KR102603948B1 - 탄화규소 슬러리 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄화규소 합성 분말; 및 분산제를 포함하고, 상기 분산제는 함량은 상기 탄화규소 합성분말 100 wt% 대비 0.5 내지 2 wt%인 탄화규소 슬러리 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 분산성이 향상되어 고농도로 제조될 수 있는 탄화규소 슬러리를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 탄화규소 슬러리 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분산성이 향상되어 고농도로 제조될 수 있는 탄화규소 슬러리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
탄화규소(SiC)는 높은 인장률을 갖는 강화재료이다. 알루미나(Al2O3)가 산화물 세라믹스의 대표라면 탄화규소는 비산화물 세라믹스의 대표라고 할 수 있다.
탄화규소는 특히 내마모성을 대표로 하는 기계적물성, 고온강도 및 크립(creep) 저항성을 대표로 하는 열적 물성, 내산화성 및 내식성을 대표로 하는 내화학성 등 물성이 뛰어나 그 활용도가 매우 높으며, 현재 탄화규소는 '메카니컬 씰(mechanical seal)', '베어링', '각종 노즐', '고온 절삭공구', '내화판', '연마재', '제강용 환원재', '피뢰기' 등에 광범위하게 사용되고 있다.
하지만, 탄화규소는 우수한 기계적 특성을 나타내나 그 높은 경도 때문에 가공을 위해서는 다이아몬드계 연마제를 대량으로 사용하여야 하며, 높은 가공 경비에 의한 부품 가격의 인상은 탄화규소계 소재의 사용을 억제하는 주된 요인 중 하나이다.
이 문제를 해결하기 위해서 고농도 SiC 슬러리 제조 후 slip casting, gel casting, freeze casting 등의 다양한 near-net shaping 공정이 개발되어 왔다.
슬러리 공정으로 높은 강도, 밀도 및 균일성을 갖는 성형체를 제조하기 위해서는 고농도, 저점도의 안정된 슬러리 제조가 필요하다.
다른 세라믹 분말의 경우 60 vol% 이상의 고농도 슬러리를 제조할 수 있는 것으로 보고되고 있다.
예를 들어, Al2O3의 경우 62 vol%의 고농도 슬러리가 제조되고 있는 것으로 보고되었으며, SiO2의 경우 68 vol%의 고농도 슬러리가 제조되고 있는 것으로 보고되고 있다.
그러나, SiC의 경우 비교적 조립인 0.6 ㎛ 분말을 사용하였을 때 최대 57 vol%의 슬러리가 제조되는 것으로 보고되고 있는데, 이는 다른 분말들에 비하여 낮은 값을 나타낸다.
이러한 이유는, SiC가 세라믹들 중 가장 높은 Hamaker 상수를 갖는 재료 중 하나이기 때문으로, 따라서 물속에서 분산 시 높은 Van der Walls force를 받기 때문이다.
수중에서 다양한 세라믹 분말의 Hamaker 상수를 비교해 볼 경우 Al2O3, β-Si3N4, SiO2, TiO2, Y2O3의 경우 각각 4.72, 6.57, 0.71, 5.65, 3.85 인데 비해 β-SiC의 경우 11.9로 이들 세라믹스보다 월등히 높은 값을 나타냄을 알 수 있다.(Bergstrom, L., Hamaker constants of inorganic materials, Adv. Colloid Interface Sci., 70, 125-169 (1997).)
따라서, 분산이 어려운 Si3N4 또는 SiC를 분산시키기 위하여 표면을 산화하여 SiO2를 형성시키거나, Al2O3로 분말 표면에 얇은 코팅을 형성하는 등 다양한 연구가 진행되어 왔다.
하지만, 이들 방법의 경우 분산성을 향상시키기 위하여 원료분말에 불순물을 도입하여야 하는 단점이 존재하였다.
따라서, 분산성이 향상되어 고농도의 탄화규소 슬러리를 제조할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 분산성이 향상된 고농도의 탄화규소 슬러리 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 지적된 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 탄화규소 합성 분말; 및 분산제를 포함하고, 상기 분산제는 함량은 상기 탄화규소 합성분말 100 wt% 대비 0.5 내지 2 wt%인 탄화규소 슬러리를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 탄화규소 합성분말은 소결조제를 포함하며, 상기 소결조제는 Al-C계, Al-B-C계 및 B-C 계로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 탄화규소 슬러리를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 분산제는 polyethyleneimine (PEI) 또는 Tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH)인 탄화규소 슬러리를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 소결조제의 함량은 상기 탄화규소 합성분말 100 wt% 대비 0을 초과하고 13wt% 이하인 탄화규소 슬러리를 제공한다.
또한, 본 발명은 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말로 제조하는 단계; 및 상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 소결조제는 Al-C계, Al-B-C계 및 B-C 계로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄화규소 슬러리의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 Si와 Al, B, 및 B4C로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질과 탄소원을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성하여, 내부에 소결조제가 분포하는 SiC계 합성 분말을 제조하는 단계; 및 상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 단계를 포함하고, 상기 소결조제는 Al-C계, Al-B-C계 및 B-C 계로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄화규소 슬러리의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 것은, 상기 합성분말, 상기 분산매 및 상기 분산제를 교반을 통해 혼합하는 공정 및 상기 분산제의 분산을 촉진시키는 초음파 분산공정을 더 포함하는 탄화규소 슬러리의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 단계이후, 볼밀 또는 유성밀의 처리 공정을 더 포함하는 탄화규소 슬러리의 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명에서는, 분산성이 향상된 고농도의 탄화규소 슬러리를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질 혼합하고, 이를 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말을 제조함으로써, 고농도 탄화규소 슬러리를 제조함에 있어 필요한 소결조제를 탄화규소 분말 내부에 비교적 균일하게 분포하도록 제조할 수 있으므로, 높은 고체 함유량을 갖는 고농도 탄화규소 슬러리를 쉽게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄화규소 슬러리를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2c는 다양한 조성 및 밀링 조건에서 합성된 SiC 분말의 XRD 데이터를 도시하는 그래프이다.
도 3a는 SiCAl3C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이고, 도 3b는 SiCAl7C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이다.
도 4는 합성된 분말의 입도 분포를 도시하는 그래프이다.
도 5는 SiCAl7C1 조건에 따라 합성된 분말의 HR-TEM(High Resolution-Transmission Electron Micrograph)이다.
도 6은 SiCAl5C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이다.
도 7a는 다양한 PEI 함량에 따른 제타전위 변화를 도시하는 그래프이고, ㄷ도 7b는 PEI 함량 변화에 따른 슬러리의 침전거동을 나타내는 그래프이며, 도 7c는 PEI 함량 변화에 따른 55 vol%의 고형량을 갖는 SiC 슬러리의 점도 변화를 도시하는 그래프이다.
도 8은 PEI 함량 변화에 따른 10wt% SiC 슬러리의 건조 후 미세구조를 도시한 사진으로, 도 8a는 PEI 함량이 0 wt% 인 경우이고, 도 8b는 PEI 함량이 0.5 wt% 인 경우이며, 도 8c는 PEI 함량이 1 wt% 인 경우이고, 도 8d는 PEI 함량이 2 wt% 인 경우이다.
도 9는 PEI 함량 변화에 따른 입자의 입도 분포 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 슬러리의 고체 함류량 증가에 따른 점도의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 11은 교반 및 초음파로 분산한 60 vol%의 슬러리를 high energy milling으로 재 분산할 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
도 12a는 소결조제로 Al 및 C가 함유된 SiC 분말을 이용하여 제조된 60 vol% 슬러리의 점도 거동을 도시한 그래프이고, 도 12b는 shear rate를 215.2s-1로 고정하고 소결조제의 함량을 변화시킨 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은 소결조제인 Al 및 C를 5.1wt% 포함한 SiC 분말을 교반 및 초음파로 분산한 60vol% 슬러리를 high energy milling으로 재 분산할 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
도 14는 상용 SiC 분말(commercial SiC)과 본 발명에 따른 기계적 합금화(mechanical alloying, MA) 공정에 의해 합성한 분말의 40 vol%의 슬러리의 점도를 비교한 그래프이다.
도 15는 다양한 조성에 따른 60 vol%의 슬러리의 점도를 비교한 그래프이다.
도 2a 내지 도 2c는 다양한 조성 및 밀링 조건에서 합성된 SiC 분말의 XRD 데이터를 도시하는 그래프이다.
도 3a는 SiCAl3C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이고, 도 3b는 SiCAl7C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이다.
도 4는 합성된 분말의 입도 분포를 도시하는 그래프이다.
도 5는 SiCAl7C1 조건에 따라 합성된 분말의 HR-TEM(High Resolution-Transmission Electron Micrograph)이다.
도 6은 SiCAl5C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이다.
도 7a는 다양한 PEI 함량에 따른 제타전위 변화를 도시하는 그래프이고, ㄷ도 7b는 PEI 함량 변화에 따른 슬러리의 침전거동을 나타내는 그래프이며, 도 7c는 PEI 함량 변화에 따른 55 vol%의 고형량을 갖는 SiC 슬러리의 점도 변화를 도시하는 그래프이다.
도 8은 PEI 함량 변화에 따른 10wt% SiC 슬러리의 건조 후 미세구조를 도시한 사진으로, 도 8a는 PEI 함량이 0 wt% 인 경우이고, 도 8b는 PEI 함량이 0.5 wt% 인 경우이며, 도 8c는 PEI 함량이 1 wt% 인 경우이고, 도 8d는 PEI 함량이 2 wt% 인 경우이다.
도 9는 PEI 함량 변화에 따른 입자의 입도 분포 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 슬러리의 고체 함류량 증가에 따른 점도의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 11은 교반 및 초음파로 분산한 60 vol%의 슬러리를 high energy milling으로 재 분산할 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
도 12a는 소결조제로 Al 및 C가 함유된 SiC 분말을 이용하여 제조된 60 vol% 슬러리의 점도 거동을 도시한 그래프이고, 도 12b는 shear rate를 215.2s-1로 고정하고 소결조제의 함량을 변화시킨 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
도 13은 소결조제인 Al 및 C를 5.1wt% 포함한 SiC 분말을 교반 및 초음파로 분산한 60vol% 슬러리를 high energy milling으로 재 분산할 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
도 14는 상용 SiC 분말(commercial SiC)과 본 발명에 따른 기계적 합금화(mechanical alloying, MA) 공정에 의해 합성한 분말의 40 vol%의 슬러리의 점도를 비교한 그래프이다.
도 15는 다양한 조성에 따른 60 vol%의 슬러리의 점도를 비교한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 탄화규소 슬러리를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄화규소 슬러리를 제조하는 방법은 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질을 혼합하는 단계를 포함한다(S100).
상기 탄화 규소 원료물질이라 함은 탄화규소를 제조하기 위한 출발물질로 이해될 수 있으며, 또한, 소결조제 원료물질이라 함은 소결조제를 제조하기 위한 출발물질로 이해될 수 있다.
또한, 상기 탄화 규소 원료물질은 Si 및 제1탄소원을 포함하며, 상기 소결조제 원료물질은 Al, B, 및 B4C로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질 및 제2탄소원을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1탄소원 및 상기 제2탄소원은 그라파이트, 흑연, 카본블랙, 활성탄 등과 같은 고상의 탄소류일 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 탄소원의 종류를 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 탄화규소 소결체를 제조하는 방법은 상기 탄화규소 원료물질 및 상기 소결조제 원료물질을 포함하는 혼합물을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말로 제조하는 단계를 포함한다(S110).
즉, 상기 탄화규소 원료물질 및 상기 소결조제 원료물질을 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말을 제조할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 상기 기계적 합금화 공정을 통해, 상기 소결조제가 내부에 균일하게 분포하는 SiC계 합성 분말을 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여, S100 단계와 S110 단계가 순차적으로 이루어지는 것으로 설명하고 있으나, 이와는 달리, S100 단계와 S110 단계가 동시에 이루어질 수 있다.
즉, S100 단계에서의 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질 혼합공정을, 상술한 S110 단계의 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말을 제조하는 단계에서 동시에 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 상기 S100 단계 및 S110 단계는, 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해, 소결조제가 내부에 균일하게 분포하는 SiC계 합성 분말로 제조하는 단계로 표현될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 S100 단계 및 S110 단계는, 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질을 혼합하여 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 SiC계 합성 분말을 제조하는 것으로 도시하고 있으나, 이와는 달리 본 발명에서는 소결조제 원료물질을 포함하지 않을 수 있으며, 따라서, 상기 S100단계 및 상기 S110단계는 탄화규소 원료물질을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말로 제조하는 단계로 표현될 수 있다.
이때, 상기 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정은 유성밀(planetary mill), 어트리션 밀(attrition mill), 스펙스 밀(Spex mill) 및 이와 유사한 원리로 작동하는 high energy ball mill을 사용할 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정의 종류를 제한하는 것은 아니다.
한편, 본 발명에서 상기 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 사용되는 볼(ball) 및 자(jar)는 각각 SiC 재질의 볼(ball)과 SiC 재질의 자(jar)를 사용하는 것이 바람직하다.
즉, SiC 재질의 볼(ball)과 SiC 재질의 자(jar)를 사용함으로써, 밀링 공정에서 볼(ball) 및 자(jar)로부터 유입되는 불순물의 혼입을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명에서 상기 볼(ball)과 자(jar)의 재질을 제한하는 것은 아니며, 예를 들어, WC 재질의 볼(ball)을 사용하는 경우에, milling 후 합성된 SiC계 분말에 WC 가 혼입되기는 하나, 이 분말을 사용한 경우에도 SiC jar 및 ball을 사용하여 합성한 분말과 유사한 저온 소결거동 및 고 전기 전도성을 나타냄을 확인하였다.
한편, 상기 합성 분말 제조 단계에서 예상되는 화학반응식은 다음과 같다.
Si + C → SiC (반응식1)
상기 반응식 1에 의하여, 본 발명에 따른 탄화규소가 합성되며, 이때 높은 milling energy에 의하여 첨가된 소결조제들이 합성된 탄화규소 내부로 비교적 균질하게 혼합되어 들어가게 된다.
즉, 본 발명에서는 상기 합성 분말을 제조하는 단계에 의하여, 탄화규소, 즉, SiC가 합성되고, 또한, 소결조제, 예를 들면 Al-C가, 합성된 SiC 내부로 비교적 균일하게 혼합되며, 이후의 공정인, 상기 소결조제가 혼입된 탄화규소 분말의 분산 공정에 의하여 높은 고체 함유량을 갖는 탄화규소 슬러리를 제조할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 소결조제 원료물질은 Al, B, 및 B4C로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질 및 제2탄소원을 포함할 수 있으며, 따라서, 본 발명에서 소결조제는 Al-C계, Al-B-C계 및 B-C 계로 이루어지는 적어도 어느 하나에 해당하며, 예를 들어, Al-C, Al-B-C, Al-B4C-C, B-C 및/또는 B4C-C에 해당할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 소결조제는 합성된 탄화규소 분말 내부에 비교적 균일하게 분포하는 Al-C, Al-B-C, Al-B4C-C, B-C 및/또는 B4C-C에 해당하며, 이때, 상기 합성 분말에서 상기 소결조제의 함량은 0을 초과하고 13wt% 이하로 포함될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 소결조제 원료물질을 포함하지 않을 수 있으며, 따라서, 상기 탄화규소 합성 분말은 소결조제를 포함하지 않을 수 있다.
즉, 본 발명에서는 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질 혼합하고, 이를 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말을 제조함으로써, 고농도 탄화규소 슬러리를 제조함에 있어 필요한 소결조제를 탄화규소 분말 내부에 비교적 균일하게 분포하도록 제조할 수 있으므로, 높은 고체 함유량을 갖는 고농도 탄화규소 슬러리를 쉽게 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 S100 단계 및 S110 단계는 다음과 같이 표현될 수 있다.
상기에서는 설명의 편의를 위하여, S100 단계에서, 상기 제1탄소원 및 상기 제3탄소원을 각각 구분하여 설명하고 있으나, 이들을 혼합하는 경우, 하나의 탄소원에 해당할 수 있다.
따라서, 상기 S100단계는 Si와 Al, B, 및 B4C로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질과 탄소원을 혼합하는 단계로 표현될 수 있으며, 상기 탄소원은 그라파이트, 흑연, 카본블랙, 활성탄 등과 같은 고상의 탄소류일 수 있다.
이 경우, 본 발명에 따른 S110 단계는 Si와 Al, B, 및 B4C로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질과 탄소원을 포함하는 혼합물을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말로 제조하는 단계로 표현될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 S100 단계과 S110 단계는 동시에 진행될 수 있으며, 이 경우, 본 발명에서 상기 S100 단계 및 S110 단계는, Si와 Al, B, 및 B4C로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질과 탄소원을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말로 제조하는 단계로 표현될 수 있다.
계속해서, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄화규소 슬러리를 제조하는 방법은 상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 단계를 포함한다(S120).
상기 분산매는 물 또는 알코올을 사용할 수 있으며, 상기 분산제는 polyethyleneimine (PEI) 또는 Tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH)를 사용할 수 있다.
이때, 상기 분산제의 양은 합성 분말 100 wt% 대비 0.5 내지 2 wt% 가 바람직하다.
또한, 상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 것은, 상기 분산매에 일정량의 상기 분산제를 용해시킨 후, 상기 합성분말과 함께 강한 교반을 통해 혼합할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 분산제의 분산을 촉진시키기 위하여, 초음파 분산기를 병행하여 사용할 수 있으며, 또한, 제조된 슬러리를 볼밀 및 유성밀 처리를 통하여 분산을 더욱 촉진시킬 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 탄화규소 슬러리를 제조할 수 있다(S130).
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 기재하기로 하며, 다만, 본 발명에서 상기 실험예에 제한되는 것은 아니다.
[실험예]
먼저, 본 발명에서는 Al, Si, B4C 및 Carbon black을 원료 물질로 사용하였다. 즉, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 탄화 규소 원료물질은 Si 및 제1탄소원을 포함하며, 소결조제 원료물질은 Al, B, 및 B4C로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질 및 제2탄소원을 포함할 수 있으며, 상기 Carbon black의 일부는 상기 제1탄소원으로, 또 다른 일부는 상기 제2탄소원으로 사용될 수 있다.
각 실험에 사용된 원료 물질의 조성 및 약어를 하기 표 1에 도시하였다.
상기 표 1에서 예를 들어 "Al3"는 SiC의 합성을 위해 Si:C의 비율은 1:1로 고정한 채, 소결 조제로 Al:Si:C의 몰 비를 화합물인 Al4SiC4와 동일한 비율인 4:1:4로 하여 그 양을 3wt%로 조절하였음을 의미하고, "Al5C1"에서 "Al5"는 SiC의 합성을 위해 Si:C의 비율은 1:1로 고정한 채, 소결 조제로 Al:Si:C의 몰 비를 4:1:4로 하여 그 양을 5wt%로 조절하였으며, 또한, "Al7C1" 및 "Al12C1"은 SiC의 합성을 위해 Si:C의 비율은 1:1로 고정한 채, 소결 조제로 Al:Si:C의 몰 비를 화합물인 Al4SiC4와 동일한 비율인 4:1:4로 하여 그 양을 각각 7 및 12.5wt%로 조절하였음을 의미하고, 또한, "C1"은 1wt%의 excess carbon이 추가로 포함됨을 의미하며, "B1C1"는 SiC의 합성을 위해 Si:C의 비율은 1:1로 고정한 채, 소결 조제로 B4C 및 C의 양을 각각 1wt% 씩 추가하였음을 의미한다.
따라서 Al2C1 조성의 경우 실제 조제 함량은 2.17wt% 이고 Al20C1 조성의 경우 조제 함량은 12.73wt% 이다.
한편, 첨가된 소결조제 중 SiC의 양을 제외한 Al, C 및 B4C의 양을 별도로 표시하였다.
다음으로, 상술한 바와 같은 원료 조성의 혼합물을 기계적 합금화 공정에 의해 합성 분말을 제조하였으며, 구체적으로, 오염을 최소화하기 위하여 SiC jar와 SiC ball을 이용하는 유성밀을 사용하여 360rpm 및 400rpm으로 72시간 동안 혼합하여 주었다. 이때, 볼 대 상기 원료 조성 파우더의 비율은 1:6.67로 하였으며, 밀링 공정 도중의 분말의 산화를 막기 위하여, 유성밀에 사용되는 jar는 Ar 분위기의 글러브 박스에서 밀봉되었다. 또한, 합성된 분말은 Ar 분위기의 글러브 박스 내부에서 150메쉬의 체를 이용하여 걸러졌다.
이하에서는 기계적 합금화 공정에 의해 제조된 합성 분말의 특성을 설명하기로 한다.
밀링 공정 도중 ball 및 jar로부터의 오염도를 실험 전 및 후 ball의 질량변화를 조사 및 계산하여 하기 표 2에 도시하였다.
| 약어 | rpm | ball 오염도 | |
| SiC(%) | Al(%) | ||
| SiCAl3C1 | 360 | 1.93 | 0.19 |
| 400 | 6.7 | 0.67 | |
| SiCAl7C1 | 360 | 2.6 | 0.26 |
| 400 | 6.3 | 0.63 | |
상기 표 2를 참조하면, EDS 분석 결과 상용 SiC ball에는 Al이 포함되어 있으며 그 함량은 약 10wt%임을 알 수 있었다. 따라서 milling 도중 첨가된 Al의 오염량은 유성밀의 회전수가 360rpm인 경우 약 0.2 내지 0.3wt%로 비교적 낮게 나타났으나, 400rpm일 때에는 약 0.6 내지 0.7wt%로 오염이 증가함을 알 수 있었다. 한편, Jar는 반응소결 SiC(reaction-bonded Silicon Carbide, RBSC)로, jar로부터의 Al오염은 거의 발생하지 않았다.
또한, 합성된 분말의 상을 분석하기 위해 X-선 회절분석기를 이용하여 Cu Ka조건으로 측정하였고, 분말의 미세구조 및 화학적 조성은 EDS가 부착된 고배율 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 관찰하였다.
또한, 합성된 분말의 입도 분포는 입도분석기를 이용하여 측정하였고, 분말 내부에 존재하는 결정립의 평균크기는 image analyzer(nano measurer)를 이용하여 측정하였다.
도 2a 내지 도 2c는 다양한 조성 및 밀링 조건에서 합성된 SiC 분말의 XRD 데이터를 도시하는 그래프이다.
도 2a 내지 도 2c에서 예를 들어, Al3C1_360rpm은 Al4SiC4 조성을 갖는 Al-Si-C 소결 조제의 양을 3wt%, 탄소 소결조제의 양을 1wt%로 조절하고, 밀링 공정에서의 rpm을 360으로 제어했음을 의미하고, Al5C1_400rpm은 Al4SiC4 조성을 갖는 Al-Si-C 소결 조제의 양을 5wt%, 탄소 소결조제의 양을 1wt%로 조절하고 밀링 공정에서의 rpm을 400으로 제어했음을 의미한다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 소결조제 함량을 3 내지 7wt%로 변화시키거나 excess carbon인 제3탄소원의 함량을 0.5 및 1wt%로 증가시킨 경우, 또한, 밀링 공정에서의 rpm을 360 내지 400으로 변화시킨 경우에도 XRD data에서는 큰 차이를 발견할 수 없었으며, 모든 분말이 잔류 Si, Al 및 C 없이 ß-SiC (3C-SiC)로만 구성되어 있음을 확인할 수 있었다.
Si와 C가 기계적 합금화(Mechanical alloying)를 통해 SiC로 합성되는 메커니즘은 C원자가 직접적으로 Si의 자리를 대신하여 C를 포함하고 있는 비정질(amorphous)의 Si 형태로 존재하다가, 밀링 공정이 진행되면서 입자가 미세해지고, 화학적으로 액티브한 defect sites가 증가하게 되면서 SiC를 형성하게 된다.
XRD 분석결과 Al, B4C 및 carbon 피크가 보이지 않는데, 이는 high energy milling으로 인해서 그 성분이 SiC 내부에 균일하게 분포하였기 때문으로 판단된다.
또한, SiC ball과 SiC jar를 이용했기 때문에 오염으로 인한 다른 이차상은 보이지 않았다. SiC 피크는 broad한 형태를 띠고 있는데, 이는 high energy milling을 통해 crystallite size가 많이 감소했기 때문이다. Sherrer식을 이용하여 360 및 400rpm으로 합성된 분말의 crystallite size를 계산한 결과 각각 17.6 및 12.7nm였다.
또한, Al12.5C1 조성까지는 소결조제 양의 증가에 따른 분말 특성의 변화가 크게 관찰되지 않았으나 Al15C1 조성의 경우 분말 응집이 관찰되었고 특히 Al20C1 조성의 경우 milling 후 분말간의 응집이 매우 강하게 발생하여 후속 공정에 어려움이 나타났다. 그러나 얻어진 분말의 소결 결과 조제의 함량이 증가할수록 1550℃에서의 소결밀도는 증가하였다. 따라서 본 발명에서 Al-Si-C계 소결조제의 양을 13wt% 이하로, 즉 전체 소결조제의 양을 13wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 3a는 SiCAl3C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이고, 도 3b는 SiCAl7C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 입자는 구형으로, 10 내지 20nm의 Primary SiC particle과 amorphous 상태의 Si-C 상들이 뭉쳐 particle size가 약 100nm 내외로 구성되어 있었다. 이러한 응집은 high energy ball milling 도중의 cold welding 때문으로 생각된다. 또한 분말 내부에 어두운 점과 같이 형성된 부분은 SiC가 부분적으로 결정화되었다는 것을 보여준다. 이때, Al3C1과 Al7C1 조성으로 Al 함량을 변화시켜 줄 경우 입자 크기 차이는 관찰되지 않았다.
도 4는 합성된 분말의 입도 분포를 도시하는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 100 내지 200nm 영역의 1차 peak와 1㎛ 내외의 2차 peak가 존재하는 bimodal 형태가 나타났는데, SEM 및 TEM 관찰 결과 1㎛ 내외의 peak는 더 작은 입자들의 응집으로 형성된 것을 알 수 있었으며 대부분의 입자 크기는 300nm 이하임을 알 수 있었다.
도 5는 SiCAl7C1 조건에 따라 합성된 분말의 HR-TEM(High Resolution-Transmission Electron Micrograph)이다.
도 5를 참조하면, 비정질의 Si 및 C 기지상 내부에 결정화된 SiC 입자를 확인할 수 있다. 결정화된 입자의 크기가 2nm정도로 매우 작은 입자도 관찰되었다. 또한, 100nm 내외의 크기인 입자의 표면은 amorphous 상태로 존재하는 것을 알 수 있었다. 표면의 amorphous 상으로 인해서 높은 소결 구동력과 확산 속도를 갖으며 반응 계면이 증가하였는데 이는 SiC의 저온소결을 촉진시킬 수 있다.
도 6은 SiCAl5C1 조건에 따라 합성된 분말의 TEM 이미지이고, 하기 표 3은 도 6의 포인트에 따른 원소 함량을 나타낸다.
| 포인트 | 원소 함량 (wt%) | |||
| C | O | Al | Si | |
| 003 | 37.3 | 1.57 | 1.94 | 59.2 |
| 004 | 40.24 | 2.48 | 1.83 | 55.44 |
| 005 | 29.91 | 2.28 | 1.69 | 66.12 |
| 006 | 42.88 | 3.93 | 2.17 | 51.01 |
도 6 및 표 3을 참조하면, Al5C1 조건에 따라 합성된 다양한 분말에서 측정된 Al의 원소 함량은, 다양한 분말 간에 Al의 함량 편차가 크게 나타나지 않음을 알 수 있다. 소결조제가 분말 내부에 균일하게 분포할 경우 분말의 소결특성이 향상됨은 잘 알려져 있다. Sol-gel 법 또는 공침법으로 산화물 분말을 만들 때, 소결조제가 산화물 분말 안에 균일하게 분포하게 만들어 줄 경우 분말과 소결조제를 따로 합성하여 나중에 혼합해 준 경우에 비하여 더 낮은 온도에서 치밀화가 완료됨이 보고되고 있다.
SiC 내부에 Al 및 B의 고용 한계는 각각 0.5wt% 및 0.1wt% 로 알려져 있으나 상기 방법으로 합성된 SiC 분말은 도 6 및 표 1과 같이 그 내부에 고용 한계 이상의 Al 및 B를 포함할 수 있으며, 이는 본 발명의 주요 특징 중 하나라고 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 소결조제는 합성된 탄화규소 분말 내부에 비교적 균일하게 분포하는 Al-C, Al-B-C, Al-B4C-C, B-C 및/또는 B4C-C에 해당하며, 이때, 상기 합성 분말에서 상기 소결조제의 함량은 0을 초과하고 13wt% 이하로 포함될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 소결조제 원료물질을 포함하지 않을 수 있으며, 따라서, 상기 탄화규소 합성 분말은 소결조제를 포함하지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질 혼합하고, 이를 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말을 제조함으로써, 고농도 탄화규소 슬러리를 제조함에 있어 필요한 소결조제를 탄화규소 분말 내부에 비교적 균일하게 분포하도록 제조할 수 있으므로, 높은 고체 함유량을 갖는 고농도 탄화규소 슬러리를 쉽게 제조할 수 있다.
이상과 같은 합성 분말을 통해, 다음의 슬러리화 공정을 진행하였다.
상술한 바와 같은 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하여, 탄화규소 슬러리를 제조하였다.
상기 분산매는 물 또는 알코올을 사용하였으며, 상기 분산제는 polyethyleneimine (PEI) 또는 Tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH)를 사용하였다.
구체적으로, 상기 분산매에 일정량의 상기 분산제를 용해시킨 후, 상기 합성분말과 함께 강한 교반을 통해 혼합하였으며, 경우에 따라, 상기 분산제의 분산을 촉진시키기 위하여, 초음파 분산기를 병행하여 사용하였다.
이하에서는 특별한 언급이 없는 한, 분산매는 알코올을 사용하고, 분산제는 PEI를 사용한 경우에 해당한다.
이하에서는 본 발명에 따른 탄화규소 슬러리의 특성에 대해 설명하기로 한다.
도 7a는 다양한 PEI 함량에 따른 제타전위 변화를 도시하는 그래프이고, ㄷ도 7b는 PEI 함량 변화에 따른 슬러리의 침전거동을 나타내는 그래프이며, 도 7c는 PEI 함량 변화에 따른 55 vol%의 고형량을 갖는 SiC 슬러리의 점도 변화를 도시하는 그래프이다.
먼저, 도 7a를 참조하면, 분산제가 없는 경우 제타전위 값은 -12mV로 음의 값을 갖는 반면 PEI의 양이 증가할수록 양의 값을 나타냄을 알 수 있었다. 통상적으로 높은 제타전위 값을 갖는 슬러리가 더 안정된 분산을 나타내며, 따라서 PEI의 첨가가 SiC 슬러리의 분산을 촉진함을 알 수 있었다. 가장 높은 제타전위 값은 PEI가 1wt% 첨가된 경우 얻을 수 있었으며 분산제의 양이 이보다 증가할 경우에도 제타전위 값에는 큰 변화가 나타나지 않았다.
따라서, 본 발명에서 상기 분산제의 양은 합성 분말 100 wt% 대비 0.5 내지 2 wt% 가 바람직하다.
다음으로, 도 7b를 참조하면, PEI 함량 변화에 따른 슬러리의 침전거동은 상술한 제타전위 데이터와 동일하게 1wt%의 분산제가 들어갈 경우 가장 낮은 침전량을 나타냄을 알 수 있었다.
다음으로, 도 7c를 참조하면, PEI 함량 변화에 따른 55 vol%의 고형량을 갖는 SiC 슬러리의 점도 변화는, 상술한 제타 전위 결과와 동일하게 1wt% PEI 일 경우 가장 낮은 값을 나타내었다.
고농도 슬러리임에도 불구하고 모든 경우 shear thinning 거동을 나타내었는데 이는 점도 측정 시 발생하는 전단력에 의하여 약하게 응집된 분말들이 재분산되기 때문이다.
도 8은 PEI 함량 변화에 따른 10wt% SiC 슬러리의 건조 후 미세구조를 도시한 사진으로, 도 8a는 PEI 함량이 0 wt% 인 경우이고, 도 8b는 PEI 함량이 0.5 wt% 인 경우이며, 도 8c는 PEI 함량이 1 wt% 인 경우이고, 도 8d는 PEI 함량이 2 wt% 인 경우이다.
도 8을 참조하면, PEI 함량이 0 및 0.5wt%인 경우 슬러리 내 응집이 발생하였으나, PEI 함량이 최적 조건인 1wt%인 경우 응집이 발생하지 않았으며, 또한 PEI 함량이 2wt%로 증가할 경우 부분적으로 응집이 다시 발생하는 것을 관찰할 수 있다.
도 9는 PEI 함량 변화에 따른 입자의 입도 분포 변화를 도시한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 분산제가 첨가되지 않은 경우 원래 입자크기인 170nm 영역 보다 입자의 응집에 의하여 1.2㎛ 영역의 입자가 더 많은 것으로 나타났으며, 분산제의 양이 0.5wt%인 경우 미세 입자의 함량이 증가하고 응집체의 양이 줄어들었으나, 1wt%인 경우에 비해서는 분산이 덜 일어난 것을 확인할 수 있었으며 분산제의 양이 1wt% 이상인 경우에는 입도분포에 큰 영향이 나타나지 않았다.
도 10은 슬러리의 고체 함류량 증가에 따른 점도의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 고체 함유량이 증가할수록 점도는 증가하나 고체 함유량이 55 vol%에서 60 vol% 이내인 경우 그 영향은 약하게 나타났다. 62 vol%로 증가하게 되면 점도가 증가하며, shear thickening 거동을 보이나 유동성은 유지함을 알 수 있었다. 63vol% 슬러리는 완전한 shear thickening을 보이며 이는 불안정한 슬러리의 상태를 나타낸다.
도 11은 교반 및 초음파로 분산한 60 vol%의 슬러리를 high energy milling으로 재 분산할 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 교반 및 초음파로 분산한 60 vol%의 슬러리를 high energy milling으로 재 분산할 점도가 감소함을 알 수 있었다. 이는 초음파로 효과적으로 분산되지 못한 강한 응집체들이 high energy milling 도중 분산되어 점도를 감소시켰기 때문으로 생각된다.
도 12a는 소결조제로 Al 및 C가 함유된 SiC 분말을 이용하여 제조된 60 vol% 슬러리의 점도 거동을 도시한 그래프이고, 도 12b는 shear rate를 215.2s-1로 고정하고 소결조제의 함량을 변화시킨 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
먼저, 도 12a를 참조하면, 도 12a에서 소결 조제의 함유량은 각각 0, 5.1 및 8.3wt%에 해당하며, 소결조제가 포함되지 않은 SiC 슬러리의 점도 거동과 비교해 볼 경우, 소결조제의 첨가는 점도를 향상시켰으나 낮은 shear rate일 때 shear thinning 현상, 높은 shear rate일 때 shear thickening 거동을 나타내는 현상은 동일하게 관찰되었다.
낮은 shear rate일 때 슬러리 내 입자의 구조는 입자의 열적 운동이 점성에 의한 운동보다 크기 때문에 평형에 가까운 형태를 나타내며 따라서 응집체가 전단력에 의해 파괴되면서 점도의 감소가 나타나게 된다.
그러나 높은 shear rate 일 때는 입자간의 충돌과 상호작용이 더 활발해져서 다시 재응집이 발생하게 된다. 특정한 shear rate 이상이 되면 입자가 2차원적인 층상구조에서 3차원적인 구조로 바뀌게 되면서 shear thickening 현상이 발생하게 된다.
다음으로, 도 12b를 참조하면, 슬러리 내 소결조제의 함량이 증가할수록 점도도 증가함을 알 수 있었다. 그러나 60 vol%의 높은 고체 함유량을 갖는 고농도의 SiC 슬러리를 소결조제 총량이 8.3wt%인 경우까지도 성공적으로 제조할 수 있었다.
도 13은 소결조제인 Al 및 C를 5.1wt% 포함한 SiC 분말을 교반 및 초음파로 분산한 60vol% 슬러리를 high energy milling으로 재 분산할 경우의 점도 변화를 도시한 그래프이다.
도 13을 참조하면, 순수한 SiC의 경우와 반대로 재 분산시 점도가 증가함을 알 수 있었다. 이는 high energy milling 도중 분말 표면에 소결 조제가 새로이 노출되어 추가적으로 분말의 분산을 감소시켰기 때문으로 생각된다.
도 14는 상용 SiC 분말(commercial SiC)과 본 발명에 따른 기계적 합금화(mechanical alloying, MA) 공정에 의해 합성한 분말의 40 vol%의 슬러리의 점도를 비교한 그래프이다.
이때, 도 14에서는 분산매로 증류수(수계)를 사용하고, 분산제로 TMAH를 사용하였다.
도 14를 참조하면, 분산매로 수계를 사용하고, 분산제로 TMAH를 사용한 경우에 있어서, 본 발명에 따른 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성한 분말의 경우, 상용 SiC 분말에 비하여 점도가 향상됨을 확인할 수 있다.
도 15는 다양한 조성에 따른 60 vol%의 슬러리의 점도를 비교한 그래프이다.
도 15에서 예를 들어, SC는 소결조제를 포함하지 않은 경우의 슬러리를 의미하며, 7C1은 상술한 표 1에서 Al7C1의 조성을 의미하고, 12.5C1은 상술한 표 1에서 Al12.5C1을 의미한다.
이때, 도 15에서는 분산매로 에탄올을 사용하고, 분산제로 PEI 1 wt%를 사용하였다.
도 15를 참조하면, 소결조제를 사용하지 않는 경우보다 소결조제를 사용하는 경우의 점도가 우수함을 알 수 있고, 또한, 슬러리 내 소결조제의 종류에 따라서도, 점도특성이 상이해짐을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 상기 합성 분말을 제조하는 단계에 의하여, 탄화규소, 즉, SiC가 합성되고, 또한, 소결조제, 예를 들면 Al-C가, 합성된 SiC 내부로 비교적 균일하게 혼합되며, 이후의 공정인, 상기 소결조제가 혼입된 탄화규소 분말의 분산 공정에 의하여 높은 고체 함유량을 갖는 탄화규소 슬러리를 제조할 수 있다.
이때, 본 발명에서 소결조제는 합성된 탄화규소 분말 내부에 비교적 균일하게 분포하는 Al-C, Al-B-C, Al-B4C-C, B-C 및/또는 B4C-C에 해당하며, 이때, 상기 합성 분말에서 상기 소결조제의 함량은 0.5 내지 12.5wt%일 수 있다.
즉, 본 발명에서는 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질 혼합하고, 이를 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말을 제조함으로써, 고농도 탄화규소 슬러리를 제조함에 있어 필요한 소결조제를 탄화규소 분말 내부에 비교적 균일하게 분포하도록 제조할 수 있으므로, 높은 고체 함유량을 갖는 고농도 탄화규소 슬러리를 쉽게 제조할 수 있다.
일반적인 탄화규소 슬러리를 제조하는 방법으로, 다양한 분산제를 사용하는 연구가 보고되었으며, 특히 Polyethylenimine (PEI)과 Tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH)를 사용할 경우 높은 농도의 SiC 슬러리 제조가 가능한 것으로 보고되고 있다.(J Zhang, Q Xu, F Ye, Q Lin, D Jiang, M Iwasa, Effect of citric acid on the adsorption behavior of polyethylene inmine (PEI) and the relevant stability of SiC slurries, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 276 [1-3], 168-175 (2006))
Zhang 등은 비교적 조립인 0.6㎛ 크기의 상용 분말을 사용하여, 단상의 57 vol%의 SiC 슬러리를 제조한 반면, 본 출원에서 제시된 방법을 사용할 경우 평균입도 170nm의 미세한 SiC 분말을 사용하여, 최대 62vol%의 슬러리를 제조할 수 있었으며, 특히, 소결조제가 포함된 경우, 기존 연구에서는 최대 50 vol%인 슬러리만이 제조가 가능했던 반면, 본 발명에서 제시된 방법의 경우, 소결조제인 Al, B 및 C를 다량 포함한 경우에도 최대 60vol%의 나노 SiC 슬러리를 제조할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (8)
- 탄화규소 합성 분말; 및
분산제를 포함하고,
상기 분산제의 함량은 상기 탄화규소 합성 분말 100 wt% 대비 0.5 내지 2 wt%이고,
상기 탄화규소 합성 분말은 소결조제를 포함하고,
상기 소결조제는 Al-C계 및 B-C 계로 이루어지는 군에서 선택되고, 적어도 어느 하나이며,
상기 탄화규소 합성 분말은 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질의 기계적 합금화 공정에 의해 형성된 것이고,
고체 함유량이 60 vol% 내지 72 vol%인, 탄화규소 슬러리. - 제 1 항에 있어서,
상기 분산제는 polyethyleneimine (PEI) 또는 Tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH)인 탄화규소 슬러리. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 소결조제의 함량은 상기 탄화규소 합성분말 100 wt% 대비 0을 초과하고 13wt% 이하인 탄화규소 슬러리. - 탄화규소 원료물질 및 소결조제 원료물질을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성 분말로 제조하는 단계; 및
상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 소결조제는 Al-C계, Al-B-C계 및 B-C 계로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄화규소 슬러리의 제조방법. - Si와 Al, B, 및 B4C로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질과 탄소원을 기계적 합금화(mechanical alloying) 공정에 의해 합성하여, 내부에 소결조제가 분포하는 SiC계 합성 분말을 제조하는 단계; 및
상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 단계를 포함하고,
상기 소결조제는 Al-C계, Al-B-C계 및 B-C 계로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄화규소 슬러리의 제조방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 것은, 상기 합성 분말, 상기 분산매 및 상기 분산제를 교반을 통해 혼합하는 공정 및 상기 분산제의 분산을 촉진시키는 초음파 분산공정을 더 포함하는 탄화규소 슬러리의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 합성 분말에 분산매 및 분산제를 혼합하는 단계이후,
볼밀 또는 유성밀의 처리 공정을 더 포함하는 탄화규소 슬러리의 제조방법.
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