KR101970952B1 - Manufacturing method of plasma resistant and conductive ceramic-nanocarbon composite - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 세라믹이 매트릭스(matrix)를 이루고, 금속산화물로 코팅된 나노카본이 상기 매트릭스 내에 분산되어 있으며, 상기 금속산화물은 MgO 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 세라믹은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 세라믹-나노카본 복합체에 의하면, 전도성이 우수하지만 플라즈마 환경에 취약한 나노카본의 표면에 내플라즈마성 산화물이 코팅되어 있으므로 내플라즈마성과 전도성을 갖는다.The present invention relates to a method of manufacturing a metal-oxide-ceramic composite material, wherein ceramic is a matrix, nano-carbon coated with a metal oxide is dispersed in the matrix, and the metal oxide comprises at least one material selected from the group consisting of MgO and ZrO 2 , Wherein the ceramic comprises at least one material selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC and Si 3 N 4, and a process for producing the same . According to the ceramic-nano-carbon composite of the present invention, since the plasma oxide is coated on the surface of the nano-carbon which is excellent in conductivity but is vulnerable to a plasma environment, it has plasma resistance and conductivity.

Description

내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법{Manufacturing method of plasma resistant and conductive ceramic-nanocarbon composite}[0001] The present invention relates to a method for manufacturing a plasma-conductive ceramic-nano-carbon composite,

본 발명은 세라믹-나노카본 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내플라즈마성과 전도성을 갖는 세라믹-나노카본 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ceramic-nano-carbon composite and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a ceramic-nano-carbon composite having plasma and conductivity.

반도체 제조 공정에서는 에칭 장치, 스퍼터링 장치, CVD(chemical vapor deposition) 장치 등이 사용되고 있으며, 이들 장치에는 플라즈마 발생 장치를 포함하고 있다. 반도체 제조 공정에서 사용하는 가스는 불소계, 염소계 등의 할로겐계 부식 가스를 이용하고 있으며, 이러한 가스의 높은 반응성을 활용하여 절연막, 레지스트막의 에칭에 활용하고 있다.In the semiconductor manufacturing process, an etching apparatus, a sputtering apparatus, a CVD (chemical vapor deposition) apparatus, and the like are used, and these apparatuses include a plasma generating apparatus. The gas used in the semiconductor manufacturing process uses a halogen-based corrosion gas such as a fluorine-based or chlorine-based gas. Utilizing the high reactivity of the gas, the gas is used for etching an insulating film and a resist film.

반응성 가스 중 불소계 가스는 SF6, CF4, CHF3, HF 등이 있고, 염소계 가스는 Cl2, CCl4, SiCl4 등이 있으며, 이들 가스에 마이크로파나 고주파를 이용하여 플라즈마화시켜 에칭 공정을 수행한다.The fluorine-based gases in the reactive gas include SF 6 , CF 4 , CHF 3 , and HF. The chlorine-based gases include Cl 2 , CCl 4 , and SiCl 4. These gases are converted into plasma by microwave or high- .

이러한 장치의 내부 소재는 높은 내플라즈마성이 요구된다. 할로겐계 가스 또는 그 플라즈마에 대한 내식성을 부여하기 위한 재료로서 SiO2, Al2O3, Si3N4, Y2O3 및 AlN 등의 세라믹이 사용되고 있다.The inner material of such a device requires high plasma resistance. Ceramics such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , Y 2 O 3, and AlN are used as a material for imparting corrosion resistance to a halogen-based gas or a plasma thereof.

이러한 세라믹은 고저항의 절연체이며, 고전압이 걸리는 플라즈마 챔버 내부에서 이상방전을 일으켜 파티클 발생의 원인이 되기도 한다. 이러한 문제점으로 인해 전기저항이 낮은 전도성 내플라즈마 세라믹 소재가 도입되어야 할 필요가 있다.These ceramics are high-resistance insulators, which cause abnormal discharges inside the plasma chamber, which is subjected to a high voltage, thereby causing particles to be generated. Due to such a problem, it is necessary to introduce a conductive plasma ceramic material having a low electric resistance.

대한민국 등록특허공보 제10-1175756호Korean Patent Registration No. 10-1175756

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전도성이 우수하지만 플라즈마 환경에 취약한 나노카본의 표면에 내플라즈마성 산화물이 코팅되어 있으므로 내플라즈마성과 전도성을 갖는 세라믹-나노카본 복합체를 제공함에 있다. The present invention provides a ceramic-nano-carbon composite having plasma resistance and conductivity because the plasma oxide is coated on the surface of the nano-carbon which is excellent in conductivity but is vulnerable to a plasma environment.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전도성이 우수하지만 플라즈마 환경에 취약한 나노카본의 내플라즈마성을 향상시키기 위해 나노카본 표면을 내플라즈마성 산화물로 코팅하고 이를 이용하여 세라믹-나노카본 복합체를 제조하는 방법을 제공함에 있다. Another object to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic-nano-carbon composite by coating a nano-carbon surface with a plasma oxide in order to improve the plasma resistance of the nano-carbon, .

본 발명은, 세라믹이 매트릭스(matrix)를 이루고, 금속산화물로 코팅된 나노카본이 상기 매트릭스 내에 분산되어 있으며, 상기 금속산화물은 MgO 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 세라믹은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체를 제공한다. The present invention relates to a method of manufacturing a metal-oxide-ceramic composite material, wherein ceramic is a matrix, nano-carbon coated with a metal oxide is dispersed in the matrix, and the metal oxide comprises at least one material selected from the group consisting of MgO and ZrO 2 , Wherein the ceramic comprises at least one material selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC and Si 3 N 4 .

상기 나노카본은 그래핀(graphene), 산화그래핀(GO; graphene oxide) 및 박리된 그라파이트(exfoliated graphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카본으로서 두께가 0.2∼50 nm인 것일 수 있다.The nano-carbon may be at least one carbon selected from the group consisting of graphene, graphene oxide and exfoliated graphite, and may have a thickness of 0.2 to 50 nm.

상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부를 이루는 것이 바람직하다.The nano-carbon coated with the metal oxide may be 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic.

상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 입자 사이의 입계(grainboundary) 부분에 분포하고, 상기 세라믹 입자 사이의 입계(grainboundary) 부분에 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본이 분포하는 비율이 상기 매트릭스 내에 분산된 전체 함량에 대하여 80%보다 높다.The nano-carbon coated with the metal oxide is distributed in a grainboundary part between the ceramic particles, and the ratio of the distribution of the nano-carbon coated with the metal oxide to the grainboundary part between the ceramic particles is within the matrix Gt; 80% < / RTI > for the total dispersed content.

또한, 본 발명은, (a) Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속염을 알콜에 첨가하여 금속염 용액을 형성하는 단계와, (b) 알콜에 나노카본과 아민 화합물을 첨가하여 나노카본 슬러리를 형성하는 단계와, (c) 상기 금속염 용액과 상기 나노카본 슬러리를 혼합하고 반응시키는 단계와, (d) 상기 반응에 의해 상기 나노카본 표면에서 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속수산화물의 핵생성이 이루어지고 성장하면서 상기 나노카본 표면에 상기 금속수산화물이 코팅되는 단계와, (e) 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 포함하는 나노카본 슬러리를 건조하여 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 수득하는 단계와, (f) 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 열처리함으로써 상기 금속수산화물이 금속산화물로 변화되는 단계와, (g) 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본과 세라믹 분말을 혼합하고 성형하는 단계 및 (h) 성형된 결과물을 소결하여 세라믹-나노카본 복합체를 수득하는 단계를 포함하며, 상기 세라믹-나노카본 복합체는 세라믹이 매트릭스(matrix)를 이루고, 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본이 상기 매트릭스 내에 분산되어 있으며, 상기 금속산화물은 MgO 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 세라믹 분말은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a metal salt, comprising the steps of: (a) adding a metal salt containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr to an alcohol to form a metal salt solution; (b) (C) mixing and reacting the metal salt solution with the nano-carbon slurry, and (d) reacting the nano-carbon slurry with 1 A step of coating the metal hydroxide on the surface of the nano-carbon while nucleation and growth of a metal hydroxide containing at least nano metal is performed; and (e) drying the nano-carbon slurry containing the metal hydroxide-coated nano- (F) heating the nano-carbon coated with the metal hydroxide to heat the metal (G) mixing and molding the nano-carbon coated with the metal oxide and the ceramic powder, and (h) sintering the resultant to obtain a ceramic-nano-carbon composite. Wherein the ceramic-nano-carbon composite comprises a ceramic matrix, nano-carbon coated with the metal oxide is dispersed in the matrix, and the metal oxide is one selected from the group consisting of MgO and ZrO 2 Wherein the ceramic powder comprises at least one material selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC, and Si 3 N 4. The plasma-resistant conductive ceramic-nano-carbon A method for producing a composite is provided.

상기 나노카본은 그래핀(graphene), 산화그래핀(GO; graphene oxide) 및 박리된 그라파이트(exfoliated graphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카본으로서 두께가 0.2∼50 nm인 것일 수 있다.The nano-carbon may be at least one carbon selected from the group consisting of graphene, graphene oxide and exfoliated graphite, and may have a thickness of 0.2 to 50 nm.

상기 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속염은 MgCl2, MgNO3, ZrCl4 및 Zr(NO3)2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The metal salt including at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr may include at least one material selected from the group consisting of MgCl 2 , MgNO 3 , ZrCl 4 and Zr (NO 3 ) 2 .

상기 알콜은 1가 내지 5가의 알콜 화합물 또는 그 유도체일 수 있다.The alcohol may be a mono-to 5-valent alcohol compound or a derivative thereof.

상기 (c) 단계에서, 상기 금속염이 상기 나노카본 100중량부에 대하여 100∼500중량부를 이루게 상기 금속염 용액과 상기 나노카본 슬러리를 혼합하는 것이 바람직하다.In the step (c), the metal salt solution and the nano-carbon slurry are mixed so that the metal salt is 100 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano-carbon.

상기 (g) 단계에서, 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 분말 100중량부에 대하여 0.1∼15중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. In the step (g), the nano-carbon coated with the metal oxide may be mixed in an amount of 0.1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic powder.

상기 열처리는 350∼400℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The heat treatment is preferably performed at a temperature of 350 to 400 캜.

상기 (g) 단계에서 분산제 및 바인더를 더 혼합할 수 있으며, 상기 소결은 상기 바인더를 열분해시키기 위하여 600∼900℃의 제1 온도까지 승온하는 단계와, 상기 제1 온도에서 유지하는 단계와, 상기 제1 온도보다 높은 1600∼1900℃의 제2 온도까지 승온하는 단계 및 상기 제2 온도에서 유지하면서 소결하는 단계를 포함할 수 있다.The binder and the dispersant may be further mixed in step (g), and the sintering may be performed by raising the temperature to a first temperature of 600 to 900 캜 to pyrolyze the binder, holding the mixture at the first temperature, Raising the temperature to a second temperature of 1600-1900 deg. C higher than the first temperature, and sintering while maintaining the second temperature.

본 발명의 세라믹-나노카본 복합체에 의하면, 전도성이 우수하지만 플라즈마 환경에 취약한 나노카본의 표면에 내플라즈마성 산화물이 코팅되어 있으므로 내플라즈마성과 전도성을 갖는다.According to the ceramic-nano-carbon composite of the present invention, since the plasma oxide is coated on the surface of the nano-carbon which is excellent in conductivity but is vulnerable to a plasma environment, it has plasma resistance and conductivity.

전도성이 우수하지만 플라즈마 환경에 취약한 나노카본의 내플라즈마성을 향상시키기 위해 나노카본 표면을 내플라즈마성 산화물로 코팅하고 이를 이용하여 세라믹-나노카본 복합체를 제조할 수가 있다. 나노카본은 플라즈마 환경에 취약한 소재이지만, 나노카본의 표면을 MgO, ZrO2 또는 이들의 혼합물로 이루어진 내플라즈마성 산화물로 코팅함으로서 내플라즈마성을 개선할 수가 있다. 금속산화물 코팅이 나노카본의 내플라즈마성을 향상시키는 효과를 나타낸다. In order to improve the plasma resistance of nanocarbon which is excellent in conductivity but is vulnerable to a plasma environment, the surface of the nano-carbon is coated with a plasma-resistant oxide and the ceramic-nano-carbon composite can be manufactured using the plasma oxide. Nano-carbon is a material vulnerable to a plasma environment, but the plasma resistance can be improved by coating the surface of the nano-carbon with a plasma-resistant oxide made of MgO, ZrO 2 or a mixture thereof. The metal oxide coating exhibits an effect of improving the plasma resistance of the nano-carbon.

도 1은 Al2O3-나노카본 복합체의 미세구조를 관찰한 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 2는 금속산화물로 코팅된 나노카본이 세라믹 매트릭스(matrix)에 분산되어 있는 모습을 보여주는 모식도이다.
도 3a 및 도 3b에 MgO가 코팅된 나노카본의 미세구조를 보여주는 투과전자현미경(TEM; Transmission Electron Microscope) 사진이다.
도 4는 MgO가 코팅된 나노카본의 성분을 분석한 EDAX(Energy Dispersive X-ray Analysis) 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 플라즈마 에칭 테스트를 진행한 후, MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 미세구조를 관찰하여 나타낸 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 6은 플라즈마 에칭 테스트를 진행한 후, MgO가 코팅되지 않은 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 미세구조를 관찰하여 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the microstructure of an Al 2 O 3 -nano-carbon composite.
2 is a schematic diagram showing a state in which a nano-carbon coated with a metal oxide is dispersed in a ceramic matrix.
3A and 3B are transmission electron microscope (TEM) photographs showing the microstructure of MgO-coated nano-carbon.
FIG. 4 is a graph showing the result of EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis) analysis of a component of MgO-coated nano-carbon.
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the microstructure of the Al 2 O 3 -nano-carbon composite using nano-carbon coated with MgO after the plasma etching test.
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the microstructure of the Al 2 O 3 -nano carbon composite using nano-carbon which is not coated with MgO after the plasma etching test.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.

이하에서, '카본'이라함은 그래핀(graphene), 산화그래핀(GO; graphene oxide), 박리된 그라파이트(exfoliated graphite) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 의미로 사용하고, '나노카본'이라 함은 두께가 0.2∼50 nm인 카본을 의미하는 것으로 사용한다.Hereinafter, 'carbon' is used to mean graphene, graphene oxide, exfoliated graphite, or a mixture thereof and is referred to as 'nano carbon'. Means carbon having a thickness of 0.2 to 50 nm.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체는, 세라믹이 매트릭스(matrix)를 이루고, 금속산화물로 코팅된 나노카본이 상기 매트릭스 내에 분산되어 있으며, 상기 금속산화물은 MgO 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 세라믹은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다. The plasma-resistant conductive ceramic-nano-carbon composite according to a preferred embodiment of the present invention is characterized in that ceramic is a matrix, nano-carbon coated with metal oxide is dispersed in the matrix, and the metal oxide is MgO and ZrO 2 , and the ceramic comprises at least one material selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC and Si 3 N 4 .

상기 나노카본은 그래핀(graphene), 산화그래핀(GO; graphene oxide) 및 박리된 그라파이트(exfoliated graphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카본으로서 두께가 0.2∼50 nm인 것일 수 있다.The nano-carbon may be at least one carbon selected from the group consisting of graphene, graphene oxide and exfoliated graphite, and may have a thickness of 0.2 to 50 nm.

상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부를 이루는 것이 바람직하다.The nano-carbon coated with the metal oxide may be 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic.

상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 입자 사이의 입계(grainboundary) 부분에 분포하고, 상기 세라믹 입자 사이의 입계(grainboundary) 부분에 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본이 분포하는 비율이 상기 매트릭스 내에 분산된 전체 함량에 대하여 80%보다 높다.The nano-carbon coated with the metal oxide is distributed in a grainboundary part between the ceramic particles, and the ratio of the distribution of the nano-carbon coated with the metal oxide to the grainboundary part between the ceramic particles is within the matrix Gt; 80% < / RTI > for the total dispersed content.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법은, (a) Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속염을 알콜에 첨가하여 금속염 용액을 형성하는 단계와, (b) 알콜에 나노카본과 아민 화합물을 첨가하여 나노카본 슬러리를 형성하는 단계와, (c) 상기 금속염 용액과 상기 나노카본 슬러리를 혼합하고 반응시키는 단계와, (d) 상기 반응에 의해 상기 나노카본 표면에서 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속수산화물의 핵생성이 이루어지고 성장하면서 상기 나노카본 표면에 상기 금속수산화물이 코팅되는 단계와, (e) 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 포함하는 나노카본 슬러리를 건조하여 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 수득하는 단계와, (f) 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 열처리함으로써 상기 금속수산화물이 금속산화물로 변화되는 단계와, (g) 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본과 세라믹 분말을 혼합하고 성형하는 단계 및 (h) 성형된 결과물을 소결하여 세라믹-나노카본 복합체를 수득하는 단계를 포함하며, 상기 세라믹-나노카본 복합체는 세라믹이 매트릭스(matrix)를 이루고, 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본이 상기 매트릭스 내에 분산되어 있으며, 상기 금속산화물은 MgO 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 세라믹 분말은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다.A method of manufacturing a plasma-resistant conductive ceramic-nano-carbon composite according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) adding a metal salt containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr to an alcohol to form a metal salt solution; (B) adding nano-carbon and an amine compound to an alcohol to form a nanocarbon slurry; (c) mixing and reacting the metal salt solution and the nanocarbon slurry; and (d) Wherein the metal hydroxide is coated on the surface of the nano-carbon while growing and growing nuclei of a metal hydroxide containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr on the surface of the nano- Drying a nanocarbon slurry comprising a nanocarbon coated with a metal hydroxide to obtain a nanocarbon coated with the metal hydroxide (F) converting the metal hydroxide into a metal oxide by heat treating the metal hydroxide coated nanocarbon; (g) mixing and molding the nanocarbon coated with the metal oxide and the ceramic powder; and (h) sintering the molded product to obtain a ceramic-nano-carbon composite, wherein the ceramic-nano-carbon composite comprises a ceramic matrix, and the nano-carbon coated with the metal oxide is contained in the matrix Wherein the metal oxide comprises at least one material selected from the group consisting of MgO and ZrO 2 , and the ceramic powder is selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC and Si 3 N 4 Include one or more materials.

상기 나노카본은 그래핀(graphene), 산화그래핀(GO; graphene oxide) 및 박리된 그라파이트(exfoliated graphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카본으로서 두께가 0.2∼50 nm인 것일 수 있다.The nano-carbon may be at least one carbon selected from the group consisting of graphene, graphene oxide and exfoliated graphite, and may have a thickness of 0.2 to 50 nm.

상기 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속염은 MgCl2, MgNO3, ZrCl4 및 Zr(NO3)2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The metal salt including at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr may include at least one material selected from the group consisting of MgCl 2 , MgNO 3 , ZrCl 4 and Zr (NO 3 ) 2 .

상기 알콜은 1가 내지 5가의 알콜 화합물 또는 그 유도체일 수 있다.The alcohol may be a mono-to 5-valent alcohol compound or a derivative thereof.

상기 (c) 단계에서, 상기 금속염이 상기 나노카본 100중량부에 대하여 100∼500중량부를 이루게 상기 금속염 용액과 상기 나노카본 슬러리를 혼합하는 것이 바람직하다.In the step (c), the metal salt solution and the nano-carbon slurry are mixed so that the metal salt is 100 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano-carbon.

상기 (g) 단계에서, 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 분말 100중량부에 대하여 0.1∼15중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. In the step (g), the nano-carbon coated with the metal oxide may be mixed in an amount of 0.1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic powder.

상기 열처리는 350∼400℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The heat treatment is preferably performed at a temperature of 350 to 400 캜.

상기 (g) 단계에서 분산제 및 바인더를 더 혼합할 수 있으며, 상기 소결은 상기 바인더를 열분해시키기 위하여 600∼900℃의 제1 온도까지 승온하는 단계와, 상기 제1 온도에서 유지하는 단계와, 상기 제1 온도보다 높은 1600∼1900℃의 제2 온도까지 승온하는 단계 및 상기 제2 온도에서 유지하면서 소결하는 단계를 포함할 수 있다.The binder and the dispersant may be further mixed in step (g), and the sintering may be performed by raising the temperature to a first temperature of 600 to 900 캜 to pyrolyze the binder, holding the mixture at the first temperature, Raising the temperature to a second temperature of 1600-1900 deg. C higher than the first temperature, and sintering while maintaining the second temperature.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the plasma-resistant conductive ceramic-nano-carbon composite according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

아래의 표 1에 대표적인 세라믹의 내플라즈마성을 나타내었다.Table 1 below shows the plasma resistance of typical ceramics.

소재Material Etch rate (cm/min)Etch rate (cm / min) SiC (상압소결)SiC (pressureless sintering) 7.0 × 10-6 7.0 × 10 -6 SiC (CVD)SiC (CVD) 7.2 × 10-6 7.2 x 10 -6 MgOMgO 7.6 × 10-8 7.6 × 10 -8 Y2O3 Y 2 O 3 5.0 × 10-8 5.0 × 10 -8 Al2O3 doped Y2O3 Al 2 O 3 doped Y 2 O 3 2.1 × 10-7 2.1 × 10 -7 ZrO2 ZrO 2 6.6 × 10-7 6.6 × 10 -7 Al2O3 Al 2 O 3 1.3 × 10-6 1.3 x 10 -6 Si waferSi wafer 1.1 × 10-5 1.1 x 10 -5 Sapphire waferSapphire wafer 1.0 × 10-6 1.0 x 10 -6

표 1을 보면, 반도체 소재인 Si 웨이퍼(wafer)는 1.1 × 10-5 cm/min 의 식각율(etch rate)을 나타내고, 표 1에 나타낸 대표적인 세라믹 소재는 Si 웨이퍼에 비해 10∼100배 정도의 내플라즈마성을 가진다. 산화물 세라믹의 내플라즈마성을 비교해보면, Y2O3 > MgO > ZrO2 > Al2O3 의 순으로 나열할 수 있으며, Y2O3의 경우 Al2O3에 비해 26배의 내플라즈마성을 가지며, Si 웨이퍼에 비하면 137배의 내플라즈마성을 나타낸다.As shown in Table 1, the Si wafer, which is a semiconductor material, exhibits an etch rate of 1.1 × 10 -5 cm / min, and the typical ceramic material shown in Table 1 is 10 to 100 times And has plasma resistance. Comparing the plasma resistance of the oxide ceramics, Y 2 O 3 >MgO> ZrO 2 > Al 2 O 3 can be listed in that order. In the case of Y 2 O 3, the plasma resistance is 26 times that of Al 2 O 3 And exhibits plasma resistance of 137 times as compared with the Si wafer.

SiO2, Al2O3, Si3N4, Y2O3 및 AlN 등의 소재와 같은 세라믹 소재는 일반적으로 1013Ωcm 이상의 고저항체이다. Ceramic materials, such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , Y 2 O 3 and AlN, are generally high resistivities of 10 13 Ωcm or more.

나노카본은 고전도성 물질로, 예를 들어 그래핀 시트의 경우 전기저항이 10-6Ωcm로 구리에 비해 약 100 배 전기가 잘 통하는 물질이다.Nano-carbon is a highly conductive material, for example, in the case of graphene sheets, the electrical resistance is 10 -6 Ωcm, which is about 100 times better than copper.

Al2O3와 같은 고저항 세라믹에 고전도성 물질인 나노카본을 0.1∼5 wt% 첨가하여 세라믹-나노카본 복합체를 제조하면 세라믹의 전기저항을 낮추어 전도성 세라믹의 제조가 가능하다.When a ceramic-nano-carbon composite is prepared by adding 0.1 to 5 wt% of nano-carbon, which is a highly conductive material, to a high-resistance ceramic such as Al 2 O 3 , a conductive ceramic can be manufactured by lowering the electrical resistance of the ceramic.

아래의 표 2에 나노카본 함량에 따른 Al2O3-나노카본 복합체의 전기저항을 나타내었다.Table 2 below shows the electrical resistivity of the Al 2 O 3 -nano-carbon composite according to the nano-carbon content.

시편명Psalm name Al2O3 Al 2 O 3 Al2O3 + 산화그래핀 0.1%Al 2 O 3 + Oxidized graphene 0.1% Al2O3 + 그라파이트 2.6%Al 2 O 3 + Graphite 2.6% Al2O3 + 산화그래핀 0.5%Al 2 O 3 + Oxidized graphene 0.5% Al2O3 + 산화그래핀 1.0%Al 2 O 3 + Oxidized graphene 1.0% 전기저항
(Ωcm)
Electrical resistance
(Ωcm)
>1015 > 10 15 1012 10 12 104 10 4 <103 <10 3 <103 <10 3

표 2를 참조하면, Al2O3는 1015 Ωcm 이상의 전기저항을 가지는 절연체이나, 산화그래핀을 0.1 wt% 첨가한 경우에는 1012 Ωcm 까지 전기저항이 감소하며, 0.5 wt% 이상 첨가하여 제조한 Al2O3-나노카본 복합체는 103 Ωcm 이하의 전기저항을 나타내었다. 그라파이트를 첨가하여 제조한 Al2O3-나노카본 복합체의 경우, 2.6 wt% 이상 첨가시에 104 Ωcm 의 전기저항을 나타내었다.Referring to Table 2, Al 2 O 3 is an insulator having an electrical resistance of 10 15 Ωcm or more, but when the graphene oxide is added by 0.1 wt%, the electrical resistance decreases to 10 12 Ωcm, An Al 2 O 3 - nanocarbon composite showed an electrical resistance of less than 10 3 Ωcm. In the case of Al 2 O 3 - nanocarbon composites prepared by adding graphite, electrical resistivity was 10 4 Ωcm when added more than 2.6 wt%.

도 1은 Al2O3-나노카본 복합체의 미세구조를 관찰한 결과이다. 기지상인 Al2O3에 나노카본이 분산되어 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 분산된 나노카본이 세라믹의 전기저항을 낮추어 전도성 세라믹의 제조가 가능하다.FIG. 1 shows the result of observing the microstructure of the Al 2 O 3 -nano-carbon composite. It was confirmed that nano-carbon was dispersed and distributed in the base Al 2 O 3 . It is possible to manufacture conductive ceramics by lowering the electrical resistance of the ceramic nano-carbon dispersed.

아래의 표 3에 나노카본 함량에 따른 Al2O3-나노카본 복합체의 식각률(Etch rate)을 나타내었다.Table 3 below shows the etch rate of the Al 2 O 3 -nano-carbon composite according to the nano-carbon content.

시편명Psalm name Al2O3 Al 2 O 3 Al2O3 + 산화그래핀 0.1%Al 2 O 3 + Oxidized graphene 0.1% Al2O3 + 그라파이트 2.6%Al 2 O 3 + Graphite 2.6% Al2O3 + 산화그래핀 0.5%Al 2 O 3 + Oxidized graphene 0.5% Al2O3 + 산화그래핀 1.0%Al 2 O 3 + Oxidized graphene 1.0% Etch rate
(cm/min)
Etch rate
(cm / min)
1.3 × 10-6 1.3 x 10 -6 2.7 × 10-6 2.7 × 10 -6 5.3 × 10-6 5.3 × 10 -6 3.0 × 10-6 3.0 x 10 -6 1.4 × 10-5 1.4 x 10 -5

표 3을 참조하면, Al2O3는 1.3 × 10-6 cm/min 의 식각률(etch rate)을 나타내었다. 산화그래핀을 0.1 wt% 첨가한 경우에는 2.7 × 10-6 cm/min 의 식각률을 보였으며, 0.5 wt% 첨가한 경우 3.0 × 10-6 cm/min, 1.0 wt% 첨가하여 제조한 Al2O3-나노카본 복합체는 1.4 × 10-5 cm/min의 식각률을 나타내었다. 그라파이트를 첨가하여 제조한 Al2O3-나노카본 복합체의 경우, 2.6 wt%에서 5.3 × 10-6 cm/min의 식각률을 나타내었다.Referring to Table 3, Al 2 O 3 exhibited an etch rate of 1.3 × 10 -6 cm / min. If yes oxide was added to the pin, the 0.1 wt% 2.7 × 10 -6 cm / min showed an etching rate of, 0.5 wt% The addition was prepared by adding 3.0 × 10 -6 cm / min, 1.0 wt% Al 2 O 3 - nano carbon composite showed an etching rate of 1.4 × 10 -5 cm / min. In the case of Al 2 O 3 - nano carbon composite prepared by adding graphite, the etching rate was 5.3 × 10 -6 cm / min at 2.6 wt%.

첨가되는 나노카본의 함량에 비례하여 식각률이 증가하는 경향을 보였다. 이는 나노카본의 약한 내플라즈마성이 반영된 결과이다.The etching rate tended to increase in proportion to the content of nano-carbon added. This is a result of reflecting the weak plasma resistance of nano-carbon.

나노카본은 세라믹의 전기저항을 조절하기 위해서는 매우 유용한 첨가제이나, 플라즈마 환경에 취약한 소재임을 알 수 있었다.Nano-carbon is a very useful additive for controlling the electrical resistance of ceramics, but it is a material vulnerable to the plasma environment.

세라믹-나노카본 복합체의 내플라즈마성을 향상시키기 위해 내플라즈마성이 취약한 나노카본의 표면을 MgO, ZrO2 또는 이들의 혼합물로 이루어진 내플라즈마성 산화물로 코팅함으로서 이를 해결하는 것이 가능하다.In order to improve the plasma resistance of the ceramic-nano-carbon composite, it is possible to solve this problem by coating the surface of the nano-carbon having weak plasma resistance with an inner plasma oxide made of MgO, ZrO 2 or a mixture thereof.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹-나노카본 복합체를 제조하기 위하여 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속염을 알콜에 첨가하여 금속염 용액을 형성한다. In order to prepare the ceramic-nano-carbon composite according to the preferred embodiment of the present invention, a metal salt solution containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr is added to the alcohol to form a metal salt solution.

상기 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속염은 마그네슘(Mg)을 포함하는 염화염, 질산염 등이거나, 지르코늄(Zr)을 포함하는 염화염, 질산염 등일 수 있으며, 마그네슘(Mg)과 지르코늄(Zr)을 포함하는 금속염일수도 있다. 더욱 구체적으로 상기 마그네슘(Mg)을 포함하는 염화염은 MgCl2일 수 있고, 상기 마그네슘(Mg)을 포함하는 질산염은 MgNO3일 수 있으며, 상기 지르코늄(Zr)을 포함하는 염화염은 ZrCl4일 수 있고, 상기 지르코늄(Zr)을 포함하는 질산염은 Zr(NO3)2일 수 있다.The metal salt containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr may be chloride, nitrate or the like containing magnesium (Mg), chloride, nitrate or the like containing zirconium (Zr) ) And zirconium (Zr). More specifically hydrochloride containing the magnesium (Mg) is MgCl 2 can be, nitrates, including the magnesium (Mg) may be a MgNO 3, hydrochloride containing the zirconium (Zr) is ZrCl 4 days And the nitrate containing zirconium (Zr) may be Zr (NO 3 ) 2 .

상기 알콜은 1가 내지 5가의 알콜 화합물 또는 그 유도체일 수 있다. The alcohol may be a mono-to 5-valent alcohol compound or a derivative thereof.

알콜에 나노카본과 아민 화합물을 첨가하여 나노카본 슬러리를 형성한다. 상기 나노카본은 그래핀(graphene), 산화그래핀(GO; graphene oxide) 및 박리된 그라파이트(exfoliated graphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카본으로서 두께가 0.2∼50 nm인 것일 수 있다. 상기 아민 화합물은 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민 등일 수 있다. 상기 아민화합물을 상기 나노카본과 먼저 혼합하는 것은 나노카본 표면을 아민 화합물로 코팅하여 나노카본 표면에서 금속수산화물(코팅제)의 핵형성을 유발시켜 헤테로지니어스 핵생성(heterogeneous nucleation)을 통한 코팅이 일어나도록 하기 위함이다. 금속염 용액과 나노카본 슬러리를 혼합한 후 아민 화합물을 첨가할 경우는 pH의 급격한 증가로 코팅하고자 하는 나노카본 입자 표면에서 금속수산화물(코팅제), 예컨대, Mg(OH)2, Zr(OH)4의 핵형성이 일어나지 않고 금속염 용액과 나노카본 슬러리의 혼합 용액 내에서 금속수산화물(코팅제)의 핵형성이 일어나, 코팅하고자 하는 나노카본 입자 표면에 금속수산화물(코팅제)이 코팅되지 않고 용액 내에서 입자로 성장되어 버릴 수 있다. 상기 아민 화합물은 나노카본 1g에 대하여 1∼10㎖의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. Nano-carbon and amine compounds are added to the alcohol to form a nano-carbon slurry. The nano-carbon may be at least one carbon selected from the group consisting of graphene, graphene oxide and exfoliated graphite, and may have a thickness of 0.2 to 50 nm. The amine compound may be methylamine, ethylamine, dimethylamine, diethylamine, and the like. The mixing of the amine compound with the nanocarbon is performed by coating the surface of the nanocarbon with an amine compound to induce nucleation of the metal hydroxide (coating agent) on the surface of the nanocarbon so that coating by heterogeneous nucleation occurs . When an amine compound is added after the metal salt solution and the nanocarbon slurry are mixed, the metal hydroxide (coating agent) such as Mg (OH) 2 , Zr (OH) 4 Nucleation of the metal hydroxide (coating agent) occurs in the mixed solution of the metal salt solution and the nanocarbon slurry without nucleation, and the metal hydroxide (coating agent) is not coated on the surface of the nanocarbon particle to be coated, . The amine compound is preferably mixed at 1 to 10 ml with respect to 1 g of nano-carbon.

상기 금속염 용액과 상기 나노카본 슬러리를 혼합하고 반응시킨다. 상기 금속염이 상기 나노카본 100중량부에 대하여 100∼500중량부를 이루게 상기 금속염 용액과 상기 나노카본 슬러리를 혼합하는 것이 바람직하다. The metal salt solution and the nano-carbon slurry are mixed and reacted. The metal salt solution and the nano-carbon slurry are mixed so that the metal salt is 100 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano-carbon.

상기 반응에 의해 상기 나노카본 표면에서 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속수산화물의 핵생성이 이루어지고 성장하면서 상기 나노카본 표면에 상기 금속수산화물이 코팅되게 된다. 상기 금속수산화물은 Mg(OH)2, Zr(OH)4 또는 이들의 혼합물일 수 있다.By the reaction, the metal hydroxide containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr is nucleated and grown on the surface of the nano-carbon, and the metal hydroxide is coated on the surface of the nano-carbon. The metal hydroxide may be Mg (OH) 2 , Zr (OH) 4, or a mixture thereof.

상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 포함하는 나노카본 슬러리를 건조하여 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 수득한다. 상기 건조는 60∼150℃, 더욱 바람직하게는 80∼120℃의 오븐(oven)에서 1∼48시간, 더욱 바람직하게는 6∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. The nano-carbon slurry containing the nano-carbon coated with the metal hydroxide is dried to obtain a nano-carbon coated with the metal hydroxide. The drying is preferably performed in an oven at 60 to 150 캜, more preferably at 80 to 120 캜 for 1 to 48 hours, more preferably 6 to 24 hours.

상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 열처리한다. 상기 열처리에 의해 상기 금속수산화물이 금속산화물로 변화되게 된다. 상기 금속산화물은 MgO 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다. 상기 열처리는 공기 중에서는(산화 분위기에서는) 350∼400℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하며, 결정성이 향상된 금속산화물을 얻기 위해서는 비산화 분위기에서 600∼800℃로 열처리 하는 것이 바람직하다. 350℃ 미만의 온도에서는 금속수산화물이 금속산화물로 변화되지 않으며, 산화 분위기에서 400℃ 초과의 온도에서는 나노카본이 산화되는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 열처리에 의해 금속산화물이 코팅된 나노카본을 얻을 수가 있다. 금속산화물 코팅이 나노카본의 내플라즈마성을 향상시키는 효과를 나타낸다. 나노카본은 플라즈마 환경에 취약한 소재이지만, 나노카본의 표면을 MgO, ZrO2 또는 이들의 혼합물로 이루어진 내플라즈마성 산화물로 코팅함으로써 이를 해결하는 것이 가능하다. 상기 열처리는 산화 가스 분위기, 비활성 가스 분위기 또는 진공 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. The nanocarbon coated with the metal hydroxide is heat-treated. The metal hydroxide is converted into a metal oxide by the heat treatment. The metal oxide includes at least one material selected from the group consisting of MgO and ZrO 2 . The heat treatment is preferably performed at a temperature of 350 to 400 DEG C in air (in an oxidizing atmosphere), and preferably in a non-oxidizing atmosphere at 600 to 800 DEG C in order to obtain a metal oxide having improved crystallinity. The metal hydroxide may not be converted into a metal oxide at a temperature lower than 350 ° C. and the nano-carbon may be oxidized at a temperature higher than 400 ° C. in an oxidizing atmosphere. By the heat treatment, a nano-carbon coated with a metal oxide can be obtained. The metal oxide coating exhibits an effect of improving the plasma resistance of the nano-carbon. Nano-carbon is a material vulnerable to a plasma environment, but it is possible to solve this problem by coating the surface of the nano-carbon with an inner plasma oxide made of MgO, ZrO 2 or a mixture thereof. The heat treatment is preferably performed in an oxidizing gas atmosphere, an inert gas atmosphere, or a vacuum atmosphere.

상기 금속산화물로 코팅된 나노카본과 세라믹 분말을 혼합하고 성형한다. 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 분말 100중량부에 대하여 0.1∼15중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 이때, 분산제 및 바인더를 더 혼합할 수도 있다. 상기 분산제는 Cerasperse 5468CF 등일 수 있다. 상기 분산제는 상기 세라믹 분말 100중량부에 대하여 0.1∼2중량부 혼합하는 것이 비람직하다. 상기 바인더는 PVA(polyvinylalcohol) 등일 수 있다. 상기 바인더는 상기 세라믹 분말 100중량부에 대하여 0.1∼3중량부 혼합하는 것이 비람직하다. The nano-carbon coated with the metal oxide and the ceramic powder are mixed and molded. The nano-carbon coated with the metal oxide is preferably mixed with 0.1 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder. At this time, the dispersant and the binder may be further mixed. The dispersant may be Cerasperse 5468CF or the like. It is preferable that the dispersant is mixed in an amount of 0.1 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic powder. The binder may be PVA (polyvinylalcohol) or the like. It is preferable that the binder is mixed in an amount of 0.1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic powder.

상기 혼합은 볼밀(ball mill), 유성밀(planetary mill), 어트리션밀(attrition mill) 등과 같은 다양한 방법을 사용할 수 있다. 이하, 볼밀법에 의한 혼합 공정을 구체적으로 설명한다. 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본과 상기 세라믹 분말을 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 원료를 균일하게 혼합한다. 볼 밀에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절한다. 예를 들면, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 100∼1000rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀은 목표하는 입자의 크기 등을 고려하여 1∼24시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 볼 밀에 의해 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본과 상기 세라믹 분말은 균일하게 혼합되게 된다. The mixing may be performed by various methods such as ball mill, planetary mill, attrition mill, and the like. Hereinafter, the mixing process by the ball mill method will be described in detail. The nano-carbon coated with the metal oxide and the ceramic powder are charged into a ball milling machine and mixed. The raw material is uniformly mixed by rotating it at a constant speed using a ball milling machine. The ball used for the ball mill may be a ball made of a ceramic such as alumina or zirconia, and the balls may be all the same size or may be used together with balls having two or more sizes. The size of the ball, the milling time, and the rotation speed per minute of the ball miller. For example, the size of the balls may be set in the range of about 1 mm to 50 mm in consideration of the size of the particles, and the rotational speed of the ball miller may be set in the range of about 100 to 1000 rpm. The ball mill is preferably carried out for 1 to 24 hours in consideration of the size of the target particle and the like. The nano-carbon coated with the metal oxide and the ceramic powder are uniformly mixed by the ball mill.

상기 성형은 일반적으로 알려져 있는 주입성형(slip casting), 가압 성형, CIP((Cold Isostatic Pressure), 이들을 복합한 방법 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. The molding can be performed by a variety of known methods such as slip casting, pressure molding, cold isostatic pressure (CIP), and a combination thereof.

성형된 결과물을 소결한다. 상기 소결 후에 세라믹-나노카본 복합체를 수득할 수가 있다. 상기 소결은 1600∼1900℃의 온도에서 소결하는 것이 바람직하다. 상기 소결은 비활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 소결은 1600∼1900℃의 온도에서 소결하는 것이 바람직하다. 소결 온도가 1600℃ 미만인 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1900℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 과도한 입자성장을 가져와 소결체의 기계적 특성이 좋지 않을 수 있다. 상기 소결 온도까지는 1∼50℃/min의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직한데, 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 열적 스트레스가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 온도를 올리는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소결은 소결 온도에서 10분∼24시간, 더욱 바람직하게는 1∼12시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 소결 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 더 이상의 소결 효과를 기대하기 어려우며, 소결 시간이 작은 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 물성이 좋지 않을 수 있다. The molded product is sintered. After the sintering, the ceramic-nano-carbon composite can be obtained. The sintering is preferably performed at a temperature of 1600 to 1900 ° C. The sintering is preferably performed in an inert gas atmosphere. The sintering is preferably performed at a temperature of 1600 to 1900 ° C. If the sintering temperature is less than 1600 ° C, the thermal or mechanical properties of the sintered body may be poor due to incomplete sintering. If the temperature exceeds 1900 ° C, energy consumption is high, This may not be good. The sintering temperature is preferably raised at a heating rate of 1 to 50 ° C / min. If the heating rate is too slow, it takes a long time to decrease the productivity. If the heating rate is too high, thermal stress is applied due to a rapid temperature rise It is preferable to raise the temperature at the temperature raising rate in the above range. The sintering is preferably carried out at a sintering temperature for 10 minutes to 24 hours, more preferably 1 to 12 hours. If the sintering time is too long, the energy consumption is high, so it is not economical and further sintering effect is not expected. If the sintering time is short, the physical properties of the sintered body may not be good due to incomplete sintering.

상기 소결은 상기 바인더를 열분해시키기 위하여 600∼900℃의 제1 온도까지 승온하는 단계와, 상기 제1 온도에서 유지하는 단계와, 상기 제1 온도보다 높은 1600∼1900℃의 제2 온도까지 승온하는 단계 및 상기 제2 온도에서 유지하면서 소결하는 단계를 포함할 수도 있다. 600∼900℃의 제1 온도에서 유지하는 것은 성형체 내에는 금속산화물로 코팅된 나노카본, 세라믹 분말 같은 원료 분말 이외에도 분산제와 바인더와 같은 유기첨가제가 포함되어 있으므로 이를 제거하는 탈지 공정을 수행하기 위함이다. 600∼900℃로 온도를 올리고 공기를 전기로 내부로 주입하여 유기첨가제의 연소를 도와 태워서 제거하는 방법을 이용하나, Al2O3-나노카본 복합체에는 나노카본이 포함되어 있어서 나노카본의 연소에 의한 소멸이 우려되어 진공로 내에 질소(N2), 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스를 주입하면서 수행하는 것이 바람직하다. Wherein the binder is heated to a first temperature of 600-900 ° C to pyrolyze the binder and maintained at the first temperature and a second temperature of 1600-1900 ° C higher than the first temperature And sintering while maintaining at the second temperature. The holding at a first temperature of 600 to 900 DEG C is performed in order to perform a degreasing process for removing the organic metal oxide since organic additives such as a dispersant and a binder are contained in the molded body in addition to raw material powders such as nano carbon and ceramic powder coated with a metal oxide . The temperature is raised to 600 ~ 900 ℃ and the air is injected into the electric furnace to burn and remove the organic additives. However, Al 2 O 3 - nano carbon composite contains nano carbon, It is preferable to perform the operation while injecting an inert gas such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) into the vacuum furnace.

도 2는 금속산화물로 코팅된 나노카본이 세라믹 매트릭스(matrix)에 분산되어 있는 모습을 보여주는 모식도이다. 2 is a schematic diagram showing a state in which a nano-carbon coated with a metal oxide is dispersed in a ceramic matrix.

도 2를 참조하면, 상술한 방법으로 제조된 세라믹-나노카본 복합체는 세라믹이 매트릭스(matrix)를 이루고, 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본이 상기 매트릭스 내에 분산되어 있다. 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 입자 사이의 입계(grainboundary) 부분에 분포하고, 상기 세라믹 입자 사이의 입계(grainboundary) 부분에 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본이 분포하는 비율이 상기 매트릭스 내에 분산된 전체 함량에 대하여 80%보다 높다. 상기 금속산화물은 MgO 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다. Referring to FIG. 2, in the ceramic-nano-carbon composite produced by the above-described method, ceramic is a matrix, and nano-carbon coated with the metal oxide is dispersed in the matrix. The nano-carbon coated with the metal oxide is distributed in a grainboundary part between the ceramic particles, and the ratio of the distribution of the nano-carbon coated with the metal oxide to the grainboundary part between the ceramic particles is within the matrix Gt; 80% &lt; / RTI &gt; for the total dispersed content. The metal oxide includes at least one material selected from the group consisting of MgO and ZrO 2 .

이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited to the following experimental examples.

<실험예><Experimental Example>

본 발명의 실험예에서는 나노카본 물질로 박리시킨 그라파이트와 산화그래핀을 선택하였으며, Al2O3 세라믹에 첨가하여 전도성 Al2O3-나노카본 복합체를 제조하였다. In the experimental example of the present invention, graphite and oxide graphene peeled off with a nano-carbon material were selected, and Al 2 O 3 The conductive Al 2 O 3 - nanocarbon composites were prepared by adding them to ceramics.

세라믹 복합체의 내플라즈마성을 향상시키기 위해 전도성이 우수하지만 내플라즈마성이 취약한 나노카본의 표면을 MgO로 코팅함으로써 내플라즈마성을 개선하고자 하였다.In order to improve the plasma resistance of the ceramic composite, it was attempted to improve the plasma resistance by coating the surface of the nano carbon having the excellent conductivity but the weak plasma resistance with MgO.

1, 나노카본 표면을 산화물로 코팅 1, Nano-carbon surface coated with oxide

나노카본의 취약한 내플라즈마성을 보완하기 위해 내플라즈마성이 우수한 산화물 세라믹 중 MgO를 선택하여 나노카본 표면에 코팅하였다. In order to compensate the weak plasma properties of nano - carbon, MgO was selected from oxide ceramics excellent in plasma resistance and coated on the surface of nano - carbon.

나노카본은 박리된 그라파이트(평균입경 5㎛, 두께 20∼50nm), 산화그래핀(두께 2∼5nm)을 각각 사용하였다. 그라파이트의 경우, 고전단력 믹서(shear mixer, 6000 RPM, 1시간)를 이용하여 박리시켜 사용하였는데, 그라파이트와 분산제로 소듐도데실벤젠설포네이트(SDBS; Sodium dodecylbenzenesulfonate)를 혼합하여 분산슬러리를 형성하고, 고전단력 믹서(shear mixer, 6000 RPM, 1시간)를 이용하여 박리시켰으며, 박리 후에 필터링하고 건조하여 박리된 그라파이트를 얻었다. The nano-carbon was peeled graphite (average particle diameter: 5 mu m, thickness: 20 to 50 nm) and oxidized graphene (thickness: 2 to 5 nm). The graphite was peeled off using a high shear mixer (6000 RPM, 1 hour). The graphite was mixed with graphite and sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS) as a dispersant to form a dispersion slurry, And then peeled off using a high shear mixer (shear mixer, 6000 rpm, 1 hour), filtered off after peeling, and dried to obtain peeled graphite.

(a) 알콜 300㎖에 금속염인 MgCl2 70g을 첨가하여 금속염 용액을 제조하였다.(a) 70 g of a metal salt, MgCl 2, was added to 300 ml of an alcohol to prepare a metal salt solution.

(b) 알콜 100㎖에 나노카본 30g, 아민 화합물인 디에틸아민 108㎖를 첨가하여 나노카본 슬러리를 제조하였다.(b) 30 g of nano-carbon and 108 ml of diethylamine as an amine compound were added to 100 ml of alcohol to prepare a nano-carbon slurry.

(c) 상기 금속염 용액을 상기 나노카본 슬러리에 투입하고, 24시간 동안 교반하여 코팅반응을 진행시켰다. 이때 알콜 용해성 금속염이 산-염기 반응에 의하여 생성된 수산기(OH-)와 반응하여 Mg(OH)2 의 형태로 코팅된다. 디에틸아민을 나노카본과 먼저 혼합하는 것은 나노카본 표면을 디에틸아민으로 코팅하여 나노카본 표면에서 Mg(OH)2(코팅제)의 핵형성을 유발시켜 헤테로지니어스 핵생성(heterogeneous nucleation)을 통한 코팅이 일어나도록 하기 위함이다. 금속염 용액과 나노카본 슬러리를 혼합한 후 디에틸아민을 첨가할 경우는 pH의 급격한 증가로 코팅하고자 하는 나노카본 입자 표면에서 Mg(OH)2(코팅제)의 핵형성이 일어나지 않고 금속염 용액과 나노카본 슬러리의 혼합 용액 내에서 Mg(OH)2(코팅제)의 핵형성이 일어나, 코팅하고자 하는 나노카본 입자 표면에 Mg(OH)2(코팅제)가 코팅되지 않고 용액 내에서 입자로 성장되어 버릴 수 있다.(c) The metal salt solution was added to the nano-carbon slurry and stirred for 24 hours to proceed the coating reaction. At this time, the alcohol soluble metal salt reacts with the hydroxyl group (OH -) generated by the acid-base reaction and is coated in the form of Mg (OH) 2 . The mixing of diethylamine with the nanocarbon is performed by coating the surface of the nanocarbon with diethylamine to induce nucleation of Mg (OH) 2 (coating) on the surface of the nanocarbon to form a coating through heterogeneous nucleation So that it will happen. When diethylamine is added after mixing the metal salt solution with the nanocarbon slurry, nucleation of Mg (OH) 2 (coating agent) does not occur on the surface of the nanocarbon particle to be coated due to a rapid increase of pH, the nucleation of the Mg (OH) 2 (coating agent) in the mixture of the slurry up, can be a Mg (OH) 2 (coating) on the nano-carbon particle surface is grown in not coating solution as particles discard be coated .

(d) Mg(OH)2로 코팅된 나노카본을 포함하는 나노카본 슬러리를 80∼120 ℃의 오븐에서 약 12시간 동안 건조하였다. 상기 건조에 의해 Mg(OH)2로 코팅된 나노카본을 얻을 수가 있다.(d) A nano-carbon slurry containing nano-carbon coated with Mg (OH) 2 was dried in an oven at 80 to 120 캜 for about 12 hours. By drying, nano-carbon coated with Mg (OH) 2 can be obtained.

(e) 건조가 완료되면, Mg(OH)2로 코팅된 나노카본을 350∼400℃의 산화 분위기에서 열처리를 진행하였다. 350℃ 미만의 온도에서는 Mg(OH)2가 MgO로 변화되지 않으며, 400℃ 초과의 온도에서는 나노카본이 산화되는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 열처리에 의해 MgO가 코팅된 나노카본을 얻을 수가 있다. (e) Upon completion of the drying, the nano-carbon coated with Mg (OH) 2 was subjected to heat treatment in an oxidizing atmosphere at 350 to 400 ° C. Mg (OH) 2 is not changed to MgO at a temperature lower than 350 ° C, and the nanocarbon is oxidized at a temperature higher than 400 ° C. MgO-coated nano-carbon can be obtained by the heat treatment.

2. Al2O3-나노카본 복합체 제조2. Preparation of Al 2 O 3 - Nanocarbon Composites

내플라즈마성 MgO 코팅의 효과를 확인하기 위하여 MgO를 코팅하지 않은 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체와 MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체를 각각 제조하였다. 제조 공정은 아래와 같으며, 상기 두 복합체의 제조공정은 동일하다.In order to confirm the effect of plasma MgO coating, Al 2 O 3 - nano carbon composite using nano carbon which is not coated with MgO and Al 2 O 3 - nano carbon composite using MgO coated nano carbon were prepared. The manufacturing process is as follows, and the manufacturing process of the two composites is the same.

(a) MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체를 제조하기 위해 Al2O3 1948g, MgO가 코팅된 나노카본 52g을 Al2O3 볼이 장입된 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 고형분 : 물의 비를 5:5로 하여 슬러리를 제조하였다. 이때, 분산제로 Cerasperse 5468CF를 고형분 대비 1 wt% 첨가하였으며, 성형조제인 바인더로 PVA(polyvinylalcohol)를 Al2O3 대비 1.5 wt% 첨가하여 상기 슬러리를 제조하였다.(a) Al MgO is used for the coating the nanocarbon 2 O 3 - for the production of nano-carbon composite material Al 2 O 3 1948g, MgO is the coated nano-carbon 52g Al 2 O 3 balls are charged into the ball milling (ball milling machine to prepare a slurry having a solid content: water ratio of 5: 5. At this time, Cerasperse 5468CF as a dispersant was added in an amount of 1 wt% based on the solid content, and PVA (polyvinylalcohol) was added as a binder in an amount of 1.5 wt% relative to Al 2 O 3 to prepare the slurry.

MgO를 코팅하지 않은 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체를 제조하기 위해 Al2O3 1948g, MgO가 코팅되지 않은 나노카본 52g을 Al2O3 볼이 장입된 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 고형분 : 물의 비를 5:5로 하여 슬러리를 제조하였다. 이때, 분산제로 Cerasperse 5468CF를 고형분 대비 1 wt% 첨가하였으며, 성형조제인 바인더로 PVA(polyvinylalcohol)를 Al2O3 대비 1.5 wt% 첨가하여 상기 슬러리를 제조하였다.Using the nano-carbon is not coated with MgO Al 2 O 3 - with the Al 2 O 3 1948g, nanocarbon 52g MgO is not coated to produce a nano-carbon composite material Al 2 O 3 balls are charged into the ball milling (ball milling machine ) To prepare a slurry having a solid content: water ratio of 5: 5. At this time, Cerasperse 5468CF as a dispersant was added in an amount of 1 wt% based on the solid content, and PVA (polyvinylalcohol) was added as a binder in an amount of 1.5 wt% relative to Al 2 O 3 to prepare the slurry.

(b) 이렇게 제조된 각각의 슬러리를 분무건조기(Spray dryer)를 이용하여 과립화 하였으며, 열풍온도 180 ℃, 배풍온도 80 ℃, 디스크 회전속도 9000 rpm, 슬러리 투입량 0.5 L/min의 조건으로 진행하였다. (b) Each of the thus-prepared slurries was granulated by using a spray dryer, and a hot air temperature of 180 ° C., an air temperature of 80 ° C., a disk rotation speed of 9000 rpm, and a slurry input amount of 0.5 L / min .

(c) 제조된 각각의 과립은 프레스를 이용하여 성형을 진행하였다. 50 × 50mm 사이즈의 금속 금형을 사용하였으며, 1.0 ton/㎠로 10초 동안 가압한 후 압력을 10초 동안 천천히 제거하여 프레스 성형을 완료하였다. 프레스 성형을 한 후 CIP(Cold Isostatic Pressure) 성형을 진행하기 위해 성형체의 침수를 방지하기 위해 진공포장용 비닐에 넣고 진공포장기를 이용하여 진공상태로 포장하였다. 이후 포장된 성형체를 1.8 ton/㎠의 압력으로 CIP 공정을 진행하였다. CIP 공정의 가압 스케쥴은 1.8 ton/㎠에서 5분간 유지한 후, 0.2 ton/㎠까지 감압하여 상압까지 16분 동안 압력을 천천히 제거하였다.(c) Each of the granules was molded using a press. A metal mold of 50 × 50 mm size was used. After pressurizing at 1.0 ton / ㎠ for 10 seconds, the pressure was slowly removed for 10 seconds to complete press molding. In order to prevent CIP (Cold Isostatic Pressure) molding after press molding, the mold was packed in vacuum packing plastic to prevent flooding and vacuum packed. The packed compact was then subjected to a CIP process at a pressure of 1.8 ton / cm 2. The pressure schedule of the CIP process was maintained at 1.8 ton / ㎠ for 5 minutes, then decompressed to 0.2 ton / ㎠ and the pressure was slowly removed to normal pressure for 16 minutes.

(d) 성형체 내에는 Al2O3와 나노카본과 같은 원료 분말 이외에도 분산제와 바인더와 같은 유기첨가제가 포함되어 있으므로 이를 제거하는 탈지 공정이 필요하다. 일반적인 산화물 세라믹의 경우는 공기 중에서 승온속도를 조절하며 약 600 ℃까지 온도를 올리고 공기를 전기로 내부로 주입하여 유기첨가제의 연소를 도와 태워서 제거하는 방법을 이용하나, Al2O3-나노카본 복합체에는 나노카본(내산화도<900℃)이 포함되어 있어서 나노카본의 연소에 의한 소멸이 우려되어 진공로 내에 아르곤(Ar) 가스를 주입하며, 800 ℃까지 승온하여 2시간 유지시켜 유기첨가제를 제거하였다.(d) In addition to raw material powders such as Al 2 O 3 and nano-carbon, organic materials such as a dispersant and a binder are contained in the molded body, and a degreasing step for removing the organic additives is required. In the case of general oxide ceramics, the temperature is raised to about 600 ° C by adjusting the rate of temperature rise in the air, and air is injected into the electric furnace to burn and remove the organic additive. The Al 2 O 3 -nano carbon composite Argon (Ar) gas was injected into the vacuum furnace. The temperature was raised to 800 DEG C and maintained for 2 hours to remove the organic additive Respectively.

(e) 디바인딩된 성형체는 Ar 가스를 주입한 진공 소결로에서 소결을 진행하였다. 소결온도는 기지상인 Al2O3의 소결온도에서 진행하였으며, 5 ℃/min의 승온속도로 1700 ℃의 소결온도까지 승온하였으며, 소결온도에서 2시간 유지하여 소결을 진행하였다.(e) The debinded molded body was sintered in a vacuum sintering furnace in which Ar gas was injected. The sintering temperature was in progress at the sintering temperature of the base merchant Al 2 O 3, were heated to a sintering temperature of 1700 ℃ at a heating rate of 5 ℃ / min, it was carried out by sintering for 2 hours at the sintering temperature.

3. Al2O3-나노카본 복합체의 평가3. Evaluation of Al 2 O 3 - Nanocarbon Composites

(a) 도 3a 및 도 3b에 MgO가 코팅된 나노카본(나노카본으로 그래핀을 사용)을 투과전자현미경(TEM; Transmission Electron Microscope)을 이용하여 미세구조를 관찰하여 나타내었다. (a) Nanocarbons coated with MgO (using nano-carbon graphene) are shown in FIGS. 3A and 3B by observing the microstructure using a transmission electron microscope (TEM).

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 미세구조 관찰 결과 판상으로 보이는 나노카본을 MgO 입자가 감싸고 있는 구조를 볼 수 있었다. Referring to FIGS. 3A and 3B, microstructure observation shows that the MgO particles enclose nano-carbon, which is seen as a plate.

도 4에 MgO가 코팅된 나노카본(나노카본으로 박리된 그라파이트를 사용)의 성분을 분석한 EDAX(Energy Dispersive X-ray Analysis) 결과를 나타내었다. FIG. 4 shows EDAX (Energy Dispersive X-ray Analysis) results of analyzing the components of MgO-coated nano-carbon (using graphite peeled off with nano-carbon).

도 4를 참조하면, EDAX 결과를 보면, 나노카본 입자에 MgO가 분포되어 있는 것을 확인할 수 있는데, 이를 통해 나노카본에 MgO 입자의 코팅이 잘 이루어진 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4, it can be seen from the EDAX results that MgO is distributed in the nano-carbon particles, which confirmed that the MgO particles were well coated on the nano-carbon.

(b) 아래의 표 4에 플라즈마 에칭 테스트를 통해 나노카본의 코팅 유무에 따른 식각률(etch rate)을 측정한 결과를 나타내었다. (b) Table 4 below shows the result of measuring etch rate according to the presence or absence of coating of nano-carbon through plasma etching test.

Etch rate (cm/min)Etch rate (cm / min) 에칭시간
(min)
Etching time
(min)
MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 복합체Complex using MgO-coated nano-carbon MgO가 코팅되지 않은 나노카본을 이용한 복합체Composite using nanocarbon not coated with MgO
100100 2.33 x 10-6 2.33 x 10 -6 6.56 x 10-6 6.56 x 10 -6 150150 3.30 x 10-6 3.30 x 10 -6 6.22 x 10-6 6.22 x 10 -6

ICP(inductively coupled plasma) 식각기(etcher)를 이용하였으며, 압력 5 mTorr, RF-1 350W, RF-2 100W, CF4 50 sccm, O2 5 sccm, Ar 100 sccm의 조건으로 100분 동안 플라즈마 에칭을 진행한 결과, MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 경우 MgO 코팅에 의한 내플라즈마 특성에 의해 MgO가 코팅되지 않은 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체에 비해 식각률이 2.8배 낮은 값으로 나타났다. 플라즈마 에칭 테스트를 50분 추가 진행한 결과, MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 식각률이 조금 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이는 나노카본 표면에 코팅된 MgO 층이 매우 얇아서 MgO 코팅층의 식각에 의해 나노카본이 노출됨으로서 식각률이 조금 증가한 것으로 판단된다. 이러한 식각률 결과에서 MgO 코팅이 나노카본의 내플라즈마성을 향상시키는 효과를 나타낸다고 볼 수 있다.Plasma etch for 100 minutes under conditions of pressure 5 mTorr, RF-1 350 W, RF-2 100 W, CF 4 50 sccm, O 2 5 sccm, Ar 100 sccm for 100 minutes using an inductively coupled plasma (ICP) In the case of Al 2 O 3 - nano carbon composite using MgO - coated nano - carbon, the Al 2 O 3 - nano carbon composite using MgO - The etch rate was 2.8 times lower than that of As a result of the plasma etching test for 50 minutes, the etching rate of the Al 2 O 3 - nanocarbon composite using the nanocarbon coated with MgO was slightly increased. The MgO layer coated on the surface of the nanocarbon was very thin It is considered that the etching rate is slightly increased because the nano carbon is exposed by the etching of the MgO coating layer. The results of this etching rate show that the MgO coating improves the plasma resistance of the nanocarbon.

(c) 플라즈마 에칭 테스트를 진행한 후, Al2O3-나노카본 복합체의 미세구조를 관찰하여 도 5와 도 6에 나타내었다. 도 5는 MgO가 코팅된 나노카본(나노카본으로 박리된 그라파이트를 사용)을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 미세구조를 보여주고, 도 6은 MgO가 코팅되지 않은 나노카본(나노카본으로 박리된 그라파이트를 사용)을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 미세구조를 보여준다. (c) After the plasma etching test, the microstructure of the Al 2 O 3 -nano-carbon composite was observed and shown in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows the microstructure of Al 2 O 3 -nano-carbon composite using MgO-coated nano-carbon (using graphite peeled off with nano-carbon), and FIG. 6 shows nano-carbon (Using exfoliated graphite). The microstructure of Al 2 O 3 - nanocarbon composite is shown in Fig.

도 5 및 도 6을 참조하면, 미세구조를 관찰한 결과, 도 5를 보면 MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 경우 플라즈마 테스트 후에도 MgO가 코팅된 나노카본이 관찰되어 MgO가 나노카본을 보호하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 도 6을 보면, MgO가 코팅되지 않은 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 경우, 복합체의 표면은 나노카본의 우선적 식각에 의해 나노카본이 있던 자리에 기공이 생겼으며, 이 기공을 중심으로 식각이 가속화되었음을 확인할 수 있다. 식각률 결과와 동일하게 MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 표면이 MgO가 코팅되지 않은 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체에 비해 식각의 정도가 덜한 것을 확인할 수 있었다. MgO가 코팅되지 않은 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체에서는 나노카본의 우선적 식각에 의해 비표면적의 증가와 결함의 증가에 기인한 식각이 일어남을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 5 and FIG. 6, as a result of observation of the microstructure, in the case of the Al 2 O 3 - nanocarbon composite using MgO-coated nanocarbon, nano carbon coated with MgO was observed after the plasma test It was confirmed that MgO protects the nano-carbon. 6, in the case of the Al 2 O 3 -nano-carbon composite using nano-carbon which is not coated with MgO, the surface of the composite has a pore formed by the preferential etching of the nano-carbon, It can be confirmed that the etching is accelerated mainly. The surface of the nano-carbon composite material Al 2 O 3 using a nano-carbon MgO is not coated - - Al 2 O 3 using the same MgO is coated nano-carbon and the etch rate results confirmed that the less the degree of etching than the nano-carbon composite I could. In the Al 2 O 3 - nanocarbon composite using nanocarbon without MgO coating, it was confirmed that the etching due to the increase of the specific surface area and the increase of the defect occurred by the preferential etching of the nano carbon.

(d) 아래의 표 5에 Al2O3-나노카본 복합체의 전기저항을 2-probe 방식으로 측정한 결과를 나타내었다. (d) Table 5 below shows the results of 2-probe measurement of the electrical resistance of the Al 2 O 3 - nanocarbon composite.

MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 복합체Complex using MgO-coated nano-carbon MgO가 코팅되지 않은 나노카본을 이용한 복합체Composite using nanocarbon not coated with MgO 전기저항 (Ωcm)Electrical Resistance (Ωcm) 3.1 x 104 3.1 x 10 4 2.2 x 104 2.2 x 10 4

표 5를 참조하면, MgO가 코팅된 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 경우 3.1 × 104 Ωcm의 전기저항을 나타내었으며, MgO가 코팅되지 않은 나노카본을 이용한 Al2O3-나노카본 복합체의 경우 2.2 × 104 Ωcm 의 전기저항을 나타내었다. 이러한 결과에서 MgO 코팅의 유무에 따라 전기저항은 차이가 거의 나타나지 않는 것으로 나타났다. 따라서, MgO 코팅이 전도성 세라믹 복합체의 전기저항에 큰 영향을 주지 않는다.As shown in Table 5, the electrical resistance of the Al 2 O 3 -nano-carbon composite using the nano-carbon coated with MgO was 3.1 × 10 4 Ωcm, and the electrical resistance of the Al 2 O 3- The nanocarbon composite showed an electrical resistance of 2.2 × 10 4 Ωcm. These results show that there is little difference in electric resistance depending on the presence or absence of MgO coating. Thus, the MgO coating does not significantly affect the electrical resistance of the conductive ceramic composite.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속염을 알콜에 첨가하여 금속염 용액을 형성하는 단계;
(b) 알콜에 나노카본과 아민 화합물을 첨가하여 나노카본 슬러리를 형성하는 단계;
(c) 상기 금속염 용액과 상기 나노카본 슬러리를 혼합하고 반응시키는 단계;
(d) 상기 반응에 의해 상기 나노카본 표면에서 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속수산화물의 핵생성이 이루어지고 성장하면서 상기 나노카본 표면에 상기 금속수산화물이 코팅되는 단계;
(e) 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 포함하는 나노카본 슬러리를 건조하여 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 수득하는 단계;
(f) 상기 금속수산화물로 코팅된 나노카본을 열처리함으로써 상기 금속수산화물이 금속산화물로 변화되는 단계;
(g) 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본과 세라믹 분말을 혼합하고 성형하는 단계; 및
(h) 성형된 결과물을 소결하여 세라믹-나노카본 복합체를 수득하는 단계를 포함하며,
상기 Mg 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 금속염은 MgCl2, MgNO3, ZrCl4 및 Zr(NO3)2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 아민 화합물은 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민 또는 디에틸아민을 포함하며,
상기 금속수산화물은 Mg(OH)2, Zr(OH)2 또는 이들의 혼합물이고,
상기 나노카본은 그래핀(graphene), 산화그래핀(GO; graphene oxide) 및 박리된 그라파이트(exfoliated graphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카본으로서 두께가 0.2∼50 nm 이며,
상기 세라믹-나노카본 복합체는 세라믹이 매트릭스(matrix)를 이루고,
상기 금속산화물로 코팅된 나노카본이 상기 매트릭스 내에 분산되어 있으며,
상기 금속산화물은 MgO 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 세라믹 분말은 Al2O3, ZrO2, AlN, SiC 및 Si3N4로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법.
(a) adding a metal salt comprising at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr to an alcohol to form a metal salt solution;
(b) adding a nanocarbon and an amine compound to the alcohol to form a nanocarbon slurry;
(c) mixing and reacting the metal salt solution and the nano-carbon slurry;
(d) coating the metal hydroxide on the surface of the nano-carbon while growing and growing nuclei of a metal hydroxide containing at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr on the surface of the nano-carbon by the reaction;
(e) drying the nanocarbon slurry containing the nanocarbon coated with the metal hydroxide to obtain a nanocarbon coated with the metal hydroxide;
(f) heat treating the nano-carbon coated with the metal hydroxide to convert the metal hydroxide into a metal oxide;
(g) mixing and molding the ceramic powder with the nano-carbon coated with the metal oxide; And
(h) sintering the molded product to obtain a ceramic-nano-carbon composite,
The metal salt including at least one metal selected from the group consisting of Mg and Zr includes at least one material selected from the group consisting of MgCl 2 , MgNO 3 , ZrCl 4, and Zr (NO 3 ) 2 ,
The amine compound includes methylamine, ethylamine, dimethylamine or diethylamine,
Wherein the metal hydroxide is Mg (OH) 2 , Zr (OH) 2 or a mixture thereof,
The nano-carbon is at least one carbon selected from the group consisting of graphene, graphene oxide and exfoliated graphite and has a thickness of 0.2 to 50 nm,
In the ceramic-nano-carbon composite, ceramic is a matrix,
Wherein the nanocarbon coated with the metal oxide is dispersed in the matrix,
The metal oxide includes one or more materials that are selected from the group consisting of MgO and ZrO 2,
Wherein the ceramic powder comprises at least one material selected from the group consisting of Al 2 O 3 , ZrO 2 , AlN, SiC and Si 3 N 4 .
삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서, 상기 알콜은 1가 내지 5가의 알콜 화합물 또는 그 유도체인 것을 특징으로 하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법.
6. The method of claim 5, wherein the alcohol is a mono-to pentavalent alcohol compound or a derivative thereof.
제5항에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 상기 금속염이 상기 나노카본 100중량부에 대하여 100∼500중량부를 이루게 상기 금속염 용액과 상기 나노카본 슬러리를 혼합하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법.
6. The method according to claim 5, wherein in step (c), the metal salt solution and the nano-carbon slurry are mixed so that the metal salt is 100 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano- - Method for producing nano carbon composite.
제5항에 있어서, 상기 (g) 단계에서, 상기 금속산화물로 코팅된 나노카본은 상기 세라믹 분말 100중량부에 대하여 0.1∼15중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법.
6. The method of claim 5, wherein, in step (g), 0.1 to 15 parts by weight of the nano-carbon coated with the metal oxide is mixed with 100 parts by weight of the ceramic powder. &Lt; / RTI &gt;
제5항에 있어서, 상기 열처리는 350∼400℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법.
[6] The method of claim 5, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 350 to 400 [deg.] C.
제5항에 있어서, 상기 (g) 단계에서 분산제 및 바인더를 더 혼합하며,
상기 소결은,
상기 바인더를 열분해시키기 위하여 600∼900℃의 제1 온도까지 승온하는 단계;
상기 제1 온도에서 유지하는 단계;
상기 제1 온도보다 높은 1600∼1900℃의 제2 온도까지 승온하는 단계; 및
상기 제2 온도에서 유지하면서 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내플라즈마성 전도성 세라믹-나노카본 복합체의 제조방법.
6. The method according to claim 5, wherein the dispersant and the binder are further mixed in the step (g)
Preferably,
Raising the temperature of the binder to a first temperature of 600 to 900 占 폚 to pyrolyze the binder;
Maintaining said temperature at said first temperature;
Raising the temperature to a second temperature of 1600-1900 &lt; 0 &gt; C higher than the first temperature; And
And sintering while maintaining the first temperature at the second temperature. The method of manufacturing the plasma-conductive ceramic-nano-carbon composite according to claim 1,
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