering temperature change after sintering of the HCHSC composition material.
7 is a graph showing the sintering shrinkage behavior in the discharge plasma sintering of the HSHSC composition material.
8 is a photograph showing a change in the microstructure of the nano-HfC-SiC composite according to the sintering aid amount.
9 is a photograph showing the microstructure change of the HCHSC composite according to the sintering temperature change.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. &Quot; and / or "include each and every combination of one or more of the mentioned items. ≪ RTI ID = 0.0 >

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical scope of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms " comprises "and / or" comprising "used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements in addition to the stated element.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다. The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" And can be used to easily describe a correlation between an element and other elements. Spatially relative terms should be understood in terms of the directions shown in the drawings, including the different directions of components at the time of use or operation. For example, when inverting an element shown in the figures, an element described as "below" or "beneath" of another element may be placed "above" another element . Thus, the exemplary term "below" can include both downward and upward directions. The components can also be oriented in different directions, so that spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 1A is a flow chart for explaining a method of manufacturing the HfC composite according to the first embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 원료분말인 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계를 포함한다.(S110)1A, a method of manufacturing an HfC composite according to a first embodiment of the present invention includes mixing a raw material powder HfC, a sintering assistant, and a carbon source (S110)

이때, 본 발명에서 상기 소결조제는 지르코늄실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicide) 또는 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicides)을 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicide)은 Zr과 Si의 비율에 따라 ZrSi2, ZrSi, Zr5Si4, Zr5Si3, Zr3Si2, Zr2Si 및 Zr3Si 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 또는 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicides)은 Hf와 Si의 비율에 따라 HfSi2, HfSi, Hf5Si4, Hf3Si2, Hf2Si 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In this case, the sintering aid in the present invention are zirconium silicide group (Zr x Si y, Zirconium silicide) or hafnium silicide group, and characterized by using a (Hf x Si y, Hafnium silicides), zirconium silicide group (Zr x Si y , Zirconium silicide) according to the ratio of Zr and Si, at least one selected from the group consisting of ZrSi 2 , ZrSi, Zr 5 Si 4 , Zr 5 Si 3 , Zr 3 Si 2 , Zr 2 Si and Zr 3 Si Or hafnium silicides (Hf x Si y , Hafnium silicides) are selected from the group consisting of HfSi 2 , HfSi, Hf 5 Si 4 , Hf 3 Si 2 and Hf 2 Si depending on the ratio of Hf and Si And may include at least one or more.

상기 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicide) 또는 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicides)은 녹는점이 1620 내지 2500℃로 넓은 범위에 걸쳐 존재하며, Zr과 Si 또는 Hf와 Si가 분자수준에서 균일하게 섞여 있기 때문에, 상기 탄소원과 반응시에 나노 미터 크기의 HfC와 SiC가 동시에 형성될 수 있다.The zirconium silicide group (Zr x Si y , Zirconium silicide) or the hafnium silicide group (Hf x Si y , Hafnium silicides) has a melting point ranging from 1620 to 2500 ° C. over a wide range, and Zr and Si, or Hf and Si, , HfC and SiC of nanometer size can be formed at the same time when reacting with the carbon source.

즉, 본 발명에서는 소결조제로서 Zr 과 Si가 분자단위 수준에서 균일하게 혼합된 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicides) 또는 Hf와 Si가 분자단위 수준에서 균일하게 혼합된 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicides)을 사용함으로써, 화학적 조성의 국부적 집중을 방지하여 기존보다 미세한 grain 크기를 가지며 SiC가 균일하게 분포된 HfC 복합체를 제조할 수 있다.That is, in the present invention, a zirconium silicide group (Zr x Si y , Zirconium silicides) in which Zr and Si are uniformly mixed at a molecular unit level or a hafnium silicide group (Hf x Si y , Hafnium silicides), it is possible to manufacture a HfC composite having finer grain size and SiC uniformly distributed by preventing local concentration of chemical composition.

상기 탄소원은 그라파이트, 카본블랙, 활성탄 등과 같은 고상의 탄소류 중에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.The carbon source may be at least one selected from solid carbon species such as graphite, carbon black, and activated carbon.

상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 혼합하는 것은 planetary mill, attrition mill, 스펙스 밀(Spex mill) 및 이와 유사한 원리로 작동하는 high energy ball mill을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 스펙스 밀을 사용하는 경우, 건식법으로 0.1 내지 3시간 동안 혼합할 수 있다. 다만, 본 발명에서 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원의 혼합방법을 제한하는 것은 아니다.The mixing of the HfC, the sintering aid and the carbon source may be performed using a planetary mill, an attrition mill, a Spex mill, or a high energy ball mill operating on a similar principle. For example, , It may be mixed for 0.1 to 3 hours by a dry method. However, the mixing method of the HfC, the sintering auxiliary, and the carbon source is not limited in the present invention.

한편, 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 스펙스 밀(Spex mill)을 사용하는 경우, 다른 혼합방법에 비하여, 본 발명에 따른 HfC 복합체의 제조에 있어서 야기되는 불순물의 혼입을 방지할 수 있다.On the other hand, when the HfC, the sintering aid, and the carbon source are used as a Spex mill, it is possible to prevent incorporation of impurities caused in the production of the HfC composite according to the present invention, as compared with other mixing methods.

즉, attrition mill 및 planetary mill 등의 경우, 분쇄 시, 분쇄용 볼 및 분쇄용기로부터 오염물질이 대량 유입되는 문제점이 발생할 수 있으나, 상기 스펙스 밀의 경우, 이러한 문제점을 최소화 할 수 있어 바람직하다.That is, in the case of the attrition mill and the planetary mill, a large amount of contaminants may be introduced from the crushing ball and the crushing vessel upon crushing. However, in the case of the specs mill, such problems can be minimized.

다음으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원 포함하는 혼합물을 소결하는 단계를 포함한다(S120).Next, a method for manufacturing the HfC composite according to the first embodiment of the present invention includes a step of sintering the mixture containing the HfC, the sintering aid, and the carbon source (S120).

본 발명에서 상기 소결하는 단계의 소결 온도는 1650 내지 2000℃일 수 있고, 소결 분위기는 진공, 아르곤(Ar) 및 질소 분위기일 수 있으며, 또한, 예를 들어, 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering)법을 이용하여 5 ~ 120분간 유지함으로써 반응을 진행할 수 있다. In the present invention, the sintering temperature in the sintering step may be in the range of 1650 to 2000 ° C, and the sintering atmosphere may be vacuum, argon (Ar), nitrogen atmosphere, and may be spark plasma sintering For 5 to 120 minutes.

한편, 상기 소결 단계에서, 상기 소결조제 및 상기 탄소원의 화학반응식은 다음과 같다. Meanwhile, in the sintering step, the chemical reaction formula of the sintering aid and the carbon source is as follows.

Zirconium silicides + C → ZrC + SiC (반응식1)Zirconium silicides + C? ZrC + SiC (Scheme 1)

Hafnium silicides + C → HfC + SiC (반응식2)Hafnium silicides + C? HfC + SiC (Scheme 2)

상기 반응식 1 및 상기 반응식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 소결 단계에서, 상기 소결조제 및 상기 탄소원의 반응을 통해, ZrC, HfC와 SiC가 형성될 수 있다. As shown in Reaction Scheme 1 and Reaction Scheme 2, in the sintering step, ZrC, HfC and SiC can be formed through the reaction of the sintering assistant and the carbon source.

즉, 본 발명에서는 Si 소스로서의 지르코늄 실리사이드군 또는 하프늄 실리사이드군을 탄소의 공급원과 혼합함으로써, 저온에서 열처리함에도 불구하고, 미세한 grain 크기를 갖으며 균일한 미세구조를 갖는 고순도의 HfC 복합체를 제조할 수 있다.That is, in the present invention, by mixing the zirconium silicide group or the hafnium silicide group as the Si source with the source of carbon, it is possible to produce a high purity HfC composite having a fine grain size and a uniform microstructure despite heat treatment at a low temperature have.

한편, 이와는 달리, Hf과 Si 원료분말을 사용하는 경우, 국부적인 Si 및 Hf 조성의 집중에 의하여 형성된 HfC와 SiC는 원료분말인 Hf 및 Si와 유사하게 성장하며, 그 결과 입자의 조대화 경향이 있는 문제점이 있음은 전술한 바와 같다.On the other hand, when Hf and Si raw material powders are used, HfC and SiC formed by the concentration of local Si and Hf composition grow similarly to Hf and Si raw material powders, and as a result, the coarsening tendency of the particles There is a problem as described above.

또한, ZrSi2 및 HfSi2는 공기중에서 비교적 안정하여 쉽게 다룰 수 있는 반면 Zr 혹은 Hf 분말은 공기중에서 폭발성을 띄기 때문에 Zr 혹은 Hf 분말을 원재료로 사용하는 공정은 산업화에 문제점이 있다.In addition, ZrSi 2 and HfSi 2 are relatively stable in air and can be easily handled, whereas Zr or Hf powder is explosive in air. Therefore, the process using Zr or Hf powder as a raw material has problems in industrialization.

이때, HfC와 SiC의 혼합비율은 원하는 조성의 실리사이드들을 선택하여 사용하거나 이들을 적당범위에서 혼합하여 사용함으로써 조절할 수 있다.At this time, the mixing ratio of HfC and SiC can be controlled by selecting silicide having a desired composition or using them in a suitable range.

또한, 본 발명에서는 상기 소결조제 및 상기 탄소원의 혼합물에 별도의 HfC 및 SiC를 첨가할 수 있으며, 이를 통해, 상기 소결조제량의 조절, 원가 절감 및 소결 촉진 등의 특성 개선을 기대할 수 있다. In the present invention, additional HfC and SiC can be added to the mixture of the sintering aid and the carbon source, thereby improving the properties such as controlling the sintering amount, reducing the cost, and promoting sintering.

이때, SiC의 경우 지르코늄 실리사이드군 혹은 하프늄 실리사이드군 만으로 원하는 SiC 함량을 맞추지 못할 때 보조적으로 첨가할 수 있다.In this case, SiC can be supplementarily added only when the desired SiC content can not be satisfied by only the zirconium silicide group or the hafnium silicide group.

한편, 상기 지르코늄 실리사이드군 중 ZrSi2는 녹는점이 1620℃로 낮기 때문에 ZrSi2를, 예를 들어, 복합재료 조성물 전체 중량대비 40 중량% 첨가할 경우 HfC와 유사한 소결 거동을 나타내는 ZrB2를 1650℃에서 상압 소결로 치밀화시킬 수 있다. On the other hand, ZrSi 2 in the zirconium silicide group has a melting point as low as 1620 ° C. Therefore, when ZrSi 2 is added at 40 wt% based on the total weight of the composite material, ZrB 2 , which exhibits a sintering behavior similar to HfC, It can be densified by a normal-pressure sintering furnace.

하지만, ZrSi2 혹은 HfSi2 만을 소결조제로 사용할 경우 고온에서 ZrSi2 혹은 HfSi2의 용융에 의하여 제조된 HfC 소결체의 고온물성이 크게 감소할 것으로 예상되며, 실제로 ZrB2의 경우 1400℃에서 강도값이 크게 감소하였다고 보고되고 있다.However, ZrSi 2, or is expected to be a high-temperature physical properties of the HfC sintered body prepared by a melt of ZrSi 2, or HfSi 2 at a high temperature greatly reduced when it is used as only a sintering aid HfSi 2, is actually the intensity value at 1400 ℃ For ZrB 2 It is reported that it decreased greatly.

따라서, 본 발명에서는 상기 소결조제인 지르코늄 실리사이드군 혹은 하프늄 실리사이드군과 함께 상기 탄소원을 포함시키는 것이며, 즉, 화학양론적인 탄소원(C)를 첨가해 줄 경우, ZrSi2 혹은 HfSi2는 반응에 의하여 모두 ZrC 혹은 HfC 및 SiC로 변하기 때문에 고온 물성의 감소를 억제할 수 있다.Therefore, in the present invention, the carbon source is included together with the zirconium silicide group or the hafnium silicide group as the sintering aid, that is, when a stoichiometric carbon source (C) is added, ZrSi 2 or HfSi 2 reacts ZrC, HfC, and SiC, so that it is possible to suppress the decrease in physical properties at high temperature.

다만, 상술한 바와 같은 반응식 1 및 반응식 2에서의 반응은 ZrSi2 혹은 HfSi2의 액상형성 온도인 1620℃ 내지 1680℃ 이전에 완결되기 때문에, 상압 소결법으로는 HfC를 완전하게 치밀화시킬 수 없는 경우가 발생할 수 있다. However, the reaction in the above-mentioned Reaction Schemes 1 and 2 is completed before the liquid phase formation temperature of the ZrSi 2 or HfSi 2 , which is 1620 ° C. to 1680 ° C., so that the HfC can not be completely densified by the normal pressure sintering method Lt; / RTI >

즉, 지르코늄 실리사이드만을 사용하는 경우, ZrSi2는 녹는점이 1650℃ 부근이므로, 1650℃에서 액상이 형성되며, 따라서 HfC와 유사한 소결 거동을 나타내는 ZrB2의 상압소결이 가능하였다. That is, when zirconium silicide alone is used, ZrSi 2 has a melting point near 1650 ° C., so that a liquid phase is formed at 1650 ° C., so that atmospheric pressure sintering of ZrB 2 , which exhibits a sintering behavior similar to HfC, is possible.

하지만, 본 발명에서는 지르코늄 실리사이드군 혹은 하프늄 실리사이드군과 함께 상기 탄소원을 포함하는 것이므로, 승온 도중 및 상기 ZrSi2 혹은 HfSi2가 녹는점에 도달하기 전에 ZrSi2 혹은 HfSi2가 이들 탄소원과 반응하여 ZrC + SiC 혹은 HfC + SiC가 되기 때문에, 결국 ZrSi2 혹은 HfSi2에 의한 액상이 형성되지 않고, 따라서 치밀화가 미진한 문제점이 발생될 수도 있다.However, the components including the carbon source with the zirconium silicide group or hafnium silicide group in the invention, ZrSi 2 or the HfSi 2 reacts with these carbon source before it reaches the middle and the ZrSi 2 or the melting point HfSi 2 raised ZrC + SiC, or HfC + SiC. As a result, a liquid phase due to ZrSi 2 or HfSi 2 is not formed, and therefore, the problem of densification may be insufficient.

따라서, 본 발명에서 상기 소결은 가압 소결법을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 가압 소결법은 치밀화를 촉진할 수 있는 장점이 있다. Therefore, in the present invention, the sintering is preferably performed using a pressure sintering method, and the pressure sintering method has an advantage that densification can be promoted.

일반적으로 용융온도의 2/3 정도의 온도영역에서 재료는 가압에 의한 변형이 발생하기 시작하는 것으로 알려져 있다.Generally, it is known that the material starts to deform due to the pressure at a temperature range of about 2/3 of the melting temperature.

지르코늄 실리사이드군 혹은 하프늄 실리사이드군, 예를 들어, ZrSi2의 경우 이 온도 영역은 1100℃ 부근에 해당하며, 또한, 1400℃에서는 ZrSi2의 압력에 의한 변형이 크게 일어나는 것으로 보고되고 있다. In the case of the zirconium silicide group or the hafnium silicide group, for example, ZrSi 2 , this temperature range corresponds to about 1100 ° C., and at 1400 ° C., deformation due to the pressure of ZrSi 2 is remarkably caused.

따라서 ZrSi2 혹은 HfSi2의 반응이 완결되지 않는 비교적 저온의 영역이라도 가압에 의한 ZrSi2 혹은 HfSi2의 변형이 유발될 수 있으므로, 이를 통하여 HfC의 치밀화가 더 촉진될 수 있으며, 이후 더 고온에서는 열처리 과정에서 잔류 ZrSi2 혹은 HfSi2가 소멸되므로 제조된 HfC 복합체의 고온물성 감소를 억제할 수 있다.Therefore, even in a relatively low temperature region where the reaction of ZrSi 2 or HfSi 2 is not completed, the ZrSi 2 or HfSi 2 may be deformed by pressurization, so that the densification of HfC can be further accelerated. The residual ZrSi 2 or HfSi 2 is extinguished in the process, so that it is possible to suppress the reduction of high-temperature properties of the produced HfC composite.

이때, 본 발명의 상기 가압 소결법에서의 가압의 범위는 20 ~ 120MPa의 가압력의 범위에서 수행될 수 있다.At this time, the range of the pressing in the pressure sintering method of the present invention can be performed in the range of the pressing force of 20 to 120 MPa.

상기 가압력이 20MPa 미만인 경우, 저온에서 지르코늄 실리사이드들의 가압 변형에 의한 치밀화 효과가 뚜렷히 나타나지 않고, 상기 가압력이 120MPa을 초과하는 경우, 장비의 한계 때문에 산업적으로 제조가 어려우므로, 본 발명에서 상기 가압의 범위는 20 ~ 120MPa의 가압력의 범위인 것이 바람직하다.When the pressing force is less than 20 MPa, the effect of densification due to pressure deformation of zirconium silicides at low temperature is not apparent, and when the pressing force exceeds 120 MPa, the manufacturing is difficult industrially due to limitations of the equipment. Is preferably in the range of a pressing force of 20 to 120 MPa.

한편, 본 발명에서 가압 소결법에 의해 소결을 진행하는 경우, 상압 소결법의 경우보다 소결온도 범위를 확장할 수 있으며, 즉, 가압 소결법에서의 소결 온도는 1650 내지 2000℃일 수 있다.On the other hand, in the present invention, when sintering is carried out by the pressure sintering method, the sintering temperature range can be extended more than that in the normal pressure sintering method, that is, the sintering temperature in the pressure sintering method may be 1650 to 2000 ° C.

상기 소결 온도가 1650℃ 미만인 경우, 지르코늄 실리사이드의 가압에 의한 변형이 활발히 일어나지 않아서 치밀화가 억제되고, 상기 소결온도가 2000℃를 초과하게 되면 치밀화는 가능하나 형성된 탄화규소의 입성장이 크게 일어나서 본 발명의 목적인 미세한 grain 크기를 갖는 복합재료를 제조할 수 없으므로, 본 발명에서 가압 소결법에서의 소결 온도는 1650 내지 2000℃인 것이 바람직하다.When the sintering temperature is lower than 1650 ° C, the sintering temperature is not densified due to the pressurization of the zirconium suicide. Therefore, when the sintering temperature exceeds 2000 ° C, densification can be performed. However, The sintering temperature in the pressure sintering method of the present invention is preferably 1650 to 2000 ° C.

즉, 본 발명에서는 상압 소결법 대신 가압 소결법을 사용하여 소결 단계를 진행함으로써, 고온에서 발생하는 입자의 조대화 현상을 방지하고, 지르코늄 실리사이드군 혹은 하프늄 실리사이드군의 저온 변형을 이용한 소결과정이 충실히 수행될 수 있도록 하며, 이로 인하여 HfC 복합체의 형성과정이 기존의 결과에 비하여 극히 저온에서 완료되도록 하므로, 입성장의 최소화와 치밀화의 극대화를 이루는 HfC 복합체를 제조할 수 있다.That is, in the present invention, the sintering step is carried out by using the pressure sintering method instead of the normal pressure sintering method to prevent coarsening of particles generated at a high temperature, and a sintering process using the zirconium suicide group or the low temperature deformation of the hafnium suicide group is faithfully performed The HfC complex is formed at an extremely low temperature as compared with the conventional method. Therefore, the HfC composite can be manufactured which minimizes grain growth and maximizes densification.

이로써, HfC 복합체, 즉, HfC-SiC 복합체를 제조할 수 있다(S130).Thus, an HfC composite, that is, an HfC-SiC composite can be produced (S130).

도 1b는 본 발명의 제2실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 후술할 바를 제외하고는 상술한 제1실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법과 동일할 수 있다.FIG. 1B is a flowchart illustrating a method of manufacturing the HfC composite according to the second embodiment of the present invention. The method of manufacturing the HfC composite according to the second embodiment of the present invention may be the same as the method of manufacturing the HfC composite according to the first embodiment described above, except as described below.

도 1b를 참조하면, 먼저, 본 발명의 제2실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 원료분말인 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계를 포함한다(S210).Referring to FIG. 1B, a method of manufacturing an HfC composite according to a second embodiment of the present invention includes mixing a raw material powder HfC, a sintering assistant, and a carbon source (S210).

이때, 본 발명의 제2실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법에서의 상기 탄소원은 페놀수지, 피치, sucrose 및 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile, PAN) 등과 같은 유기물질 상의 탄소류 중에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.At this time, the carbon source in the method of producing the HfC composite according to the second embodiment of the present invention may be at least one selected from organic materials such as phenol resin, pitch, sucrose, and polyacrylonitrile (PAN) Can be used.

즉, 상술한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서는, 탄소원으로 그라파이트, 카본블랙, 활성탄 등과 같은 고상의 탄소류를 사용할 수 있으며, 본 발명의 제2실시예에서는, 탄소원으로 페놀수지, 피치, sucrose 및 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile, PAN) 등과 같은 유기물질 상의 탄소류를 사용할 수 있다.That is, as described above, in the first embodiment of the present invention, solid carbon materials such as graphite, carbon black, and activated carbon can be used as the carbon source. In the second embodiment of the present invention, , sucrose, and polyacrylonitrile (PAN) may be used.

다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 상기 탄소원을 열처리하여, 열처리된 탄소원을 제조하는 단계를 포함한다(S220).Next, a method of manufacturing the HfC composite according to the second embodiment of the present invention includes a step of heat-treating the carbon source to produce a heat-treated carbon source (S220).

즉, 본 발명의 제2실시예에서는 상기 유기물질 상의 탄소류를 열처리함으로써, 상기 탄소원을 분말 상의 탄소원으로 변형함으로써, 후술하는 소결 단계에서 소결조제와의 반응이 진행될 수 있다.That is, in the second embodiment of the present invention, the carbon source on the organic material is heat-treated, and the carbon source is transformed into a powdery carbon source, so that the reaction with the sintering auxiliary can proceed in the sintering step described later.

이때, 상기 열처리는 바람직하게는 진공, 질소 또는 Ar 분위기에서, 600 내지 1000℃ 온도 범위에서 1 ∼ 5시간동안 열처리할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 열처리 조건을 제한하는 것은 아니다.At this time, the heat treatment may preferably be performed in a vacuum, nitrogen or Ar atmosphere at a temperature of 600 to 1000 ° C for 1 to 5 hours, but the heat treatment conditions are not limited in the present invention.

다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 열처리된 탄소원 포함하는 혼합물을 소결하는 단계를 포함한다(S230).Next, the method of manufacturing the HfC composite according to the second embodiment of the present invention includes a step of sintering the mixture containing the HfC, the sintering aid, and the heat-treated carbon source (S230).

이는 상술한 제1실시예와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since this is the same as the first embodiment, detailed description will be omitted below.

이로써, HfC 복합체, 즉, HfC-SiC 복합체를 제조할 수 있다(S240).Thus, an HfC composite, that is, an HfC-SiC composite can be produced (S240).

도 1c는 본 발명의 제3실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 본 발명의 제3실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 후술할 바를 제외하고는 상술한 제2실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법과 동일할 수 있다.FIG. 1C is a flowchart illustrating a method of manufacturing an HfC composite according to a third embodiment of the present invention. The method of manufacturing the HfC composite according to the third embodiment of the present invention may be the same as the method of manufacturing the HfC composite according to the second embodiment described above, except as described below.

도 1c를 참조하면, 먼저, 본 발명의 제3실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 탄소원을 열처리하여, 열처리된 탄소원을 제조하는 단계를 포함한다(S310).Referring to FIG. 1C, a method of manufacturing a HfC composite according to a third embodiment of the present invention includes a step of heat-treating a carbon source to produce a heat-treated carbon source (S310).

이때, 본 발명의 제3실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법에서의 상기 탄소원은 페놀수지, 피치, sucrose 및 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile, PAN) 등과 같은 유기물질 상의 탄소류 중에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.At this time, the carbon source in the method of producing the HfC composite according to the third embodiment of the present invention may be at least one selected from organic materials such as phenol resin, pitch, sucrose, and poly acrylonitrile (PAN) Can be used.

즉, 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에서는 탄소원으로, 상술한 바와 같은 유기물질 상의 탄소류를 사용할 수 있다.That is, in the second embodiment and the third embodiment of the present invention, a carbon source such as the above-described organic material can be used as a carbon source.

한편, 유기물질 상의 탄소류는 분말 상의 탄소원으로 변형하여, 후술하는 소결 단계에서 소결조제와의 반응이 진행될 수 있도록, 열처리의 공정이 필요함은 상술한 바와 같다.On the other hand, as described above, the carbon flow on the organic material is transformed into a powdery carbon source, and a heat treatment process is required so that the reaction with the sintering auxiliary can proceed in the sintering step to be described later.

따라서, 본 발명의 제3실시예에서도, 상기 열처리는 바람직하게는 진공, 질소 또는 Ar 분위기에서, 600 내지 1000℃ 온도 범위에서 1 ∼ 5시간동안 열처리할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 열처리 조건을 제한하는 것은 아니다.Therefore, in the third embodiment of the present invention, the heat treatment can be preferably performed in a vacuum, nitrogen or Ar atmosphere at a temperature range of 600 to 1000 ° C for 1 to 5 hours. However, in the present invention, .

계속해서, 도 1c를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 원료분말인 HfC, 소결조제 및 열처리된 탄소원을 혼합하는 단계를 포함한다(S320).Next, referring to FIG. 1C, the method of manufacturing the HfC composite according to the third embodiment of the present invention includes mixing the raw powder HfC, the sintering aid, and the heat-treated carbon source (S320).

즉, 본 발명의 제2실시예에서는 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합한 이후에, 상기 탄소원을 열처리하는 공정을 진행한 실시예에 해당하는 반면에, 본 발명의 제3실시예에서는 상기 탄소원을 미리 열처리하여, 유기물질 상의 탄소원을 탄소 분말 상의 탄소원으로 변형하고, 이후, 열처리된 탄소원을 HfC 및 소결조제와 혼합한 실시예에 해당한다.That is, in the second embodiment of the present invention, the carbon source is heat-treated after the HfC, the sintering assistant, and the carbon source are mixed. In contrast, in the third embodiment of the present invention, Which corresponds to an embodiment in which the carbon source on the organic material is transformed into a carbon source on the carbon powder and then the heat-treated carbon source is mixed with the HfC and the sintering auxiliary.

다음으로, 본 발명의 제3실시예에 따른 HfC 복합체의 제조방법은 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 열처리된 탄소원 포함하는 혼합물을 소결하는 단계를 포함한다(S330).Next, the method of manufacturing the HfC composite according to the third embodiment of the present invention includes the step of sintering the mixture containing the HfC, the sintering aids, and the heat-treated carbon source (S330).

이는 상술한 제1실시예와 동일하므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since this is the same as the first embodiment, detailed description will be omitted below.

이로써, HfC 복합체, 즉, HfC-SiC 복합체를 제조할 수 있다(S340).Thus, an HfC composite, that is, an HfC-SiC composite can be produced (S340).

도 2a는 소결조제를 사용하지 않은 고순도 나노 HfC 분말의 방전 플라즈마 소결 거동을 도시한 그래프이고, 도 2b는 도 2a의 결과에 따라 얻어진 HfC 소결체의 미세구조를 도시한 사진이다.2A is a graph showing a discharge plasma sintering behavior of a high purity nano HfC powder without using a sintering aid, and FIG. 2B is a photograph showing the microstructure of the HfC sintered body obtained according to the result of FIG. 2A.

먼저, 도 2a를 참조하면, 나노 HfC 분말을 사용함에도 불구하고 소결은 2300℃, 100MPa의 압력하에서 30분을 유지시켜야 어느 정도 이루어졌음을 알 수 있다(상대밀도 96%).Referring to FIG. 2A, although the nano HfC powder is used, it can be seen that the sintering is performed to some extent by maintaining the pressure at 2300 ° C. and 100 MPa for 30 minutes (relative density is 96%).

또한, 도 2b를 참조하면, 고온에서 장시간 소결된 결과 얻어진 소결체는 평균 입경 5㎛ 이상으로 매우 조대한 결정립으로 구성되며 상당량의 기공이 여전히 잔류함을 알 수 있었다. Also, referring to FIG. 2B, it can be seen that the sintered body obtained as a result of sintering at a high temperature for a long time has very rough crystal grains having an average grain size of 5 μm or more and a considerable amount of pores remain.

이로부터 HfC는 소결이 극히 어려운 재료이며 초고온에서 고압을 가하여 치밀화 시키는 경우에도 조대한 결정립과 많은 기공이 잔류하는 문제점이 존재함을 알 수 있다.From this, it can be seen that HfC is an extremely difficult material to sinter and there is a problem that coarse grains and many pores remain even when densifying by applying high pressure at an ultra-high temperature.

본 발명에서는 이 문제를 해결하기 위하여 예를 들어 표 1에 나타난 다양한 조성의 혼합 분말을 사용하였다. 다만, 하기 표 1에 나타난 조성은 일예일 뿐, 본 발명에서 하기 조성에 제한을 두는 것은 아니다.In order to solve this problem, for example, mixed powders of various compositions shown in Table 1 were used in the present invention. However, the composition shown in the following Table 1 is only an example, and the present invention does not limit the following composition.

실험예Experimental Example 약어Abbreviation 조성Furtherance 실험예1Experimental Example 1 HSCHSC HfSi2 + 3C → HfC + 2SiCHfSi 2 + 3C? HfC + 2SiC 실험예2Experimental Example 2 HCHSC2HCHSC2 HfC + 20Wt% HSCHfC + 20Wt% HSC 실험예3Experimental Example 3 HCHSC3HCHSC3 HfC + 30Wt% HSCHfC + 30Wt% HSC 실험예4Experimental Example 4 HCHSC4HCHSC4 HfC + 40Wt% HSCHfC + 40Wt% HSC

도 3은 스펙스 밀로 혼합된 HfSi2 및 C 혼합 분말 (표 1의 HSC 조성)의 온도 증가에 따른 상형성 거동을 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the image formation behavior with increasing temperature of the HfSi 2 and C mixed powder (HSC composition in Table 1) mixed with the SPECS mill.

소결온도가 1700℃ 이상인 경우 HfC와 SiC 상만이 관찰되었으며 잔류 HfSi2나 C는 관찰되지 않았다. 이로부터 예컨데 반응식 2에 의한 반응은 1700℃ 이상에서 완결됨을 알 수 있었다. When the sintering temperature was above 1700 ℃, only HfC and SiC phases were observed and no residual HfSi 2 or C was observed. From this, it can be seen that the reaction according to the reaction formula 2, for example, is completed at 1700 ° C or higher.

따라서 본 실험에서 사용된 성분의 소결조제를 사용할 경우 단상의 HfC를 소결하는 경우에 비하여 월등히 낮은 온도에서 소결이 이루어짐에도 불구하고 소결 후 고온 특성을 저하시킬 수 있는 2차상이 잔류하지 않는 특성을 나타내며, 이에 의하여 우수한 고온 특성을 나타내게 되는데 이는 본 연구의 주요한 특징 중 하나이다.Therefore, when the sintering assistant of the component used in this experiment is used, the secondary phase, which can degrade the high-temperature characteristics after sintering, does not remain in spite of sintering at much lower temperature than that of single-phase HfC sintering , Which is one of the main features of this study.

하기 표 2는 다양한 온도에서 소결된 HSC 시편들의 상대밀도 및 다양한 기계적 특성을 도시하고 있다.Table 2 below shows the relative density and various mechanical properties of HSC specimens sintered at various temperatures.

Figure 112014122708391-pat00001
Figure 112014122708391-pat00001

표 2를 참조하면, 40MPa의 압력으로 소결 시 1700℃에서 이미 99.5%의 매우 높은 상대밀도를 나타냄을 알 수 있었다. Referring to Table 2, it was found that the sintered compact had a very high relative density of 99.5% at 1700 ° C. under a pressure of 40 MPa.

또한 탄성계수, 경도 및 파괴인성 역시 HfC계 소재 중 우수한 특성을 나타내었으며 소결 온도를 1700℃ 에서 1900℃로 증가시킨 경우에도 탄성계수 및 경도에는 특성 변화가 크게 발생하지 않았다. The elastic modulus, hardness and fracture toughness also showed excellent properties among the HfC - based materials, and even when the sintering temperature was increased from 1700 ℃ to 1900 ℃, the elastic modulus and hardness did not change significantly.

하지만, 파괴인성의 경우 1900℃ 소결 시 뚜렷히 증가하였는데 이는 아래 도 4에서 보는 바와 같이 1800℃까지는 입성장이 크게 일어나지 않은 반면 1900℃ 소결 시편의 경우 입성장에 의하여 crack deflection에 의한 파괴인성 증가 효과가 뚜렷해졌기 때문이다.However, fracture toughness was significantly increased at 1900 ℃ sintering. As shown in Fig. 4, the sintering temperature of the sintered specimen at 1900 ℃ did not increase significantly until 1800 ℃, but the effect of fracture toughness due to crack deflection was significant .

도 4는 HSC 조성으로 제조된 나노 복합체의 소결온도 변화에 따른 미세구조를 도시한 사진이다.4 is a photograph showing the microstructure of the nanocomposite prepared by HSC composition according to the sintering temperature change.

도 4를 참조하면, 1800℃ 까지는 입성장이 뚜렷히 관찰되지 않으나 1900℃ 소결 후 뚜렷한 입성장이 관찰되었다. Referring to FIG. 4, no grain growth was observed until 1800 ° C., but a sharp grain growth was observed after sintering at 1900 ° C.

이러한 결과로부터 본 발명에 의한 복합재료를 제조하는데 적합한 소결온도는 1650℃ ~ 2000℃의 온도범위로 결정될 수 있다. From these results, a sintering temperature suitable for producing the composite material according to the present invention can be determined in a temperature range of 1650 ° C to 2000 ° C.

즉, 소결 온도가 1650℃ 미만인 경우에는 상용화 가능한 정도의 치밀화가 일어나지 않아 소결체의 강도가 너무 약하며, 또한, 2000℃ 를 초과하여 열처리하는 경우, 소결은 이미 완결되었으나, 입자가 조대화되므로 미세한 grain을 갖는 조성물을 구현하려는 본 발명의 취지와 어긋나게 되므로, 위와 같은 열처리 온도 범위에서 그 임계적 의의를 갖는다.That is, when the sintering temperature is lower than 1650 ° C., the sintered body is not densified to a degree that can be used for commercialization, and the sintered body is too weak in strength. In the case of heat treatment exceeding 2000 ° C., sintering has already been completed. However, The present invention has a critical meaning in the range of the heat treatment temperature as described above.

도 5는 EDS(Energy dispersive spectroscopy) mapping으로 분석한 HSC 조성으로 제조된 나노 복합체의 조성 분포를 도시한 사진이다.FIG. 5 is a photograph showing the composition distribution of the nanocomposite prepared by HSC composition analyzed by energy dispersive spectroscopy (EDS) mapping.

도 5를 참조하면, 조성 분포로부터 HfC와 SiC가 매우 균일하게 혼합된 나노 복합체임을 알 수 있으며 SEM 사진 상에서 밝은 영역이 HfC, 어두운 영역이 SiC 이다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the composition is a nanocomposite in which HfC and SiC are mixed very uniformly. In the SEM photograph, the bright region is HfC and the dark region is SiC.

또한 C 와 O는 SiC 보다는 HfC 쪽에 더 많이 존재함이 관찰되었다. 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 본 발명의 결과로 얻어지는 제품의 미세구조는 수백 nm 이내의 매우 미세한 HfC와 SiC가 매우 균일하게 분포하게 되며 이는 소결조제로 사용된 HfSi2에 Hf와 Si가 분자 단위에서 균일하게 혼합되어 있기 때문이다. It was also observed that C and O exist more in HfC than in SiC. As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the microstructure of the resultant product of the present invention is such that very fine HfC and SiC within a few hundred nanometers are uniformly distributed, and HfSi 2 , which is used as a sintering aid, Because they are uniformly mixed in the unit.

이러한 대단히 미세한 SiC가 매우 균일하게 분포하는 미세구조는 HfSi2와 탄소계 소결조제를 사용한 본 발명의 매우 중요한 특징 중 하나이다.The microstructure in which such a very fine SiC is very uniformly distributed is one of the very important features of the present invention using HfSi 2 and a carbon-based sintering auxiliary.

도 6은 HCHSC 조성 소재의 소결 후 소결온도 변화에 따른 XRD 데이터이다. 6 is XRD data according to the sintering temperature change after sintering of the HCHSC composition material.

도 6을 참조하면, 모든 조건에서 HfC와 SiC 만이 검출되었으며 HfSi2나 C의 잔류는 확인되지 않았다. Referring to FIG. 6, only HfC and SiC were detected under all conditions, and no residual HfSi 2 or C was observed.

기존의 연구에서는 난소결성인 HfC와 SiC를 소결하기 위하여 대부분의 경우 소결조제를 사용하기 때문에 치밀한 소결체의 XRD data상에 2차상이 검출되거나, 검출되지 않더라도 비정질의 2차상이 형성되는 것이 관찰되는 경우가 많이 존재하였다. In the previous research, since sintering aids are used in most cases to sinter the ovoid-formed HfC and SiC, if a secondary phase is detected on the XRD data of the dense sintered body or if an amorphous secondary phase is observed even though it is not detected .

그에 비하여 본 발명으로 얻어진 시편의 경우 소결 후에는 반응식 (2)에 의하여 순수하게 HfC와 SiC 만이 존재하기 때문에 XRD 데이터 상에 깨끗하게 HfC와 SiC의 peak 만이 얻어진다. On the other hand, in the case of the sample obtained according to the present invention, only pure HfC and SiC are present in the reaction formula (2) after sintering, so only the HfC and SiC peaks are clearly obtained on the XRD data.

또한, 본 발명에서는 HfC-SiC 복합체의 초고온 특성을 저하 시킬 수 있는 2차상 혹은 비정질 상이 존재하지 않기 때문에 본 발명으로 제조된 복합체는 우수한 고온 특성을 나타낼 것으로 기대되며 치밀하게 소결된 소결체의 XRD data가 순수한 HfC와 SiC 만으로 구성되는 것은 본 발명의 중요한 특징 중 하나이다. Since the present invention does not have a secondary phase or an amorphous phase that can degrade the ultrahigh-temperature characteristics of the HfC-SiC composite, the composite produced by the present invention is expected to exhibit excellent high-temperature characteristics and XRD data of the densely sintered sintered body It is one of the important features of the present invention that it consists of only pure HfC and SiC.

도 7은 HSHSC 조성 소재의 방전 플라즈마 소결 시 소결 수축 거동을 도시하는 그래프이다.7 is a graph showing the sintering shrinkage behavior in the discharge plasma sintering of the HSHSC composition material.

도 7을 참조하면, 소결 수축 시작온도는 HCHSC2는 약 1543℃, HCHSC3는 약 1508℃, HSHSC4는 약 1463℃로, 소결조제의 양이 늘어날수록 소결이 더 낮은 온도부터 시작됨을 알 수 있었다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the sintering shrinkage starting temperature is about 1543 ° C for HCHSC2, about 1508 ° C for HCHSC3, and about 1463 ° C for HSHSC4. Sintering starts from a lower temperature as the amount of sintering aid increases.

표 3은 상이한 HCHSC 조성으로부터 다양한 소결 조건에서 얻어진 나노 HfC-SiC 복합체의 소결 밀도 및 기계적 물성을 나타내고 있다.Table 3 shows the sintering densities and mechanical properties of the nano HfC-SiC composites obtained under different sintering conditions from different HCHSC compositions.

Figure 112014122708391-pat00002
Figure 112014122708391-pat00002

표 3을 참조하면, 소결 조제의 양이 20wt%인 경우(실험예2), 비교적 높은 밀도를 갖는 치밀화를 위해서 1850℃의 소결 온도가 필요한 반면 그 양이 30wt%(실험예3) 및 40wt%(실험예4)로 증가 할 경우 각각 1800℃ 및 1750℃에서 소결 한 후에도 높은 상대 밀도값을 나타내었다. Table 3 shows that the sintering temperature of 1850 ° C is required for densification with a relatively high density, while the amount of sintering aid is 30wt% (Experiment 3) and 40wt% (Experimental Example 4), high relative density values were obtained even after sintering at 1800 ° C and 1750 ° C, respectively.

탄성계수, 경도 및 파괴인성은 HfC-SiC 소재 중 우수한 특성을 나타내었으며 소결 온도를 1750℃ 에서 1850℃로 증가시킨 경우에도 상대 밀도가 98.5% 이상으로 높은 경우에는 탄성계수 및 경도의 특성 변화가 크게 나타나지 않았다. The elastic modulus, hardness and fracture toughness showed excellent properties among the HfC-SiC materials, and even when the sintering temperature was increased from 1750 ° C to 1850 ° C, when the relative density was higher than 98.5% It did not appear.

하지만, 파괴인성의 경우 1850℃ 소결 시편에서 증가하였는데 이는 후술하는 도 9에서 보는 바와 같이 1800℃ 까지는 입성장이 크게 일어나지 않은 반면 1850℃ 소결 시편의 경우 입성장에 의하여 crack deflection에 의한 파괴인성 증가 효과가 뚜렷해졌기 때문이다.However, fracture toughness was increased at 1850 ℃ sintering specimen, as shown in Fig. 9, which was not observed until 1800 ℃, while the sintering specimen at 1850 ℃ showed fracture toughness due to crack deflection due to grain growth It is because it is clear.

도 8은 소결조제량의 변화에 따른 나노 HfC-SiC 복합체의 미세구조 변화를 도시한 사진이다.8 is a photograph showing a change in the microstructure of the nano-HfC-SiC composite according to the change of sintering aid amount.

도 8을 참조하면, 소결조제의 첨가량이 증가 할수록 검정색으로 보이는 SiC의 함량이 증가하는 것을 알 수 있고, 이는 본 발명에서 제시되는 바와 같이 상기 조성의 소결조제의 함량을 변화시킴으로써 소결 후 복합체 내부에 형성되는 SiC의 크기 및 분포의 균일도에 영향을 미치지 않으면서도 SiC의 양을 조절할 수 있음을 의미한다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the content of SiC increases as the amount of sintering aid is increased. As shown in the present invention, by varying the content of the sintering aid in the composition, It means that the amount of SiC can be controlled without affecting the uniformity of the size and distribution of the formed SiC.

도 9는 소결온도 변화에 따른 HCHSC 복합체의 미세구조 변화를 도시한 사진이다. 9 is a photograph showing the microstructure change of the HCHSC composite according to the sintering temperature change.

소결 온도가 1750℃ 및 1800℃ 인 경우 결정립의 크기는 200nm 내외로 미세한 크기를 유지하나 소결온도가 1850℃로 증가할 경우 입성장이 일어남을 관찰하였으며 이는 위에서 전술된 HSC의 결과와 일치하였다.When the sintering temperature was 1750 ℃ and 1800 ℃, the size of grain size remained to be about 200nm, but when the sintering temperature was increased to 1850 ℃, grain growth was observed, which was consistent with the above HSC results.

이러한 결과로부터 HfC에 HfSi2 + C 혼합물을 첨가해 함께 소결하는 경우 혼합물들 간의 반응에 의하여 미세한 크기의 HfC와 SiC가 형성되며, 이로부터 300nm 이하의 미세한 입경을 갖는 HfC-SiC 복합체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.From these results, it can be seen that HfC-SiC composites with finer grain size of less than 300nm can be prepared by forming HfC and SiC with fine size by reaction between HfSi 2 + C and HfSi 2 + .

전술한 바와 같이, 종래에도 Hf, Si, C를 혼합하여 HfC-SiC 복합재료를 저온에서 소결하여 제조한 예가 있으나, 원료인 Hf 분말의 강한 폭발성에 의하여 상용화에 큰 문제가 존재하였다.As described above, there is an example in which Hf, Si and C are mixed and HfC-SiC composite material is sintered at a low temperature as described above. However, due to the strong explosive nature of the Hf powder as a raw material, there is a great problem in commercialization.

또한, 화학조성의 균일한 분포상태를 확보하지 못하여 조성이 국부적으로 집중되고, 따라서 grain들의 크기가 미세하면서도 이차상인 SiC가 균일하게 분포된 복합재료를 구현하기 힘들었으며, 또한, 비교적 균일한 혼합을 위하여 강한 기계적 힘으로 원료분말들을 분쇄 및 혼합할 경우 혼합매체인 볼(ball) 및 용기(jar)로 부터 불순물이 대량으로 혼입되는 것을 막을 수 없었다.In addition, since the uniform distribution of the chemical composition can not be ensured, the composition is locally concentrated, and thus it is difficult to realize a composite material in which the grain size is fine and the secondary phase, SiC, is uniformly distributed. It is impossible to prevent impurities from being mixed in a large amount from the ball and the jar which are mixed media when the raw powders are pulverized and mixed with a strong mechanical force.

하지만, 본 발명에 의한 HfC-SiC 복합체의 제조에 있어서, 소결조제인 지르코늄 실리사이드군(zirconium silicides) 및 하프늄 실리사이드군(hafnium silicides)은 공기중에서 비교적 안정하여 취급이 간편하다는 장점이 있다.However, in the production of the HfC-SiC composite according to the present invention, zirconium silicides and hafnium silicides, which are sintering aids, are relatively stable in air and thus are easy to handle.

또한, 그 내부에 Zr 혹은 Hf과 Si가 분자 단위에서 균일하게 혼합되어 있기 때문에 소결 후 형성된 ZrC 혹은 HfC 및 SiC grain들이 300nm 이하의 크기범위를 갖으며 전체적으로 HfC 결정립과 SiC 결정립이 매우 균일하게 분포되어 있는데, 이는 미세한 크기를 갖는 이차상을 포함하는 복합재료로서 바람직한 크기범위 및 미세구조라고 볼 수 있다.Since Zr or Hf and Si are uniformly mixed in the inside of ZrC or HfC and Si, the ZrC or HfC and SiC grains formed after sintering have a size range of 300 nm or less and HfC grains and SiC grains are uniformly distributed as a whole This is a preferable range of size and microstructure as a composite material containing a secondary phase having a minute size.

즉, 본 발명은 소결된 HfC-SiC 복합체의 결정립 크기가 700nm 이하이고, 전체 범위에 걸쳐서 두 상, 예를 들면, ZrC와 SiC 또는 HfC와 SiC가 균일하게 분포되어 있는 미세구조를 갖게 된다.That is, according to the present invention, the sintered HfC-SiC composite has a grain size of 700 nm or less and has a microstructure in which two phases, for example, ZrC and SiC or HfC and SiC are uniformly distributed over the entire range.

또한, 지르코늄 실리사이드군 및 하프늄 실리사이드군은 비교적 낮은 용융 온도 때문에 1300℃ 이상의 온도에서 가압 소결 할 경우, 지르코늄 실리사이드군 및 하프늄 실리사이드군의 고온 변형이 치밀화에 기여하며, 이후 함께 첨가된 C와의 반응에 의하여 고온 안정상인 ZrC와 SiC 또는 HfC와 SiC로 변화하기 때문에 저온에서도 소결이 용이하게 일어날 수 있으며, 우수한 고온물성을 동시에 만족시킬 수 있을 것으로 기대된다.In addition, the zirconium silicide group and the hafnium silicide group contribute to the densification of the zirconium silicide group and the hafnium silicide group at a temperature of 1300 DEG C or higher due to the relatively low melting temperature, It is expected that sintering easily occurs at low temperature because ZrC and SiC or HfC and SiC are changed into high temperature stable phase and excellent high temperature properties can be satisfied at the same time.

즉, 상기한 바와 같은 본 발명에서는, 소결조제로서 Zr과 Si 또는 Hf와 Si가 분자단위 수준에서 균일하게 혼합된 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicides) 또는 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicides)을 사용함으로써, 화학적 조성의 국부적 집중을 방지하여 기존보다 미세한 grain 크기를 가지며 SiC가 균일하게 분포된 HfC 복합체를 제조할 수 있다.That is, in the present invention as described above, the zirconium silicide group (Zr x Si y , Zirconium silicides) or the hafnium silicide group (Hf x Si y (Zr)), in which Zr and Si or Hf and Si are uniformly mixed at the molecular unit level , Hafnium silicides), it is possible to manufacture HfC composites having finer grain size and SiC uniformly distributed by preventing local concentration of chemical composition.

또한, 본 발명에서는 Si 소스로서의 지르코늄 실리사이드군 또는 하프늄 실리사이드군을 탄소의 공급원과 혼합함으로써, 저온에서 소결에도 불구하고, 미세한 grain 크기를 갖으며 균일한 미세구조를 갖는 고순도의 HfC 복합체를 제조할 수 있다.Further, in the present invention, by mixing the zirconium silicide group or the hafnium silicide group as the Si source with the source of carbon, it is possible to produce a high purity HfC composite having a fine grain size and a uniform microstructure in spite of sintering at a low temperature have.

또한, 본 발명에서는 상압 소결법 대신 가압 소결법을 사용하여 소결 단계를 진행함으로써, 고온에서 발생하는 입자의 조대화 현상을 방지하고, 지르코늄 실리사이드군 및 하프늄 실리사이드군의 저온 변형을 이용한 소결과정이 충실히 수행될 수 있도록 하며, 이로 인하여 HfC 복합체의 형성과정이 기존의 결과에 비하여 극히 저온에서 완료되도록 하므로, 입성장의 최소화와 치밀화의 극대화를 이루는 HfC 복합체를 제조할 수 있다.Also, in the present invention, the sintering step is carried out by using the pressure sintering method instead of the atmospheric pressure sintering method to prevent coarsening of particles generated at a high temperature, and a sintering process using low temperature deformation of the zirconium silicide group and the hafnium silicide group is faithfully performed The HfC complex is formed at an extremely low temperature as compared with the conventional method. Therefore, the HfC composite can be manufactured which minimizes grain growth and maximizes densification.

따라서, 종래와 비교하여, 본 발명은 작업의 용이성, 순도, 이차상의 균일한 분포, grain 크기 및 소결온도 등에서 나은 효과를 달성할 수 있다.
Thus, compared with the prior art, the present invention can achieve better effects in terms of ease of operation, purity, uniform distribution of secondary phase, grain size and sintering temperature.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (10)

HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 및
상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 포함하는 혼합물을 소결하는 단계를 포함하고,
상기 소결조제는 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicide) 또는 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicide)을 사용하고,
상기 지르코늄 실리사이드군(ZrxSiy, Zirconium silicide)은 ZrSi2, ZrSi, Zr5Si4, Zr5Si3, Zr3Si2, Zr2Si 및 Zr3Si 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고, 상기 하프늄 실리사이드군(HfxSiy, Hafnium silicide)은 HfSi2, HfSi, Hf5Si4, Hf3Si2 및 Hf2Si 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법.
Mixing HfC, sintering aids and carbon sources; And
Sintering the mixture comprising the HfC, the sintering aids and the carbon source,
The sintering aids may be selected from the group consisting of zirconium silicide (Zr x Si y , zirconium silicide) and hafnium silicide (Hf x Si y , Hafnium silicide)
The zirconium silicide group (Zr x Si y , Zirconium silicide) is at least one selected from the group consisting of ZrSi 2 , ZrSi, Zr 5 Si 4 , Zr 5 Si 3 , Zr 3 Si 2 , Zr 2 Si and Zr 3 Si Wherein the hafnium silicide group (Hf x Si y , Hafnium silicide) is at least one selected from the group consisting of HfSi 2 , HfSi, Hf 5 Si 4 , Hf 3 Si 2 and Hf 2 Si. Gt;
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 탄소원은 그라파이트, 카본블랙 및 활성탄 중에서 선택되는 적어도 하나인 탄소류를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon source is at least one selected from the group consisting of graphite, carbon black and activated carbon.
제 1 항에 있어서,
상기 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 포함하는 혼합물을 소결하는 단계는,
HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 상기 탄소원을 열처리하여, 열처리된 탄소원을 제조하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 열처리된 탄소원 포함하는 혼합물을 소결하는 단계이고,
상기 탄소원은 페놀수지, 피치, sucrose 및 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile, PAN) 중에서 선택되는 적어도 하나인 탄소류를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Mixing the HfC, the sintering aid, and the carbon source; And sintering the mixture comprising HfC, the sintering aids and the carbon source,
Mixing HfC, sintering aids and carbon sources; Heat-treating the carbon source to produce a heat-treated carbon source; And sintering the mixture comprising the HfC, the sintering aids and the heat treated carbon source,
Wherein the carbon source is at least one selected from the group consisting of phenol resin, pitch, sucrose, and polyacrylonitrile (PAN).
제 1 항에 있어서,
상기 HfC, 소결조제 및 탄소원을 혼합하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 포함하는 혼합물을 소결하는 단계는,
탄소원을 열처리하여, 열처리된 탄소원을 제조하는 단계; HfC, 소결조제 및 상기 열처리된 탄소원을 혼합하는 단계; 및 상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 열처리된 탄소원 포함하는 혼합물을 소결하는 단계이고,
상기 탄소원은 페놀수지, 피치, sucrose 및 폴리아크릴로니트릴(poly acrylonitrile, PAN) 중에서 선택되는 적어도 하나인 탄소류를 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Mixing the HfC, the sintering aid, and the carbon source; And sintering the mixture comprising HfC, the sintering aids and the carbon source,
Heat-treating the carbon source to produce a heat-treated carbon source; HfC, a sintering aid, and the heat-treated carbon source; And sintering the mixture comprising the HfC, the sintering aids and the heat treated carbon source,
Wherein the carbon source is at least one selected from the group consisting of phenol resin, pitch, sucrose, and polyacrylonitrile (PAN).
제 1 항에 있어서,
상기 HfC, 상기 소결조제 및 상기 탄소원을 혼합하는 것은 planetary mill, attrition mill, spex mill 또는 high energy ball mill 을 사용하는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the HfC, the sintering aid, and the carbon source are mixed using a planetary mill, an attrition mill, a spes mill, or a high energy ball mill.
제 1 항에 있어서,
상기 소결하는 단계는 가압 소결법을 사용하고,
상기 가압 소결법에서의 가압의 범위는 20 ~ 120MPa의 가압력의 범위인 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The sintering step may be performed using a pressure sintering method,
Wherein the pressure in the pressure sintering method ranges from 20 to 120 MPa.
제 7 항에 있어서,
상기 가압 소결법에서의 소결 온도는 1650 내지 2000℃인 것을 특징으로 하는 HfC 복합체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the sintering temperature in the pressure sintering method is 1650 to 2000 占 폚.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 HfC 복합체.9. The HfC complex produced by the method of any one of claims 1 to 8. 제 9 항에 있어서,
상기 HfC 복합체는 결정립 크기가 700nm 이하이고, HfC와 SiC가 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 HfC 복합체.
10. The method of claim 9,
Wherein the HfC composite has a grain size of 700 nm or less and HfC and SiC are uniformly distributed.
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