KR102205178B1 - 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스 - Google Patents

마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스 Download PDF

Info

Publication number
KR102205178B1
KR102205178B1 KR1020190166846A KR20190166846A KR102205178B1 KR 102205178 B1 KR102205178 B1 KR 102205178B1 KR 1020190166846 A KR1020190166846 A KR 1020190166846A KR 20190166846 A KR20190166846 A KR 20190166846A KR 102205178 B1 KR102205178 B1 KR 102205178B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mgo
magnesia
donor
granules
equation
Prior art date
Application number
KR1020190166846A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200074044A (ko
Inventor
안철우
최종진
한병동
Original Assignee
한국재료연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국재료연구원 filed Critical 한국재료연구원
Publication of KR20200074044A publication Critical patent/KR20200074044A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102205178B1 publication Critical patent/KR102205178B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/03—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
    • C04B35/04—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on magnesium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/03—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
    • C04B35/04—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on magnesium oxide
    • C04B35/053—Fine ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62695—Granulation or pelletising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62807—Silica or silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62813—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62815—Rare earth metal oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62818—Refractory metal oxides
    • C04B35/62821—Titanium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62818—Refractory metal oxides
    • C04B35/62823—Zirconium or hafnium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62802—Powder coating materials
    • C04B35/62805—Oxide ceramics
    • C04B35/62826—Iron group metal oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/0009—Pigments for ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/02—Compounds of alkaline earth metals or magnesium
    • C09C1/028—Compounds containing only magnesium as metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/04—Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
    • C09C3/041—Grinding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/04—Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
    • C09C3/043—Drying, calcination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/06—Treatment with inorganic compounds
    • C09C3/063—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J11/00—Features of adhesives not provided for in group C09J9/00, e.g. additives
    • C09J11/02—Non-macromolecular additives
    • C09J11/04—Non-macromolecular additives inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3239—Vanadium oxides, vanadates or oxide forming salts thereof, e.g. magnesium vanadate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3251—Niobium oxides, niobates, tantalum oxides, tantalates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C04B2235/3265—Mn2O3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C04B2235/3267—MnO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3293—Tin oxides, stannates or oxide forming salts thereof, e.g. indium tin oxide [ITO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3294—Antimony oxides, antimonates, antimonites or oxide forming salts thereof, indium antimonate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3409—Boron oxide, borates, boric acids, or oxide forming salts thereof, e.g. borax
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

본 발명은 분말로부터 다양한 형상과 크기의 그래뉼을 제조할 수 있으며, 도너의 첨가에 의해 열처리 후 내흡습성이 있는 표면 산화물층이 형성됨에 따라, MgO의 낮은 내흡습성이 개선되는 마그네시아 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
그리고, 본 발명은 MgO 에 도너를 첨가하여 소결온도를 낮추고, 열확산 계수를 향상시킬 수 있는 고열전도성 마그네시아 조성물 및 이를 이용한 마그네시아 세라믹스에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 마그네시아의 제조 방법은 (a) MgO 분말에 도너와 유기 용매를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합물을 건조시키는 단계; (c) 상기 건조된 혼합물로부터 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리하여 상기 MgO 그래뉼 표면에 MgO 그래뉼 내부와 조성이 다른 표면 산화물층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스{MgO AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND HIGH THERMAL CONDUCTIVE MgO COMPOSITION, AND MgO CERAMICS USING THE SAME}
본 발명은 MgO 분말에 도너를 첨가하여 열처리하는 중에 MgO 그래뉼 표면에 그래뉼 내부와는 상이한 MgO-도너를 포함하는 표면 산화물층이 형성되면서, 내흡습성이 개선되어 열계면 소재에 사용될 수 있는 세라믹 필러용 마그네시아 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 MgO 에 도너를 첨가하여 소결온도를 낮추고, 열확산 계수를 향상시킬 수 있는 고열전도성 마그네시아 조성물 및 이를 이용한 마그네시아 세라믹스에 관한 것이다.
고출력 LED나 파워 디바이스 등의 고전력이 소모되고, 열이 많이 발생하는 부품 제작에 있어서, 부품의 신뢰성 및 장수명 보장을 위해 방열 패키지가 사용되고 있다.
일반적으로, 방열 패키지는 고열전도성 절연기판, 금속히트싱크 (Metal Heat Sink)로 이루어져 있다. 고열전도성 절연기판과 금속히트싱크 사이에는 방열접착제인 열계면 소재(TIM: Thermal Interface Material)가 사용된다.
열계면 소재는 고열전도성 절연기판과 금속히트싱크를 서로 밀착시키는 접착제 역할을 하거나 방열 부품으로 단독 사용된다. 이러한 열계면 소재는 폴리머와 고열전도성 금속 또는 세라믹 필러 소재의 복합체로 이루어진다.
열계면 소재는 폴리머에 Al2O3 필러를 포함시켜 주로 사용되고 있다.
그러나 Al2O3 필러 소재는 열전도도가 20-30 W/mK으로 다소 낮아서 개선될 필요가 있다.
한편, MgO는 원료 가격이 Al2O3와 동등 수준이며, 열전도도가 30-60 W/mK으로 Al2O3 필러 소재에 비해 열전도성이 우수하다. 뿐만 아니라, MgO는 1014 Ohmㆍcm 이상의 비저항을 보여 전기 절연성이 우수하다. 이에 따라, Al2O3 필러 대신 MgO 필러가 사용되면, Al2O3 기반 열계면 소재의 열전도도를 개선할 수 있어서 TIM용 필러로서 유용하다.
하지만, MgO는 흡습성이 비교적 높기 때문에 수분 흡수에 의해 열전도도가 저하된다. 그리고 수분 흡수에 의해 MgO 표면에 발생하는 Mg(OH)2는 고분자와의 복합을 어렵게 하여 TIM으로 제조가 어려울 뿐만 아니라, 체적 팽창으로 인해 폴리머 소재와 분리될 가능성이 높은 점 등의 문제가 발생하기 쉽다. 이러한 점이 MgO를 열전도성 세라믹 필러로의 실용화에 장애 요소가 되고 있다. 이에 따라, MgO를 TIM용 열전도성 세라믹 필러로 개발하기 위해서는 내흡습성을 개선시킬 수 있는 기술 개발이 선행되어야 한다.
한편, MgO는 알루미나(Al2O3)에 비해 열전도도가 30-60 W/mK으로 높은 장점이 있다.
그러나, 알루미나(Al2O3)가 약 1500~1600℃에서 소결되는 반면, 마그네시아(MgO)는 1700℃ 이상 고온에서 소결되는 단점이 있어 마그네시아(MgO) 소결 조건의 개선이 필요하다. 그 동안 마그네시아(MgO)의 저온 소결 시도는 있었으나, 열전도도를 유지하면서 소결 온도를 낮추는 방열 세라믹 소재 연구는 없었다.
따라서, 마그네시아(MgO)의 고열전도 특성은 유지하면서 알루미나(Al2O3)의 소결온도인 1500℃ 보다 낮은 온도에서 소결이 가능하도록 하여 가격 경쟁력이 있는 저가의 고열전도성 산화물 신소재의 개발 연구가 필요하다.
KR 공개특허공보 10-2016-0014590호(2016.02.11.공개)
본 발명의 목적은 내흡습성이 우수하여 열계면 소재용 세라믹 필러에 적용할 수 있는 마그네시아 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저온 소결(<1500℃)과 고열전도성 특성을 동시에 확보할 수 있는 마그네시아(MgO) 조성물 및 마그네시아(MgO) 세라믹스를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 (a) MgO 분말에 도너와 유기 용매를 사용하여 혼합물을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합물을 건조시키는 단계; (c) 상기 건조된 혼합물로부터 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리하여 상기 MgO 그래뉼 표면에 MgO 그래뉼 내부와 조성이 다른 표면 산화물층을 형성하는 마그네시아(MgO)의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 (a) Mg(OH)2 분말에 도너와 증류수를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; (b) 상기 혼합물을 건조시키는 단계; (c) 상기 건조된 혼합물로부터 도너가 첨가된 Mg(OH)2 그래뉼을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 도너가 첨가된 Mg(OH)2 그래뉼을 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 도너가 첨가된 Mg(OH)2 그래뉼을 열처리하여, MgO 그래뉼 표면에 MgO 그래뉼 내부와 조성이 다른 표면 산화물층을 형성하는 마그네시아(MgO)의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 MgO 그래뉼; 및 상기 MgO 그래뉼 표면에 형성된 표면 산화물층;을 포함하고, 상기 표면 산화물층의 조성과 상기 MgO 그래뉼 내부의 조성이 서로 다른 마그네시아(MgO)를 제공한다.
또한 본 발명은 MgO 기지 내에 TiO2, Nb2O5, ZrO2, 또는 Al2O3를 포함하고, 하기 수학식(1), 수학식(2), 수학식(3), 또는 수학식(4)를 만족하는 마그네시아(MgO) 조성물을 제공한다.
수학식(1) MgO + x wt.% TiO2,
수학식(2) MgO + y wt.% Nb2O5
수학식(3) MgO + z wt.% ZrO2
수학식(4) MgO + w wt.% Al2O3
(상기 수학식(1) 내지 (4)에서, x,y,z,w는 0<x,y,z,w≤10.0이다.)
본 발명에 따른 마그네시아의 제조 방법은 열처리 중 MgO 그래뉼 표면에 그래뉼 내부와는 다른 "MgO와 도너 소재"를 포함하는 표면 산화물층이 형성됨에 따라 MgO의 낮은 내흡습성을 개선시키는 효과가 있다. 이러한 마그네시아는 열계면 소재용 세라믹 필러에 활용될 수 있다.
또한 본 발명은 TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ga2O3, Mn2O3, B2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, SiO2, V2O5, Ta2O5, Sb2O5, Y2O3, Eu2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 1종 이상을 포함하는 세라믹 조성물을 마그네시아(MgO)에 첨가함으로써, 열전도도가 높은 마그네시아(MgO)를 1500℃ 보다 낮은 온도에서 소결이 가능하도록 하면서, 열확산 계수를 향상시킨 마그네시아(MgO) 소재를 저가의 방열 세라믹 소재로 활용할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 MgO 그래뉼 제조 시, 열처리에 의한 표면 산화물층 형성 개념도, 및 표면과 내부의 미세구조 사진이다.
도 2는 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 MgO 그래뉼의 형상 및 크기를 보여주는 미세구조 사진과, 열처리(1400℃, 2 h) 전, 후의 표면 미세구조 사진이다.
도 3은 MgO 원료 분말과, MgO 분말에 도너를 첨가하여 열처리(1400℃, 2 h)된 MgO 그래뉼의 물 반응에 대한 저항성 차이를 보여주는 사진이다.
도 4는 1400℃에서 2 h 동안 열처리한 MgO + 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 + 0.2 wt.% SiO2 시편(왼쪽)과 MgO + 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 시편(오른쪽)의 표면 산화물층 두께를 확인할 수 있는 파단면 미세구조 사진이다.
도 5는 1400℃에서 2 h 동안 열처리한 MgO + 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 + 0.2 wt.% SiO2 시편에서 MgO-도너를 포함하는 표면 산화물층의 형성을 확인할 수 있는 Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) 분석 결과 및 미세구조 사진이다.
도 6은 마그네시아(MgO)에 TiO2 조성물을 첨가하여 소결한 시편의 열확산도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 마그네시아(MgO)에 Nb2O5 조성물을 첨가하여 소결한 시편의 열확산도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 마그네시아(MgO)에 TiO2(또는 Nb2O5) 조성물을 미량 첨가하여 소결한 시편의 열확산도 변화 및 밀도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 마그네시아(MgO)에 0.3 wt.% TiO2 + 미량의 Nb2O5 조성물을 첨가하여 소결한 시편의 열확산도 변화 및 밀도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 마그네시아(MgO)에 ZrO2 조성물을 첨가하여 소결한 시편의 열확산도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 마그네시아(MgO)에 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 + ZrO2 조성물을 첨가하여 소결한 시편의 열확산도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 마그네시아(MgO)에 Al2O3 조성물을 첨가하여 소결한 시편의 열확산도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 마그네시아(MgO)에 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 + 미량의 Al2O3 조성물을 첨가하여 소결한 시편의 열확산도 변화 및 밀도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14는 마그네시아(MgO)에 2.0 wt.% TiO2 조성물을 첨가한 시편과 마그네시아(MgO)에 2.0 wt.% ZrO2 조성물을 첨가한 시편을 각각 1400℃에서 2시간 동안 소결한 후 그 파단면을 전자현미경으로 관찰한 미세구조의 사진이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스를 설명하도록 한다.
본 발명의 마그네시아의 제조 방법은 MgO 분말에 도너와 유기 용매를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 건조시키는 단계, 상기 건조된 혼합물로부터 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 형성하는 단계, 및 상기 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리함으로써, 상기 MgO 그래뉼 표면에 MgO 그래뉼 내부와 조성이 다른 표면 산화물층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 도너는 MgO에 비해 금속 원자가가 높은 금속 산화물로서, 3가 이상의 원자가를 갖는 산화물을 의미한다.
한편, 본 발명의 마그네시아의 제조 방법은 상기 MgO 분말 대신 Mg(OH)2가 사용될 수 있다. Mg(OH)2가 사용되는 경우, 열처리 후 소결체 및 그래뉼의 수축률(linear shrinkage)이 20~40%로 나타난다. 이 수축률은 MgO를 사용한 경우에 수축률이 10~30%인 것에 비해 높은 수축률 차이가 있다.
MgO 분말 대신 Mg(OH)2 분말을 출발원료로 하여 마그네시아를 제조하는 경우, 유기용매 대신 증류수를 첨가하는 것이 바람직하다. 후술할 MgO 분말을 이용한 마그네시아 제조 방법의 조건에서 출발원료 Mg(OH)2와 증류수를 사용하는 것을 제외하고는 동일한 조건으로 마그네시아를 제조할 수 있다.
하기 제조 방법은 MgO 분말을 이용하여 마그네시아를 제조하는 방법으로 설명하기로 한다.
MgO 분말에 도너와 유기 용매를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계에서, 도너를 유기 용매에 용해 및 분산시켜 마련된 용액에 MgO 분말을 혼합하여 혼합물을 형성할 수 있다.
상기 MgO 분말과 도너의 전체 100 wt.%에, TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ga2O3, Mn2O3, B2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, SiO2, V2O5, Ta2O5, Sb2O5, Y2O3, Eu2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 1종 이상을 포함하는 도너 0.01~10.0 wt.%를 소량 첨가한다.
도너의 첨가량이 이 범위를 벗어나는 경우, 열계면 소재용 세라믹 필러로서 마그네시아의 내흡습성 및 열전도 특성을 확보하기 어려울 수 있다.
MgO 분말에 도너와 유기용매를 첨가한 후, 볼 밀링을 통해 혼합 및 분쇄하여 혼합물을 형성한다.
혼합물을 형성하는 단계에서, 0.5~72시간 동안 분쇄가 이루어질 수 있다.
분쇄 시간이 0.5시간 미만으로 너무 짧을 경우, MgO와 도너 첨가제의 혼합 및 분쇄 효과가 부족할 수 있다. 반대로, 72시간을 초과할 경우 분쇄시간이 너무 길어지면서 공정이 비효율적일 수 있다.
상기 유기용매는 2-프로판올, 무수 알코올 등이 사용될 수 있으며, 증류수도 사용될 수 있다. 증류수가 사용될 경우, Mg(OH)2의 형성으로 인해, 20~40%의 수축률을 나타낸다. 이 수축률은 2-프로판올 또는 무수 알코올을 사용할 경우에 열처리 후 소결체 및 그래뉼의 수축률이 10~30%인 것에 비해, 높은 수축률 차이가 있다.
상기 혼합물을 건조시키는 단계는 유기 용매를 제거하기 위해 수행된다. 유기 용매는 25±5℃에서의 자연 건조 또는 25℃ 이상에서의 건조를 통해 제거될 수 있다.
상기 건조된 혼합물로부터 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 형성하는 단계에서, 다양한 방법을 이용하여 MgO 분말로부터 MgO 그래뉼을 형성할 수 있다.
예를 들어, 원기둥 형태의 용기를 사용하여 10~500 rpm 회전 속도로 회전시킴으로써, MgO 분말로부터 다양한 크기의 MgO 그래뉼을 형성함과 동시에, 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 형성할 수 있다. 여기서 분말과 그래뉼의 차이를 비교하면, 분말의 입경보다 그래뉼의 입경이 더 크다.
도너가 첨가된 MgO 그래뉼도 상기 MgO 그래뉼 형성 방법과 같은 방법으로 제조될 수 있으며, 도너가 첨가된 MgO 그래뉼은 MgO 그래뉼의 표면에 도너가 분산되어 존재하는 형태로 제조될 수도 있다.
도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리하는 단계는 800~1800℃에서 수행될 수 있다.
열처리 중 도너의 일부가 그래뉼 표면으로 이동되어, MgO와 도너를 포함하는 표면 산화물층을 형성한다. 이에 따라, 열처리하는 단계에서 MgO 그래뉼 표면에 MgO-도너를 포함하는 표면 산화물층이 형성된다.
상기 열처리 온도는 800~1800℃에서 수행되는 것이 바람직하며, 이 범위를 벗어나는 경우 MgO 그래뉼 표면에 표면 보호층으로서 산화물층이 제대로 형성되지 않을 수 있다.
전술한 제조 방법과 마찬가지로, Mg(OH)2 분말을 출발원료로 하여 마그네시아를 제조하는 경우, Mg(OH)2 분말에 도너와 증류수를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 건조시키는 단계, 상기 건조된 혼합물로부터 도너가 첨가된 Mg(OH)2 그래뉼을 형성하는 단계, 및 도너가 첨가된 Mg(OH)2 그래뉼을 열처리하는 단계를 포함하여 마그네시아를 제조할 수 있다. 도너 및 열처리에 대한 사항은 전술한 바와 같다.
도 1은 본 발명의 MgO 그래뉼 제조 시, 열처리에 의한 표면 산화물 형성 개념도, 및 표면과 내부의 미세구조 사진이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 열처리 공정에서 일부의 도너들이 입계를 따라 이동하여 그래뉼 표면에 모이게 된다. 그 결과 그래뉼 표면에는 MgO 그래뉼 내부와 조성이 다른 표면 산화물층이 형성된다.
본 발명에서 MgO의 낮은 내흡습성은 표면 산화물층의 형성으로 인해 개선될 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 MgO 분말 원료 또는 Mg(OH)2 분말 원료를 이용하여 도너가 첨가된 MgO 그래뉼 또는 Mg(OH)2 그래뉼을 형성한 후, 열처리하여 마그네시아를 제조하는 방법을 통해, MgO 그래뉼 표면에 보호층과 같은 MgO와 도너를 포함하는 표면 산화물층이 형성되어 내흡습성과 우수한 열 특성을 확보할 수 있다.
예를 들어, Mg과 Mg 이외의 금속 원소가 하나 이상 포함된 Mg2TiO4, Zr0.904Mg0.096O1.904 등의 금속 산화물을 포함하는 표면 산화물층은 흡습성 문제에서 자유로운 점을 활용하여 MgO의 내흡습성을 개선하는 효과가 있다.
본 발명의 MgO 분말 원료 또는 Mg(OH)2 분말 원료로부터 제조되는 마그네시아는 MgO 그래뉼, 및 상기 MgO 그래뉼 표면에 형성된 표면 산화물층을 포함한다. 여기서, 마그네시아는 표면 산화물층의 조성과 상기 MgO 그래뉼 내부의 조성이 서로 다르며, 표면 산화물층은 MgO와 도너를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도너는 MgO에 비해 금속 원자가가 높은 금속 산화물로서, TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ga2O3, Mn2O3, B2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, SiO2, V2O5, Ta2O5, Sb2O5, Y2O3, Eu2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 1종 이상을 포함한다.
상기 마그네시아 전체 100 wt.%에 대하여, 상기 도너(금속 산화물) 소재는 0.01~10.0 wt.%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.01~2.0 wt.%로 포함될 수 있다.
구체적으로, 상기 마그네시아(MgO)는 TiO2와 Nb2O5를 포함하고, 하기 수학식(6)을 만족한다.
수학식(6) MgO + x wt.% TiO2 + y wt.% Nb2O5
상기 수학식(6)에서, x,y는 0<x,y≤2.0이다.
도 2는 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 MgO 그래뉼의 형상 및 크기를 보여주는 미세구조 사진과, 열처리(1400℃, 2 h) 전, 후의 표면 미세구조 사진이다.
도 2를 참조하면, 제조 조건(rpm)에 따라 다양한 크기의 MgO 그래뉼을 제조할 수 있다. 열처리 전의 MgO 그래뉼에 비해, 열처리 후 MgO 그래뉼의 표면 산화물층은 치밀한 미세구조를 보인다.
도 3은 MgO 원료 분말과, MgO 분말에 도너를 첨가하여 열처리(1400℃, 2 h)된 MgO 그래뉼의 물 반응에 대한 저항성 차이를 보여주는 사진이다.
MgO 원료 분말은 도너가 첨가되지 않은 분말로, 온도 85oC, 습도 85% 환경에서 72시간 유지시킨 경우, 분말의 표면에서 Mg(OH)2가 관찰되었다.
반면, 본 발명의 제조 방법에 따라 도너가 첨가된 MgO 분말로 제조하여 1400℃에서 열처리한 그래뉼은 온도 85oC, 습도 85% 환경에서 72시간 유지시킨 경우, 그래뉼의 표면에서 Mg(OH)2 가 관찰되지 않았다.
이러한 결과는 본 발명처럼 MgO 분말 원료에 도너를 첨가하여 MgO 그래뉼을 형성한 후 열처리한 경우, 물과 반응하지 않아 내흡습성이 개선되었음을 보여준다.
도 4는 1400℃에서 2 h 동안 열처리한 MgO + 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 + 0.2 wt.% SiO2 시편(왼쪽)과 MgO + 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 시편(오른쪽)의 표면 산화물층 두께를 확인할 수 있는 파단면 미세구조 사진이다.
도너가 첨가된 MgO는 열처리 후에 시편(그래뉼) 내부와 구분되는 표면 산화물층을 형성하였다. MgO + 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 + 0.2 wt.% SiO2 시편에서는 MgO-도너를 포함하는 0.1㎛ 내지 3㎛ 두께의 표면 산화물층이 형성된 것을 확인할 수 있다. MgO + 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 시편을 관찰한 TEM 이미지에서는 0.1㎛보다 얇은 표면 산화물층도 관찰된다.
도 5는 1400℃에서 2 h 동안 열처리한 MgO + 0.3 wt.% TiO2 + 0.3 wt.% Nb2O5 + 0.2 wt.% SiO2 시편에서 MgO-도너를 포함하는 표면 산화물층의 형성을 확인할 수 있는 Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) 분석 결과 및 미세구조 사진이다.
도너가 첨가된 MgO는 열처리 시, 내부와 다른 상의 표면 산화물층이 형성되었다.
소결 시편 표면보다 시편 내부의 MgO 함량이 높다는 것이 확인되었다. 이는 소결체의 표면에 MgO-도너를 포함하는 표면 산화물층이 형성됨을 의미한다.
그리고, 표면 산화물층 내부의 도너의 함량이 MgO 그래뉼 내부의 도너의 함량보다 농도가 더 높았다. 이는 마그네시아 100 wt.% 에 대하여, 도너는 2.0 wt.% 이하로 첨가되었으며, 표면 산화물층 내의 도너의 농도는 전체(그래뉼과 표면 산화물)의 도너의 평균 농도보다 높고, 그로 인해 그래뉼 내의 도너 보다 표면 산화물층 내의 도너의 함량이 더 높음을 보여준다. 그 차이는, 표면 산화물층 내 도너의 함량이 그래뉼 내부의 도너의 함량보다 적어도 2배 이상, 바람직하게는 3배 이상, 보다 바람직하게는 10배 이상 높은 농도로 측정되었다.
본 발명에 따른 고열전도성 마그네시아(MgO) 조성물은 MgO 기지 내에 TiO2, Nb2O5, ZrO2, 또는 Al2O3를 포함하고, 하기 수학식(1), 수학식(2), 수학식(3), 또는 수학식(4)를 만족한다.
수학식(1) MgO + x wt.% TiO2,
수학식(2) MgO + y wt.% Nb2O5
수학식(3) MgO + z wt.% ZrO2
수학식(4) MgO + w wt.% Al2O3
상기 수학식(1) 내지 (4)에서, x,y,z,w는 0<x,y,z,w≤10.0이다.
바람직하게는, 상기 수학식(1)에서 x는 0<x≤10.0 이고, 상기 수학식(2)에서 y는 0<y≤5.0 이며, 상기 수학식(3)에서 z는 0<z≤4.0 이며, 상기 수학식(4)에서 w는 0<w≤0.8 을 만족할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 수학식(2)에서 y는 0<y≤1.0의 범위를 만족할 수 있다.
도 6과 표 1을 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 이산화티탄(TiO2)은 0 wt.% 초과 내지 10.0 wt.% 이하가 첨가되면 본 발명에 따른 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도가 증가됨을 알 수 있다.
특히, 도 6, 도 8 및 표 1을 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 이산화티탄(TiO2)은 0 wt.% 초과 내지 2.0 wt.% 이하를 첨가하여 1400℃에서 소결한 경우, 1700℃에서 소결된 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도와 유사하거나 보다 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 도 6, 도 8 및 표 1을 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 이산화티탄(TiO2)은 0wt.% 초과 내지 10.0wt.% 이하를 첨가하여 1300℃ 내지 1400℃에서 소결한 경우, 모든 조성에서 96% 이상의 높은 상대밀도를 보여, 동 소결 온도에서 소결된 마그네시아(MgO) 세라믹스의 상대 밀도인 80-90%에 비해 월등히 개선됨을 확인할 수 있다.
뿐만 아니라 1300℃ 내지 1400℃의 저온에서 소결된 상기 마그네시아(MgO)에 0wt.% 초과 내지 10.0wt.% 이하의 이산화티탄(TiO2)이 첨가된 조성의 열확산도가 동 소결 온도에서 소결된 마그네시아(MgO)의 열확산도에 비해 모두 높게 나타남을 확인할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 오산화니오비움(Nb2O5)은 0wt.% 초과 내지 5.0wt.% 이하가 첨가되면 본 발명에 따른 마그네시아(MgO) 세라믹스를 1300℃ 내지 1400℃에서 소결한 경우에도 1700℃에서 소결된 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도와 유사하거나 보다 우수한 것을 알 수 있다.
특히, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 오산화니오비움(Nb2O5)은 1.0wt.% 이하가 첨가되는 경우, 1400℃에서 소결한 시편은 1700℃에서 소결된 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도 보다 우수한 것을 알 수 있다.
도 9에서는 0.3 wt.% TiO2를 고정하고, 추가로 Nb2O5 를 더 첨가하면, 1.0 wt.%까지 열전도 특성의 향상이 관찰됨을 확인할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 산화지르코늄(ZrO2)은 0wt.% 초과 내지 4.0wt.% 이하가 첨가되면 본 발명에 따른 마그네시아(MgO) 세라믹스를 1400℃에서 소결한 경우에도 1700℃에서 소결된 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도와 유사한 것을 알 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 이산화티탄(TiO2), 상기 오산화니오비움(Nb2O5) 및 상기 산화지르코늄(ZrO2)은 함께 첨가되어도 1300℃ 내지 1400℃의 소결한 시편의 열확산도가 1700℃에서 소결된 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도와 유사하거나 우수한 것을 알 수 있다.
특히, 도 11을 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 이산화티탄(TiO2) 0.3wt.%, 상기 오산화니오비움(Nb2O5) 0.3wt.% 및 상기 산화지르코늄(ZrO2)은 0wt.% 초과 내지 0.05wt.% 이하가 첨가되는 경우, 본 발명에 따른 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도가 1700℃에서 소결된 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도보다 현저히 높음을 알 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 마그네시아(MgO)에 도너로서 상기 알루미나(Al2O3) 0wt.% 초과 내지 0.8wt.% 이하가 첨가되면 본 발명에 따른 마그네시아(MgO) 세라믹스의 열확산도가 증가됨을 알 수 있다.
도 13에서는 0.3 wt.% TiO2와 0.3 wt.% Nb2O5를 고정하고, 추가로 Al2O3 를 더 첨가하여도 열전도 특성이 크게 저하되지 않고 유사한 열전도 특성 경향을 보였다.
본 발명에 따른 고열전도성 마그네시아(MgO) 조성물은 MgO 기지 내에 TiO2, Nb2O5 및 ZrO2 를 포함하고, 하기 수학식(5)를 만족한다.
수학식(5) MgO + 0.3wt.% TiO2 + 0.3wt.% Nb2O5 + z wt.% ZrO2
상기 수학식(5)에서, z는 0<z≤0.05이다.
전술한 바와 같이, 도 6 내지 도 13, 표 1을 참조하면, MgO에 도너로서 작용할 수 있는 3가 이상의 TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ga2O3, Mn2O3, B2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, SiO2, V2O5, Ta2O5, Sb2O5, Y2O3, Eu2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 1종 이상의 금속 산화물 조성물을 소량 첨가한 시편은, MgO에 도너가 첨가되지 않은 시편에 비해 열 특성이 향상되었음을 보여준다.
본 발명의 마그네시아 세라믹스를 제조하는 방법은 마그네시아(MgO)에 도너를 첨가 및 혼합하여, 고열전도성 마그네시아(MgO) 조성물 중 어느 하나의 조성물을 제조하는 단계, 상기 조성물을 건조하는 단계, 및 상기 조성물을 소결하는 단계를 포함한다. 상기 소결은 1200℃ 내지 1500℃에서 수행될 수 있다.
마그네시아(MgO)의 저온 소결에 있어서, 도너(Donor)로 작용할 수 있는 한 가지 이상의 물질을 첨가함으로써, 소결성 향상을 통한 저온 소결을 달성할 수 있다.
상기 도너는 TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ga2O3, Mn2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, SiO2, V2O5, Ta2O4, Sb2O5, Y2O3, Eu2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 1종 이상을 포함한다.
본 발명의 마그네시아(MgO) 세라믹스는 마그네시아(MgO)에 도너로 이산화티탄(TiO2), 오산화니오비움(Nb2O5), 산화지르코늄(ZrO2) 및/또는 알루미나(Al2O3)을 적당량 첨가하여 볼 밀에서 2-프로판올을 용매로 혼합하고, 이후 이들을 분쇄하여 건조시킨다. 건조된 혼합분말을 지름이 15mm인 원형의 금속몰드에서 100MPa의 압력으로 성형한 후, 전기로 또는 가스로를 이용하여 1200℃ 내지 1500℃의 온도에서 2시간 동안 소결하여 제조된다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 고열전도성 마그네시아(MgO) 세라믹스는 마그네시아(MgO)의 이론밀도(3.58g/cm3) 대비 93% 내지 100%의 상대밀도 값을 나타낼 수 있다. 또는 Mg보다 무거운 도너 원소가 첨가될 경우, 3.58g/cm3 보다 높은 밀도를 보일 수 있다. 고열전도성 마그네시아(MgO) 세라믹스는 10.4mm2/s 내지 21.9mm2/s의 열확산도 값을 나타낼 수 있다.
도 14는 마그네시아(MgO)에 2.0 wt.% TiO2 조성물을 첨가한 시편과 마그네시아(MgO)에 2.0 wt.% ZrO2 조성물을 첨가한 시편을 각각 1400℃에서 2시간 동안 소결한 후 그 파단면을 전자현미경으로 관찰한 미세구조의 사진이다.
도 14를 참조하면, 1400℃에서 소결된 경우 매우 치밀한 미세구조를 보인다.
이와 같이 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. 밀도
자일렌을 사용하여 아르키메데스 법으로 측정하였다.
2. 열확산도
Laser flash method를 사용하여 측정하였다. (LFA 457, MicroFlash, Netzsch Instruments Inc., Germany)
[표 1]은 본 발명에서 제공되는 온도 범위에서 마그네시아(MgO) 조성물의 소결한 시편의 밀도 및 열확산도 특성을 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112019129141237-pat00001
실시예 1 : 마그네시아(MgO)에 도너로 0.5wt.% 이산화티탄(TiO2)을 첨가하여 볼 밀에서 2-프로판올을 용매로 혼합하고, 이후 이들을 분쇄하여 건조시킨다.
건조된 혼합분말을 지름이 15mm인 원형의 금속몰드에서 100MPa의 압력으로 성형한 후, 전기로를 이용하여 1300℃의 온도에서 2시간 동안 소결한다.
실시예 2 ~ 32 : 실시예 1의 마그네시아(MgO)에 도너로 이산화티탄(TiO2), 오산화니오비움(Nb2O5), 산화지르코늄(ZrO2), 알루미나(Al2O3), V2O5, B2O3, Y2O3, SiO2, Eu2O3, Er2O3, Fe2O3 등을 표 1에 나타낸 첨가량으로 첨가하며, 이들을 1300℃ 또는 1400℃ 온도에서 소결한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 고열전도성 마그네시아 세라믹스를 제조하였다.
비교예 1 : 실시예 1의 마그네시아(MgO)에 도너를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 마그네시아 세라믹스를 제조하였다.
비교예 2 : 실시예 1의 마그네시아(MgO)에 도너를 첨가하지 않으며, 상기 마그네시아(MgO)를 1400℃ 온도에서 소결한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 마그네시아 세라믹스를 제조하였다.
비교예 3 : 실시예 1의 마그네시아(MgO)에 도너를 첨가하지 않으며, 상기 마그네시아(MgO)를 1700℃ 온도에서 소결한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 마그네시아 세라믹스를 제조하였다.
상기 표 1을 참조하면, 1300℃ 내지 1400℃ 온도 범위에서 마그네시아(MgO) 조성물의 소결이 충분히 이루어 짐을 알 수 있으며, 도너 조성비에 따라 마그네시아(MgO) 세라믹스의 밀도 및 열확산도가 변화됨을 알 수 있다.
구체적으로, 상기 실시예 1 내지 실시예 32를 참조하면, 소결온도인 1300℃ 내지 1400℃의 온도범위에서 마그네시아(MgO)에 상기 이산화티탄(TiO2), 오산화니오비움(Nb2O5), 산화지르코늄(ZrO2), 알루미나(Al2O3), V2O5, B2O3, Y2O3, SiO2, Eu2O3, Er2O3, 및 Fe2O3 중 1종 이상을 첨가하는 경우, 본 발명에 따른 마그네시아(MgO) 세라믹스는 3.02g/cm3 내지 3.59g/cm3의 우수한 소결 밀도 값을 나타냄을 알 수 있으며, 10.4mm2/s 내지 21.9mm2/s의 우수한 열확산도 값을 나타냄을 알 수 있다.
이처럼, 종래의 마그네시아(MgO) 세라믹스 대비, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 고열전도성 마그네시아(MgO) 세라믹스는 높은 소결 밀도 값을 나타냄을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 고열전도성 마그네시아(MgO) 세라믹스는 종래의 마그네시아(MgO) 세라믹스 대비, 높은 열확산도 값을 나타내며 방열 세라믹 소재에 적용 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (16)

  1. (a) MgO 분말에 도너와 유기 용매를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계;
    (b) 상기 혼합물을 건조시키는 단계;
    (c) 상기 건조된 혼합물로부터 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 도너는 TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ga2O3, Mn2O3, B2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, SiO2, V2O5, Ta2O5, Sb2O5, Y2O3, Eu2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 1종 이상을 포함하며,
    상기 도너가 첨가된 MgO 그래뉼을 열처리하여 상기 MgO 그래뉼 표면에 MgO 그래뉼 내부와 조성이 다른 표면 산화물층을 형성하는 마그네시아(MgO)의 제조 방법.
  2. (a) Mg(OH)2 분말에 도너와 증류수를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계;
    (b) 상기 혼합물을 건조시키는 단계;
    (c) 상기 건조된 혼합물로부터 도너가 첨가된 Mg(OH)2 그래뉼을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 도너가 첨가된 Mg(OH)2 그래뉼을 열처리하는 단계;를 포함하고,
    상기 도너는 TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ga2O3, Mn2O3, B2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, SiO2, V2O5, Ta2O5, Sb2O5, Y2O3, Eu2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 1종 이상을 포함하며,
    상기 도너가 첨가된 Mg(OH)2 그래뉼을 열처리하여, MgO 그래뉼 표면에 MgO 그래뉼 내부와 조성이 다른 표면 산화물층을 형성하는 마그네시아(MgO)의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, MgO 분말과 도너의 전체 100 wt.%에 대하여, 상기 도너를 0.01~10.0 wt.% 포함하는 마그네시아(MgO)의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, Mg(OH)2 분말과 도너의 전체 100 wt.%에 대하여, 상기 도너를 0.01~10.0 wt.% 포함하는 마그네시아(MgO)의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 0.5~72시간 동안 분쇄하여 혼합물을 형성하는 마그네시아(MgO)의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 800~1800℃에서 열처리하는 마그네시아(MgO)의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표면 산화물층 내부의 도너의 함량은 MgO 그래뉼 내부의 도너의 함량보다 높은 표면 산화물층이 형성되는 마그네시아(MgO)의 제조 방법.
  8. MgO 그래뉼; 및
    상기 MgO 그래뉼 표면에 형성된 표면 산화물층;을 포함하고,
    상기 표면 산화물층의 조성과 상기 MgO 그래뉼 내부의 조성이 서로 다른 마그네시아(MgO).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 표면 산화물층 내부의 도너는 TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ga2O3, Mn2O3, B2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, SiO2, V2O5, Ta2O5, Sb2O5, Y2O3, Eu2O3, Er2O3 및 Al2O3 중 1종 이상을 포함하는 마그네시아(MgO).
  10. 제8항에 있어서,
    상기 표면 산화물층 내부의 도너의 함량은 MgO 그래뉼 내부의 도너의 함량보다 높은 마그네시아(MgO).
  11. 제8항에 있어서,
    상기 마그네시아는 TiO2와 Nb2O5를 포함하고,
    하기 수학식(6)을 만족하는 마그네시아(MgO).
    수학식(6) MgO + x wt.% TiO2 + y wt.% Nb2O5 ≤ 100 wt.%
    (상기 수학식(6)에서, x, y는 0 < x, y ≤ 2.0이고 잔부는 MgO이다.)
  12. 제8항에 있어서,
    상기 마그네시아(MgO)는 열계면 소재용 세라믹 필러인 마그네시아(MgO).
  13. 제8항에 있어서,
    상기 마그네시아는 TiO2, Nb2O5, ZrO2, 또는 Al2O3를 포함하고,
    하기 수학식(1), 수학식(2), 수학식(3), 또는 수학식(4)를 만족하는 마그네시아(MgO).
    수학식(1) MgO + x wt.% TiO2 ≤ 100 wt.%
    수학식(2) MgO + y wt.% Nb2O5 ≤ 100 wt.%
    수학식(3) MgO + z wt.% ZrO2 ≤ 100 wt.%
    수학식(4) MgO + w wt.% Al2O3 ≤ 100 wt.%
    (상기 수학식(1) 내지 (4)에서, x, y, z, w는 0.1 ≤ x, y, z, w ≤ 2.0이고, 잔부는 MgO이다.)
  14. 제8항에 있어서,
    상기 마그네시아는 TiO2, Nb2O5 및 Al2O3를 포함하고,
    하기 수학식(7)을 만족하는 마그네시아(MgO).
    수학식(7) MgO + 0.3wt.% TiO2 + 0.3wt.% Nb2O5 + x wt.% Al2O3 ≤ 100 wt.%
    (상기 수학식(7)에서, x 는 0.1 ≤ x ≤ 2.0이고, 잔부는 MgO이다.)
  15. 제13항에 있어서,
    상기 수학식(2)에서 y는 0.1 ≤ y ≤ 1.0을 만족하는 마그네시아(MgO).
  16. 제8항에 있어서,
    상기 마그네시아는 TiO2, Nb2O5 및 ZrO2 를 포함하고,
    하기 수학식(5)를 만족하는 마그네시아(MgO).
    수학식(5) MgO + 0.3wt.% TiO2 + 0.3wt.% Nb2O5 + z wt.% ZrO2 ≤ 100 wt.%
    (상기 수학식(5)에서, z는 0.1 ≤ z ≤ 0.2이고, 잔부는 MgO이다.)


KR1020190166846A 2018-12-13 2019-12-13 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스 KR102205178B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20180161252 2018-12-13
KR1020180161252 2018-12-13

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200148927A Division KR20200130215A (ko) 2018-12-13 2020-11-09 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200074044A KR20200074044A (ko) 2020-06-24
KR102205178B1 true KR102205178B1 (ko) 2021-01-21

Family

ID=71076576

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190166846A KR102205178B1 (ko) 2018-12-13 2019-12-13 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스
KR1020200148927A KR20200130215A (ko) 2018-12-13 2020-11-09 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200148927A KR20200130215A (ko) 2018-12-13 2020-11-09 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210317043A1 (ko)
JP (1) JP2022505160A (ko)
KR (2) KR102205178B1 (ko)
CN (1) CN112912447A (ko)
WO (1) WO2020122684A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102659337B1 (ko) 2022-07-27 2024-04-18 김현영 옷 수선 의뢰 서비스 제공 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007284314A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Nitsukatoo:Kk 耐食性マグネシア質焼結体、それよりなる熱処理用部材および前記焼結体の製造方法
KR101193261B1 (ko) * 2011-04-12 2012-10-19 엘에스전선 주식회사 입자 크기를 조절할 수 있는 산화마그네슘의 제조방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63307107A (ja) * 1987-06-09 1988-12-14 Asahi Glass Co Ltd 高熱伝導性マグネシア質粉末
JPS6419606A (en) * 1987-07-14 1989-01-23 Asahi Glass Co Ltd Insulation base plate
GB9016690D0 (en) * 1990-07-30 1990-09-12 Tioxide Group Services Ltd Ceramic green bodies
KR20160014590A (ko) 2013-05-24 2016-02-11 사카이 가가쿠 고교 가부시키가이샤 산화마그네슘 입자, 산화마그네슘 입자의 제조 방법, 수지 조성물 및 그 수지 조성물을 사용한 성형체, 접착제 혹은 윤활유
KR101933142B1 (ko) * 2014-02-14 2018-12-27 우베 마테리알즈 가부시키가이샤 산화마그네슘, 열전도성 필러 및 이것을 포함하는 열전도성 수지 조성물 그리고 산화마그네슘의 제조 방법
EP3218324A4 (en) * 2014-11-10 2018-04-11 Saint-Gobain Ceramics&Plastics, Inc. Sintered ceramic component and a process of forming the same
JP6951022B2 (ja) * 2016-01-07 2021-10-20 協和化学工業株式会社 成長速度が遅くアスペクト比が低い水酸化マグネシウム粒子およびその製造方法
KR20190052797A (ko) * 2017-11-09 2019-05-17 한국기계연구원 고열전도성 마그네시아 조성물 및 마그네시아 세라믹스

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007284314A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Nitsukatoo:Kk 耐食性マグネシア質焼結体、それよりなる熱処理用部材および前記焼結体の製造方法
KR101193261B1 (ko) * 2011-04-12 2012-10-19 엘에스전선 주식회사 입자 크기를 조절할 수 있는 산화마그네슘의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020122684A1 (ko) 2020-06-18
JP2022505160A (ja) 2022-01-14
KR20200074044A (ko) 2020-06-24
KR20200130215A (ko) 2020-11-18
CN112912447A (zh) 2021-06-04
US20210317043A1 (en) 2021-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102185730B1 (ko) 질화알루미늄 분말
CN106673642B (zh) 一种巨介电低损耗ccto基陶瓷材料及其制备方法
Bernardo et al. Novel mullite synthesis based on alumina nanoparticles and a preceramic polymer
Pamu et al. Enhanced microwave dielectric properties of (Zr0. 8, Sn0. 2) TiO4 ceramics with the addition of its own nanoparticles
KR20170061755A (ko) 알루미나 복합체 세라믹스 조성물 및 그의 제조방법
Li et al. Low temperature sintering and dielectric properties of Li 2 ZnTi 3 O 8–TiO 2 composite ceramics doped with CaO–B 2 O 3–SiO 2 glass
JPWO2006106910A1 (ja) 半導体磁器組成物の製造方法
Manu et al. Crystal Structure and Microwave Dielectric Properties of LiRE 9 (SiO 4) 6 O 2 Ceramics (RE= La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, and Er)
Sayyadi-Shahraki et al. Microwave dielectric properties and chemical compatibility with silver electrode of Li2TiO3 ceramic with Li2O–ZnO–B2O3 glass additive
KR102205178B1 (ko) 마그네시아 및 그 제조 방법, 및 고열전도성 마그네시아 조성물, 이를 이용한 마그네시아 세라믹스
Kim et al. Calcium Aluminoborosilicate‐Based Dielectrics Containing CaCu3Ti4O12 as a Filler
KR20160100110A (ko) 전기전도성 상압소결 탄화규소 소재 제조용 조성물, 탄화규소 소재 및 그 제조방법
Zhang et al. Low-temperature sintering and dielectric properties of high-permittivity microwave (Ca, Nd) TiO3 ceramics
Chang et al. Sintering behavior and microwave dielectric properties of TiO 2 added Ba 4 (Sm 0.5 Nd 0.5) 28/3 Ti 18 O 54 ceramics with Li 2 O–Al 2 O 3–B 2 O 3 glass addition
Khanal et al. Phase evolution and< 110>‐orientation mechanism in RTGG‐processed BaTiO3 ceramics with electrical properties
JP5844507B2 (ja) 半導体磁器組成物の製造方法及び半導体磁器組成物を用いたヒータ
KR101723270B1 (ko) 세라믹스 소결체의 제조방법
Li et al. Enhanced Thermoelectric Performance of Separately Ni‐Doped and Ni/Sr‐Codoped LaCoO 3 Nanocomposites
KR101483016B1 (ko) 전도성 탄화규소 벌크소재 및 그 조성물
Zhang et al. Synthesis and characterization of a novel Mg 3 (PO 4) 2 ceramic with low dielectric constant
Ab Rahman et al. Effective dielectric loss (tan δ) reduction of CaCu3Ti4O12 (CCTO) via various addition of glasses
KR102143817B1 (ko) 고열전도성 마그네시아 조성물 및 마그네시아 세라믹스
KR102463152B1 (ko) 뭉침이 제어된 헥사페라이트 입자 클러스터를 포함하여 전자파 차폐 및 방열 특성이 향상된 복합 소재
Hsi et al. Sintering of titanate based dielectrics doped with lithium fluoride and calcium borosilicate glass
Li et al. Dielectric properties and microstructure of TiO 2 modified (ZnMg) TiO 3 microwave ceramics with CaO–B 2 O 3–SiO 2

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
A107 Divisional application of patent
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant