KR20030046281A - 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다음과 같은 조성식을 만족하며, 티탄산바륨스트론튬(BaSrTiO3) 또는 티탄산바륨스트론튬칼슘(BaSrCaTiO3)를 주성분으로 하고, 탄산망간(MnCO3), 산화이트륨(Y2O3), 산화란탄(La2O3), 산화다이뮴(Dy2O3)을 부성분으로 구성된 조성을 갖는 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트, 칼슘아세테이트 등을 주성분의 출발원료로서 사용하고 이를 아세트산에 용해시켜 sol-gel법을 통해 세라믹 소결체를 제조하는 방법으로, 이와같은 경우 조성의 균일성을 얻을 수 있고, 분말 입자가 산화물 혼합법을 통해 얻어진 것보다 미세하며, 입자크기가 감소되므로 하소온도를 750℃ 정도로 낮출 수 있고, 소체 내부에 기공의 크기나 수를 줄일 수 있고, 이로인해 적외선 검출소자로의 후공정 진행시에 양품률을 증가시킬 수 있고, 단위면적당 기공의 밀도가 감소하므로 유전 및 초전특성이 향상되며, 소결밀도가 증가되므로 유전손실이 감소되어 전력소모를 줄일 수 있는 비냉각 적외선 검출 소자를 제조할 수 있다.
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상기 식에서, D는 Y2O3, La2O3또는 Dy2O3이고, A는 MnCO3이며, 55≤a≤70, 25≤b≤40, 0≤c≤15(a+b+c=100mol%), 0≤x≤0.2(mol%), 0≤y≤1.5(mol%)
Description
본 발명은 비냉각 적외선 검출 소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 야간 침입자 감시기, 야간 운전자 보조장치, 열추적 미사일, 야간정찰 및 경계 등에 사용되는 적외선 검출소자 제작에 사용되는 세라믹 파우더를 솔-겔(sol-gel)법을 통해 제조하는 방법에 관한 것이다.
가시광선보다 파장이 긴 적외선을 검출하여 야간에도 투시할 수 있는 적외선 검출소자는 군사적, 산업적으로 그 응용범위가 넓다. 예를들면 야간 침입자 감시기, 야간운전보조장치, 열추적 미사일, 야간정찰 및 경계 등의 분야 등이다.
이러한 적외선 검출소자로는 세라믹 유전체 재료를 사용한 것과 반도체 적외선 검출소자가 있는 바, 세라믹 유전체 재료의 초전효과를 이용한 적외선 검출소자는 반도체 적외선 검출소자보다 특성이 다소 떨어지지만 상온에서도 동작이 가능하기 때문에 비냉각 적외선 검출소자로 응용이 가능하다. 여기서, 초전효과란 자발분극을 가진 물질이 온도가 변화하면 재료표면에 전하의 변화가 유도되고 외부회로로 전류를 발생시키는 효과를 일컫는다.
초전특성이 우수한 재료로는 PbTiO3, Pb(Zr.Ti)O3등과 같은 강유전체 세라믹 재료가 박막 형태로 사용되고 있으나, 상온에서의 초전계수가 작고 압전 성질에 의한 잡음 특성 때문에 다소자 형태로 제작하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 세라믹을 제작한 후 반도체 공정을 진행하여 초전 세라믹의 두께를 15∼30㎛ 정도로 가공하는데 이를 위해서는 세라믹 자체의 밀도가 높고 결정립 크기가 작아야 하나, 박막의 경우는 밀도가 낮아 가공공정을 진행할 수가 없으므로 박막으로 적외선 검출소자를 제작하는 것이 불가능하였다.
이와같은 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은 상온에서 초전특성과 유전율이 크고 유전손실이 낮으며 소결밀도가 큰 세라믹을 이용한 세라믹 유전체 조성물을 개발하여 기 특허출원하여 특허받은 바 있다(대한민국특허 제276658호).
구체적으로, 여기서 개시된 비냉각 적외선 검출 소자용 세라믹 유전체 조성물은 다음과 같은 조성식을 만족하며, 티탄산바륨스트론튬(BaSrTiO3) 또는 티탄산바륨스트론튬칼슘(BaSrCaTiO3)를 주성분으로 하고, 탄산망간(MnCO3), 산화이트륨(Y2O3), 산화란탄(La2O3), 산화다이뮴(Dy2O3)을 부성분으로 구성된 것이다.
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상기 식에서, D는 Y2O3, La2O3또는 Dy2O3이고, A는 MnCO3이며, 55≤a≤70, 25≤b≤40, 0≤c≤15(a+b+c=100mol%), 0≤x≤0.2(mol%), O≤y≤1.5(mol%)
상기와 같은 유전체 조성물을 사용하여 비냉각 적외선 검출소자용 세라믹 유전체를 제조하는 방법으로는 상기 유전체 조성물을 습식혼합하고 건조분쇄한 다음, 바인더를 첨가하여 미분말로 제조한 다음, 2.0톤/㎠의 압력을 인가하여 압축성형하여 성형체를 제조한 후, 1,400∼1,450℃에서 1∼3시간 동안 소성하는 공정, 즉 이른바 산화물혼합법을 사용하였다.
구체적인 제조방법을 도 1에 나타내었다.
즉, BaCO3, SrCO3, CaCO3, TiO2등을 조성비에 맞도록 알루미나 포트 용기에넣은 다음, 물, 지르코니아 볼과 함께 일정시간(18시간 내외) 혼합한 다음, 용기에서 혼합된 원료를 꺼내 150℃의 건조오븐에서 24시간 동안 건조하였다.
건조가 완료되면 혼합된 원료를 전기로에서 1,100℃의 온도로 1차 열처리(하소 또는 가소라고 함)하면 세라믹 원료가 반응하여 결정상이 형성된다. 이때부터 세라믹 원료가 만들어진다.
하소된 원료는 반응으로 인하여 파우더 덩어리로 되어 있으므로 잘게 부수는 공정 즉, 미분쇄 공정을 거치면 비로소 세라믹 파우더라고 부른다. 이를 위해서는 하소된 원료를 알루미나 포트에 다시 넣고 혼합시 사용했던 방법과 동일하게 물과 지르코니아 볼을 사용하여 분쇄한다(입자크기 1㎛ 내외).
미분쇄가 끝난 후 다시 원료를 건조하여 성형을 원활하게 하도록 스프레이 드라이어를 사용해 바인더를 혼합해서 구형의 그래뉼(덩어리 크기:중간 사이즈가 100∼150㎛ 구형)을 제작하여 성형한다.
성형된 것은 다시 전기로에서 약 1,450℃ 내외의 온도로 소성하면 원하는 특성을 가진 세라믹 소결체가 만들어진다.
그런데, 상기와 같은 조성으로 산화물 혼합법을 통해 세라믹 유전체를 제조할 경우 세라믹 소체를 소성한 후 소체 내부에 10㎛ 이상의 기공(pore)이 다량 생성되어 후공정(두께 20㎛, 픽셀 사이즈 50×50㎛, 픽셀 간격 15㎛(실제 소자크기 35㎛×35㎛))에서의 수율이 매우 낮은 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자들은 기특허된 상기 유전체 조성범위를 만족하면서 제조후소체 내부의 기공을 감소시켜 적외선 검출소자로의 제조를 용이하게 할 수 있는 방법을 모색하던 중, 상기 조성범위를 만족하면서 출발원료로서 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트를 사용하여 이를 아세트산에 용해시켜 솔-겔(sol-gel)법을 통해 세라믹 유전체를 제조한 결과, 소체 내부의 기공도 감소되고 소체 자체의 초전특성도 향상됨을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 세라믹 소체를 소성한 후 소체 내부에 생성되는 기공을 감소시켜 적외선 검출 소자로의 제조를 용이하게 하면서 소체 자체의 초전 특성도 향상되어 적외선 검출기의 특성을 향상시킬 수 있도록 한 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법은 다음과 같은 조성식을 만족하며, 티탄산바륨스트론튬(BaSrTiO3) 또는 티탄산바륨스트론튬칼슘(BaSrCaTiO3)를 주성분으로 하고, 탄산망간(MnCO3), 산화이트륨(Y2O3), 산화란탄(La2O3), 산화다이뮴(Dy2O3)을 부성분으로 구성된 조성을 갖도록 제조된 것으로서,
(BaaSrbCac)(1-y)DyAxTi(1-x)Oa
상기 식에서, D는 Y2O3, La2O3또는 Dy2O3이고, A는 MnCO3이며, 55≤a≤70, 25≤b≤40, 0≤c≤15(a+b+c=100mol%), 0≤x≤0.2(mol%), 0≤y≤1.5(mol%)
다음과 같은 일련의 방법을 포함한다;
아세트산을 12∼15몰의 양으로 평량한 후 반응조에 투입하는 단계; 상기 반응조에 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트 및 칼슘 아세테이트를 평량하여 투입하는 단계; N2가스를 반응조 내부로 일정량을 흘려보내면서 반응시키면서 반응조를 110∼120℃까지 승온시켜 수분 및 아세트산 일부를 배출시키는 단계; 반응조의 온도를 60∼80℃로 낮추는 단계; 상기 반응조에 Ti-이소프로폭사이드와 2-메톡시에탄올이 혼합된 것을 투입하는 단계; 상기 반응조를 40분∼1시간 동안 60∼80℃로 유지하면서 계속 믹싱하는 단계; 상기 반응조에 (BaSrCa)TiO3용액에 2-메톡시에탄올과 순수를 2시간 가량 혼합한 용액을 투입하여 겔화가 일어나도록 하는 단계; 겔화된 것을 100℃ 오븐에 넣어 건조시키는 단계; 상기 건조물을 하소한 후, 미분쇄, 초음파 성형 및 소성공정을 진행하는 단계.
도 1은 종래 산화물법을 통해 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더를 제조하는 방법을 나타낸 순차도이고,
도 2는 본 발명에 따른 솔-겔(sol-gel)법을 통해 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더를 제조하는 방법을 나타낸 순차도이며,
도 3은 본 발명의 솔-겔법을 통해 얻어진 소결체의 기공분포를 관찰한 주사전자현미경(SEM) 사진(×500)이고,
도 4는 종래 산화물법을 통해 얻어진 소결체의 기공분포를 관찰한 SEM 사진(×500)이며,
도 5는 본 발명의 솔-겔법을 통해 얻어진 하소되기전 원료의 온도에 따른 반응관계를 알아보기 위한 열분석 그래프이고,
도 6은 종래 산화물법을 통해 얻어진 하소되기전 원료의 온도에 따른 반응관계를 알아보기 위한 열분석 그래프이다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.
세라믹 원료는 조성 성분의 분포가 일정할수록 요구하는 세라믹 특성을 향상시킬 수 있다. 이는 본 발명에서와 같이 비냉각 적외선 검출소자를 제조하기 위해서는 특히 중요하다.
적외선 소자 크기가 50㎛×50㎛×20㎛(두께)이므로 조성의 불균일이 발생하면 소성한 후 소체 내부에 있는 결정립 크기가 일정치 않아(크기가 3∼5㎛이어야 함) 특성의 불균일이 발생하여 소자 특성을 발휘하기가 어렵다.
기존의 산화물 혼합법으로 원료를 제조할 경우 출발원료 자체가 1㎛ 이상이므로 조성의 불균일이 발생하기 쉽다. 물론 소자 자체가 세라믹 콘덴서와 같이 클 경우 큰 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 적외선 초전형 소자는 위에서 말한 바와 같이 그 셀 크기가 작고 셀의 수가 320×240개의 소자가 좌우로 정렬되어 있어야 하므로 그 영향은 크게 된다.
따라서, 본 발명에서는 sol-gel 법을 사용한다.
sol-gel법의 경우 출발원료들이 화학적으로 결합하여 반응하므로 조성의 불균일이 일어나지 않고 일정하게 된다. 그리고, 출발원료의 입자크기 또한 0.1㎛ 내외가 되어 하소온도를 낮출 수 있으며, 동일한 소성온도에서 우수한 특성의 세라믹소체를 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 sol-gel법을 통해 얻고자 하는 최종의 세라믹 파우더는 기 특허된 바와 같은 조성식을 만족하는 것으로서, 구체적으로는 티탄산바륨스트론튬(BaSrTiO3) 또는 티탄산바륨스트론튬칼슘(BaSrCaTiO3)를 주성분으로 하고, 탄산망간(MnCO3), 산화이트륨(Y2O3), 산화란탄(La2O3), 산화다이뮴(Dy2O3)을 부성분으로 구성된 조성을 갖는다.
(BaaSrbCac)(1-y)DyAxTi(1-x)Oa
상기 식에서, D는 Y2O3, La2O3또는 Dy2O3이고, A는 MnCO3이며, 55≤a≤70, 25≤b≤40, 0≤c≤15(a+b+c=100mol%), 0≤x≤0.2(mol%), 0≤y≤1.5(mol%)
이와같은 조성식을 만족하는 세라믹 파우더를 본 발명에서와 같이 sol-gel법을 통해 제조하는 방법을 구체적으로 살펴보면 도 2와 같다. 이를 참조하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 12∼15몰의 아세트산을 평량한 후 깔대기를 사용하여 서서히 반응조에 투입한다. 아세트산은 본 발명의 출발원료가 되는 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트, 칼슘 아세테이트 등을 용이하게 녹일 수 있는 용매로서 작용한다.
아세트산이 투입된 반응조에 본 발명의 출발원료인 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트, 칼슘 아세테이트를 평량하여 반응조에 넣고 열을 가하면서 마그네틱 바를 사용하여 회전시키면서 아세트산에 출발원료들이 잘 용해될 수 있도록 해준다.
그 다음, 반응조와 뚜껑을 결합한 후 온도계와 N2 가스 연결관, "ㅏ"자관, 배출용액 배출관을 연결한다.
이와같이 반응기를 연결한 후에 반응조 내로 N2가스를 일정량 흘려보내는데, 이는 반응물 사이에 공기와의 화학반응이 일어나지 않도록 하기 위한 것이다.
N2가스를 일정량 흘려보내면서 반응을 수행한 후 핫 플레이트 등을 사용하여 반응조 온도를 110∼120℃까지 승온시켜 반응물 내에 있던 수분과 아세트산 일부를 배출시킨다.
일정량의 수분과 아세트산이 배출되면 반응조 온도를 80℃ 정도로 낮추는데, 구체적으로는 5ℓ 반응조일 경우 약 500cc가 배출되면 온도를 80℃로 낮춘다.
한편, 별도로 Ti-이소프로폭사이드와 2MOE가 혼합물을 제조하는 바, 이때는 2-메톡시에탄올을 먼저 500㎖ 비이커에 평량한 후 이를 혼합하기 위한 비이커에 넣고, 여기에 Ti-이소프로폭사이드를 넣는 것이 바람직하다. 만일 Ti-이소프로폭사이드를 먼저 넣고 2-메톡시에탄올을 넣으면 공기와의 반응이 일어나 화학양론적인 균형이 깨지게 된다.
그 다음, 반응조 온도가 80℃에 도달하면 상기에서 얻어진 Ti-이소프로폭사이드와 2-메톡시에탄올이 혼합된 것을(미리 약 2시간 이상 혼합) 반응조 내에 투입한다. 이때 용액 색깔이 황금색을 띄어야 한다. 만일, 그렇지 않고 우유빛을 띄면 후과정에서 겔화가 일어나지 않는다.
그리고 나서, 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트 및 칼슘 아세테이트의 혼합물과 2-메톡시에탄올과 Ti-이소프로폭사이드의 혼합물을 약 40분∼1시간 동안 60∼80℃로 유지하면서 계속 믹싱한다.
반응이 충분히 일어난 1시간 후 (BaSrCa)TiO3용액에 2-메톡시에탄올과 순수를 2시간 가량 혼합한 용액을 반응조에 투입하여 겔화가 일어나도록 한다(약 2시간 소요).
겔화가 일어나면 100℃ 오븐에 넣어 건조시킨다.
상기와 같은 일련의 방법을 거쳐 겔 상태의 원료를 제작한 후 150℃에서 건조하여 건조 덩어리가 된 것을 750℃의 온도(기존의 산화물 하소 온도보다 350℃ 낮아짐)에서 하소를 진행한다.
이 하소된 분말 덩어리를 포트에 넣고 원료입자간 응집 현상을 막기 위해 에탄올을 용매로 사용하여 지르코니아 볼을 사용하여 미분쇄를 진행한다.
이때, 포트로는 통상 알루미나 포트를 사용하나, 본 발명에서는 우레탄 포트를 사용한다. 이는 불순물 혼입을 최대한 줄이기 위한 것으로서, 구체적으로 기존의 알루미나 포트는 분쇄시 포트 벽에서 불순물로 알루미나가 떨어져 나오나, 우레탄 포트에서는 우레탄 유기물이 불순물로 나온다. 우레탄 유기물은 하소를 진행하면 기화되어 모두 날아가므로 불순물로서 존재하지 않는다.
일반적으로 미분쇄된 파우더를 가지고 성형하기 위해서는 바인더, 예를들어 PVA 등을 첨가하여 그래뉼로서 제작하는 바, 이때 바인더는 소성시 유기물이 증발하면서 세라믹 소체 내부의 기공을 증가시키고 크기 또한 증가시키는 원인이 된다. 이를 위해 본 발명에서는 미분쇄된 파우더를 바인더 처리하지 않고 초음파로 성형하는 바, 이와같이 초음파로 성형하는 경우 소성 후에도 세라믹 소체 내부에서 발생하는 기공의 크기 및 수량이 감소되어 세라믹 소체가 구조적으로 경도가 증가하고 특성도 향상된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시 예 1∼10
다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 범위가 되도록 sol-gel법을 사용하여 본 발명의 세라믹 파우더를 제조하였다. 구체적인 제조방법은 다음과 같다.
아세트산 12∼15몰을 평량한 후 깔대기를 사용하여 서서히 5리터 반응조에 투입하였다.
상기 반응조에 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트, 칼슘 아세테이트를 평량하여 반응조에 투입하였다.
반응조와 뚜껑을 결합한 후 온도계와 N2가스 연결관, "ㅏ"자관, 배출용액 배출관을 연결하였다.
N2가스를 반응조 내부로 일정량을 흘려보내면서 핫 플레이트를 사용하여 반응조를 120℃까지 승온시켜 반응물 내에 있던 수분 및 아세트산 일부를 배출시켰다.
배출양이 500cc가 되면 온도를 80℃로 낮추었다.
한편, 2-메톡시에탄올을 먼저 500㎖ 비이커에 평량한 후, 여기에 Ti-이소프로폭사이드를 첨가하여 2시간 동안 혼합한 다음, 이를 반응조 온도가 80℃에 도달하였을 때 반응조 내에 투입하여 황금색이 되는 것을 확인하였다.
이를 약 1시간 동안 80℃로 유지하면서 계속 믹싱하였다.
반응이 충분히 일어난 1시간 후 (BaSrCa)TiO3용액에 2-메톡시에탄올과 순수를 2시간 가량 혼합한 용액을 상기 반응조에 투입하여 겔화가 일어나도록 하였다.
겔화가 일어나면 100℃ 오븐에 넣어 건조시킨다.
얻어진 겔화물을 약 1주일간 건조시킨 후 750℃에서 하소한 후, 미분쇄하여 입자크기 0.1㎛ 내외의 미세분말을 얻은 다음, 초음파를 사용하여 성형하였다. 그리고 나서, 1,450℃로, 1∼3시간 동안 소성하여, 은전극을 도포하여 초전특성 및 유전특성을 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
한편, 종래와 같은 산화물로의 제조는 다음 표 1의 조성으로 기 특허(대한민국특허 제286082호)의 방법에 따라 볼밀에 넣어 습식혼합한 후, 건조분쇄하고 여기에 바인더로서 PVA 205 1.5중량%를 첨가하여 100∼150㎛ 크기로 그래뉼을 제작하였다. 제작된 그래뉼을 사용하여 2.0톤/㎤ 압력을 인가하여 직경 Φ15.0, 두께 1.0mm 촌법으로 성형하였다. 성형 후 1,450℃로 소성하였으며, 은전극을 도포하여 초전특성 및 유전특성을 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
상기 표 1의 결과로부터, 동일 조성의 세라믹 유전체 파우더를 얻을 때 본 발명에서와 같이 바륨 아세테이트, 스트론튬 아세테이트, 칼슘 아세테이트를 출발원료로 하고 이를 아세트산에 용해시켜 sol-gel법으로 제조한 경우가 산화물법을 통해 얻어진 세라믹 소체에 비하여 유전 및 초전특성이 향상되었으며, 유전손실이감소함을 알 수 있다.
이와같은 초전특성의 향상이나 유전손실의 감소는 세라믹 파우더 제조시 조성의 균일성을 얻게 되어 분말입자가 미세해지고 그로 인해 소결체 내에 발생되는 기공의 크기와 수를 감소시킴으로써 단위면적당 기공의 밀도가 감소되므로 인한 결과로서, 소결밀도가 증가하므로 유전손실 또한 감소하여 전력 소모를 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 sol-gel법에 따라 얻어진 소성품과 산화물법에 따라 얻어진 소성품의 파단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하여 그 결과를 다음 도 3 및 4에 각각 나타내었다.
도 3은 sol-gel법에 따라 얻어진 소성품의 기공분포를 나타낸 것이고, 도 4는 종래의 산화물법에 따라 얻어진 소성품의 기공분포를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4의 결과로부터, 본 발명에 따라 sol-gel법을 통해 얻어진 소결체의 경우 기공의 크기나 그 수가 종래 산화물법을 통해 얻어진 소결체에 비하여 훨씬 작아지고 줄어듬을 알 수 있다. 결과적으로, 소결체의 기공의 크기 및 수가 감소되므로 적외선 검출소자로 제조하기 위한 후공정 진행시에 양품률을 증가시킬 수 있게 되고, 단위 면적당 기공의 밀도가 감소하므로 유전 및 초전특성의 향상을 도모할 수 있다. 그리고, 소결밀도가 증가하므로 유전손실이 감소하여 전력소모를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 sol-gel법에 따라 얻어진 하소되기전 원료와 종래의 산화물법에 따라 얻어진 하소되기 전의 원료를 온도변화에 따른 원료의 반응관계를 알아보기 위해 열분석을 관찰하였으며, 그 결과를 다음 도 5와 6에 나타내었다.
도 5는 본 발명에 다른 sol-gel법 열분석의 결과로서, 그 결과로부터 반응이 더 이상 일어나지 않고 무게변화도 일어나지 않는 약 750℃ 부근이 하소온도임을 알 수 있다.
도 6은 산화물법의 열분석 결과로서, 그 결과로부터 하소온도가 약 1,100℃임을 알 수 있다.
도 5와 6의 결과로부터, 본 발명에 따라 sol-gel법을 사용한 경우 하소온도가 종래 산화물법을 사용한 경우 1,100℃이던 것이 750℃로 낮아짐을 알 수 있는 바, 이는 세라믹 분말 제조시 조성의 균일성을 얻게 되고 분말 입자가 산화물혼합법을 통해 얻어진 것이 1㎛ 내외인 것과는 달리 미세(0.1㎛ 내외)해짐으로 인한 결과로 볼 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트, 칼슘아세테이트 등을 주성분의 출발원료로서 사용하고 이를 아세트산에 용해시켜 sol-gel법을 통해 세라믹 소결체를 제조하는 경우 조성의 균일성을 얻을 수 있고, 분말 입자가 산화물 혼합법을 통해 얻어진 것보다 미세하며, 입자크기가 감소되므로 하소온도를 750℃ 정도로 낮출 수 있고, 소체 내부에 기공의 크기나 수를 줄일 수 있고, 이로인해 적외선 검출소자로의 후공정 진행시에 양품률을 증가시킬 수 있고, 단위면적당 기공의 밀도가 감소하므로 유전 및 초전특성이 향상되며, 소결밀도가 증가되므로 유전손실이 감소되어 전력소모를 줄일 수 있는 비냉각 적외선 검출 소자를 제조할 수 있다.
Claims (5)
- 다음과 같은 조성식을 만족하며, 티탄산바륨스트론튬(BaSrTiO3) 또는 티탄산바륨스트론튬칼슘(BaSrCaTiO3)를 주성분으로 하고, 탄산망간(MnCO3), 산화이트륨(Y2O3), 산화란탄(La2O3), 산화다이뮴(Dy2O3)을 부성분으로 구성된 조성을 갖는 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법에 있어서,(BaaSrbCac)(1-y)DyAxTi(1-x)Oa상기 식에서, D는 Y2O3, La2O3또는 Dy2O3이고, A는 MnCO3이며, 55≤a≤70, 25≤b≤40, 0≤c≤15(a+b+c=100mol%), 0≤x≤0.2(mol%), 0≤y≤1.5(mol%)다음과 같은 일련의 방법을 포함하는 것임을 특징으로 하는 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법.12∼15몰의 아세트산을 평량한 후 반응조에 투입하는 단계;상기 반응조에 바륨아세테이트, 스트론튬 아세테이트 및 칼슘 아세테이트를 평량하여 투입하는 단계;N2가스를 반응조 내부로 일정량을 흘려보내면서 반응시키면서 반응조를 110∼120℃까지 승온시켜 수분 및 아세트산 일부를 배출시키는 단계;반응조의 온도를 60∼80℃로 낮추는 단계;상기 반응조에 Ti-이소프로폭사이드와 2-메톡시에탄올이 혼합된 것을 투입하는 단계;상기 반응조를 40분∼1시간 동안 60∼80℃로 유지하면서 계속 믹싱하는 단계;상기 반응조에 (BaSrCa)TiO3용액에 2-메톡시에탄올과 순수를 2시간 가량 혼합한 용액을 투입하여 겔화가 일어나도록 하는 단계;겔화된 것을 100℃ 오븐에 넣어 건조시키는 단계;상기 건조물을 하소한 후, 미분쇄, 초음파 성형 및 소성공정을 진행하는 단계.
- 제 1 항에 있어서, 건조물의 하소는 750℃에서 수행되는 것임을 특징으로 하는 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 미분쇄는 하소된 분말덩어리를 우레탄 포트에 넣고 에탄올을 용매로 사용하고, 지르코니아 볼을 사용하여 수행되는 것임을 특징으로 하는 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 미분쇄한 후의 입자크기는 0.1㎛ 내외인 것임을 특징으로 하는 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더의 제조방법.
- 제 1 항의 방법에 따라 얻어진 비냉각 적외선 검출소자용 초전체 세라믹 파우더.
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