KR20120029581A - High hardness abrasive grains and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A high-hardness abrasive grain and a manufacturing method thereof are provided to manufacture dense alumina since moisture is reduced through the heat treatment of sol and the pores of alumina are minimized through the hot pressing of gel. CONSTITUTION: A manufacturing method of a high-hardness abrasive grain is as follows. The source material of an abrasive is dispersed to solvent, so dispersed solution is manufactured. The source material including de-flocculant and a doping element is added to the dispersed solution to form sol. The sol is heat-treated, so the moisture in the sol is reduced. Gel formed by heat treatment is hot-pressed, the moisture and pores of gel are reduced. The gel is crushed and plasticized.

Description

고경도 연마재 지립 및 그 제조방법{High hardness abrasive grains and manufacturing method of the same}High hardness abrasive grains and manufacturing method of the same

본 발명은 연마재 지립 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연마재 소스물질을 포함하는 졸을 열처리 하여 수분을 감소시키고 겔을 열간 가압함으로써 알루미나의 기공을 최소화할 수 있어 내부에 기공이 잔존하지 않는 매우 치밀한 알루미나의 제조가 가능하며, 소성 온도를 기존 공정보다 낮출 수 있어 생산 단가를 낮출 수 있고, 높은 경도를 나타내는 고경도 연마재 지립의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고경도 연마재 지립에 관한 것이다.
The present invention relates to abrasive grains and a method of manufacturing the same, and more particularly, to reduce moisture by heat-treating a sol containing an abrasive source material and to minimize the pores of alumina by hot pressurizing the gel so that pores do not remain inside. It is possible to manufacture a very dense alumina, and the firing temperature can be lower than the existing process to lower the production cost, and to a method for producing a high hardness abrasive grain exhibiting a high hardness and to a high hardness abrasive grain produced thereby.

반도체, 선박, 부품 등의 산업이 발전하면서 연마재의 시장이 증가하고 있는 추세이다. 경박 단소의 제품군 형성에 의한 정밀가공 시장의 확대에 따라 연마재의 정밀도와 신뢰성이 요구되고 있다. As the semiconductor, ship, and parts industries develop, the market for abrasives is on the rise. Along with the expansion of the precision processing market by forming a light and thin product range, the precision and reliability of abrasives are required.

기존 용융 및 소결 알루미나 지립을 활용한 연마재의 경우 지립의 형상 및 크기 때문에 내구성 및 절삭율 향상에 많은 어려움이 나타난다. 연마 또는 연삭 시 지립 입자가 파손되어 지립이 탈락하는 경우 연삭면과 지립의 접촉이 불가능하여 연마 또는 연삭율이 저하되는 요인으로 꼽히고 있다. In the case of the abrasive using the conventional molten and sintered alumina abrasive grains, due to the shape and size of the abrasive grains, many difficulties appear in improving durability and cutting rate. When the abrasive grains are broken during grinding or grinding, and the abrasive grains fall out, the grinding surface and the abrasive grains cannot contact each other.

한편 스테인레스강, 티타늄, 니켈합금, 알루미늄 등으로 제조된 공작물의 연마를 위한 고기능성 연마 지립 개발이 요구되고 있다. 고기능성 연마 지립의 개발을 위한 연마재의 수명연장 및 내구성 향상, 가공 정도 향상은 신규 연마 지립의 개발이 필수적으로 여겨진다.On the other hand, the development of high-functional abrasive grains for polishing workpieces made of stainless steel, titanium, nickel alloys, aluminum, and the like is required. The development of new abrasive grains is considered essential to prolong the life of the abrasive, to improve the durability, and to improve the degree of processing for the development of highly functional abrasive grains.

일반적인 연삭숫돌의 구조는 결합체가 입자들을 잡고 있으며 입자 사이에 빈 공간이 존재한다. 이에 숫돌이 회전하면서 충격을 받게 되면 입자가 타락되는데, 일반적인 알루미나 지립은 입자 전체가 덩어리째로 타락하게 되어 수명이 짧다. 하지만 지립의 형상을 원소 도핑을 이용하여 덴드리머(Dendrimer) 형상으로 제조하면 숫돌이 회전하면서 받는 충격을 입자의 덴드리머(Dendrimer) 형상들이 받게 되어 가지가 하나씩 타락하기 때문에 수명이 증가하고 절삭효율이 높아진다.In general grinding wheel structures, the binder holds the particles and there is an empty space between them. When the wheel is impacted while the wheel is rotated, the particles are degraded. In general, the alumina abrasive grains are degraded in the mass and have a short lifespan. However, when the abrasive is manufactured in the dendrimer shape by elemental doping, the impact of the grinding wheel is received by the dendrimer shapes of the particles, and the branches are fallen one by one, thereby increasing the life and cutting efficiency.

특히, 알루미나 연마재는 인조다이아몬드 또는 CBN과 용융알루미나의 중간 특성을 갖고 있어 인조다이아몬드 또는 CBN과 용융알루미나 수요 일부를 대체하는 새로운 시장이 형성되고 있다.In particular, alumina abrasives have intermediate properties between artificial diamond or CBN and molten alumina, creating a new market to replace some of the demand for artificial diamond or CBN and molten alumina.

이에 따라 치밀하고 높은 경도를 나타내는 새로운 연마재의 개발이 요구되고 있다.
Accordingly, there is a demand for the development of new abrasives having high density and high hardness.

본 발명이 해결하려는 과제는 연마재 소스물질을 포함하는 졸을 열처리 하여 수분을 감소시키고 겔을 열간 가압함으로써 알루미나의 기공을 최소화할 수 있어 내부에 기공이 잔존하지 않는 매우 치밀한 알루미나의 제조가 가능하며, 소성 온도를 기존 공정보다 낮출 수 있어 생산 단가를 낮출 수 있고, 높은 경도를 나타내는 고경도 연마재 지립의 제조방법 및 이에 의해 제조된 고경도 연마재 지립을 제공함에 있다.
The problem to be solved by the present invention is to heat the sol containing the abrasive source material to reduce the moisture and to hot press the gel to minimize the pores of the alumina can be produced very dense alumina without pores remaining inside, It is possible to lower the firing temperature than the existing process to reduce the production cost, and to provide a method for producing a high hardness abrasive grain exhibiting a high hardness and a high hardness abrasive grain produced thereby.

본 발명은, (a) 연마재 소스물질을 용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계와, (b) 상기 분산액에 해교제 및 도핑원소를 포함하는 소스물질을 첨가하여 졸을 형성하는 단계와, (c) 상기 졸을 열처리하여 상기 졸에 함유된 수분 함량을 감소시키는 단계와, (d) 상기 열처리에 의해 형성된 겔을 열간 가압하여 상기 겔 내에 함유된 수분과 기공을 감소시키는 단계 및 (e) 열간 가압된 겔을 분쇄하고 소성하는 단계를 포함하는 고경도 연마재 지립의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (a) dispersing an abrasive source material in a solvent to prepare a dispersion, (b) adding a source material comprising a peptizing agent and a doping element to the dispersion to form a sol, (c) ) Heat treating the sol to reduce the water content contained in the sol; (d) hot pressing the gel formed by the heat treatment to reduce moisture and pores contained in the gel; and (e) hot pressing. It provides a method for producing a hard abrasive grains comprising the step of grinding and calcining the gel.

상기 해교제는 질산, 염산, 초산 및 브롬화수산 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 해교제의 pH는 1?4 범위인 것이 바람직하다.The peptizing agent is composed of at least one material selected from nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid and hydrobromic acid, and the pH of the peptizing agent is preferably in the range of 1-4.

상기 도핑원소는 란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄 중에서 선택된 1종 이상의 물질이고, 상기 도핑원소는 상기 연마재 지립에 대하여 0.01?10중량% 함유되는 것이 바람직하다.The doping element is at least one material selected from lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium, and the doping element is preferably contained in an amount of 0.01 to 10% by weight based on the abrasive grains.

상기 도핑원소를 포함하는 소스물질은 La(NO3)3?6H2O, Mg(NO3)2?6H2O, Y(NO3)3?6H2O 및 지르코늄 아세테이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것일 수 있다.Source material containing the doping element is La (NO 3) 3? 6H 2 O, Mg (NO 3) 2? 6H 2 O, Y (NO 3) 3? 6H 1 jong material or more selected from 2 O, and zirconium acetate It may be made of.

상기 열처리는 상기 용매의 끓는점과 같거나 낮은 온도에서 1분?48시간 동안 수행할 수 있다.The heat treatment may be performed for 1 minute to 48 hours at the same or lower temperature than the boiling point of the solvent.

상기 열간 가압은 100?450℃의 온도에서 0.1?10톤의 압력으로 1초?24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The hot press is preferably carried out for 1 second to 24 hours at a pressure of 0.1 ~ 10 tons at a temperature of 100 ~ 450 ℃.

상기 연마재 소스물질은 보헤마이트이고, 상기 고경도 연마재 지립은 코런덤(Corundum) 결정상을 이루는 알루미나 지립일 수 있다.The abrasive source material is boehmite, and the high hardness abrasive grain may be alumina abrasive grains forming a corundum crystal phase.

상기 (b) 단계에서 상기 분산액에 개질제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 개질제는 암모늄아세테이트, 에틸트리메틸아세테이트 및 메틸트리메틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질일 수 있다.The method may further include adding a modifier to the dispersion in step (b), wherein the modifier may be one or more substances selected from ammonium acetate, ethyltrimethyl acetate and methyltrimethyl acetate.

상기 (e) 단계에서 분쇄 후 소성 전에 열처리에 의해 가스를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 가스를 제거하는 단계는 800?1000℃의 온도에서 1분?12시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The step (e) may further include the step of removing the gas by heat treatment before firing after pulverization in step (e), the step of removing the gas is preferably performed for 1 minute to 12 hours at a temperature of 800 ~ 1000 ℃ .

상기 소성은 1250?1450℃의 온도에서 1분?6시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The firing is preferably performed for 1 minute to 6 hours at a temperature of 1250 ~ 1450 ℃.

또한, 본 발명은, 상기 고경도 연마재 지립의 제조방법에 의해 제조되고, 코런덤(Corundum) 결정상을 이루는 알루미나 지립으로서 란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄 중에서 선택된 1종 이상의 물질에 의해 덴드리머형 2차상이 형성되어 있는 고경도 연마재 지립을 제공한다.
In addition, the present invention is alumina abrasive grains produced by the manufacturing method of the above-mentioned hard abrasive abrasive grains, and form a corundum crystal phase, the dendrimer type secondary phase by at least one material selected from lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium It provides a high hardness abrasive grain formed.

본 발명에 의하면, 졸-겔법을 이용한 고경도 알루미나를 제조할 수 있다. 본 발명에서는 알루미나의 내부에 잔존하는 기공을 제거하여 치밀화를 증가시키기 위해 보헤마이트 졸의 열처리 공정과 보헤마이트 겔의 열간 가압 공정을 이용하였다. 알루미나의 내부에 잔존하는 기공들은 알루미나의 경도를 저하시키는 원인이 되기 때문에 이를 감소시키고자 하였으며, 보헤마이트 졸에 열처리를 하여 서서히 수분을 감소시킴으로써 알루미나의 기공을 줄일 수 있었으며, 또한 열간 가압하여 알루미나의 기공을 최소화할 수 있었다. 보헤마이트 겔을 열간 가압하는 경우 내부의 기공의 잔존하지 않고 매우 치밀한 알루미나의 제조가 가능하였으며, 이는 높은 경도를 나타내며 고경도 알루미나를 개발하였다.According to the present invention, high hardness alumina using the sol-gel method can be produced. In the present invention, the heat treatment process of boehmite sol and the hot pressurization process of boehmite gel were used to remove the pores remaining in the alumina to increase densification. The pores remaining in the alumina were to be reduced because it causes the hardness of the alumina, and the pores of the alumina were reduced by heat treatment on the boehmite sol to gradually decrease the moisture. Pore was minimized. When hot pressing the boehmite gel, it was possible to prepare very dense alumina without remaining pores in the interior, which showed high hardness and developed high hardness alumina.

또한, 본 발명에 의하면, 기존의 용융 및 소결 연마재의 분쇄 분급에 의한 지립 생산보다 단순해진 공정과 소성 온도 저하로 저가화 가능하고, 졸-겔법에 의한 연마재 지립은 겔의 수분감소 공정, 가압공정 등으로 기공을 제거하여 연삭, 연마재의 내구성과 절삭성이 향상되며, 이에 따라 가공 산업의 정밀도 향상이 가능하고, 기존 용융 및 소결 연마재의 지립 대체 효과가 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to lower the cost by a simpler process and a lower firing temperature than the conventional production of abrasive grains by grinding and sintering abrasives. By removing the pores to improve the durability and machinability of the grinding, abrasive, thereby improving the precision of the processing industry, there is an effect of replacing the abrasive grains of the existing molten and sintered abrasive.

또한, 연삭, 연마재 지립의 개발은 수입 대체 효과가 있고, 정밀가공분야의 정밀도 및 신뢰성 향상으로 인하여 부품산업의 활성화가 기대되며, 연삭(마)공정에서의 지립 탈락으로 인한 연삭(마)재 내구성 향상으로 비용 절감이 기대된다.
In addition, the development of grinding and abrasive abrasives has the effect of import substitution, and the parts industry is expected to be activated due to the improvement of precision and reliability in the precision processing field, and the durability of grinding materials due to the dropping of abrasive grains in the grinding (e) process. Improvements are expected to reduce costs.

도 1은 보헤마이트(RMP-10)의 결정상을 분석한 그래프이다.
도 2는 보헤마이트(RMP-10)의 미세조직을 보여주는 사진이다.
도 3은 해교제에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 보여주는 그래프이다.
도 4는 해교제에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 보여주는 그래프이다.
도 5는 해교제에 따른 소성 후 알루미나의 비표면적을 보여주는 그래프이다.
도 6은 해교제에 따른 하소 후 알루미나의 결정상을 보여주는 그래프이다.
도 7은 해교제에 따른 소성 후 알루미나의 결정상을 보여주는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 질산을 해교제로 활용한 소성 후 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 9a 및 도 9b는 염산을 해교제로 활용한 소성 후 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 10a 및 도 10b는 초산을 해교제로 활용한 소성 후 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 11a 및 도 11b는 브롬화수소산을 해교제로 활용한 소성 후 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 12a는 해교제에 따른 겔 건조 분말의 시차열분석 결과를 보여주는 그래프이고, 도 12b는 해교제에 따른 겔 건조 분말의 열중량분석 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 해교제에 따른 알루미나의 경도 그래프이다.
도 14는 개질제(Modifier)의 함량 변화에 따른 건조 분말의 비표면적을 보여주는 그래프이다.
도 15는 개질제가 2% 첨가된 건조 분말의 비표면적을 보여주는 그래프이다.
도 16은 개질제(Modifier)에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 그래프이다.
도 17은 증발 시간에 따른 보헤마이트 졸의 H2O 감소를 보여주는 그래프이다.
도 18은 보헤마이트 졸의 H2O 감소(15중량%) 공정에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 그래프이다.
도 19는 보헤마이트 졸의 H2O 감소(25중량%) 공정에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 그래프이다.
도 20은 교반기에 따른 하소 후 건조 분말의 비표면적을 보여주는 그래프이다.
도 21a는 초기 보헤마이트의 결정상을 보여주는 그래프이고, 도 21b는 하소 후 분말의 결정상을 보여주는 그래프이며, 도 21c는 소성 후 분말의 결정상을 보여주는 그래프이다.
도 22는 보헤마이트 졸의 교반 속도에 따른 하소 후 분말의 비표면적을 보여주는 그래프이다.
도 23a 및 도 23b는 교반 속도에 따른 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 24는 소성 후 제조된 알루미나의 형상과 단면관찰 모식도를 보여주는 도면이다.
도 25a 내지 도 25d는 교반 속도에 따른 알루미나의 형상을 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이다.
도 26은 보헤마이트 졸의 교반 속도에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 그래프이다.
도 27은 원소를 도핑하지 않은 경우의 알루미나 결정상을 보여주는 X-선 회절(X-ray Diffraction; XRD) 패턴이다.
도 28은 마그네슘(Mg)이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이다.
도 29는 란타늄(La)이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이다.
도 30은 이트륨(Y)이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이다.
도 31은 지르코늄이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이다.
도 32a 및 도 32b는 란타늄이 2중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 33a 및 도 33b는 란타늄이 3중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 34a 및 도 34b는 란타늄이 5중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 35a 및 도 35b는 마그네슘이 1중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 36a 및 도 36b는 마그네슘이 1.5중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 37a 및 도 37b는 마그네슘이 2중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 38a 및 도 38b는 이트륨이 2중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 39a 및 도 39b는 이트륨이 3중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 40a 및 도 40b는 이트륨이 4중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 41a 및 도 41b는 지르코늄이 0.4중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 42a 및 도 42b는 지르코늄이 0.7중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 43a 및 도 43b는 지르코늄이 1중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 44는 란타늄이 도핑된 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 45는 마그네슘이 도핑된 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 46은 이트륨이 도핑된 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 47은 지르코늄이 도핑된 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 48은 란타늄이 도핑된 알루미나의 경도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 49는 마그네슘이 도핑된 알루미나의 경도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 50은 이트륨이 도핑된 알루미나의 경도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 51은 지르코늄이 도핑된 알루미나의 경도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 52는 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 그래프이다.
도 53은 란타늄과 마그네슘이 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 54는 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 55는 란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄이 모두 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이다.
도 56은 란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄이 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.
도 57은 도핑원소 첨가에 따른 알루미나의 결정립과 인성 변화를 보여주는 사진
도 58은 가압에 따른 두께 변화를 보여주는 도면이다.
도 59는 보헤마이트 겔의 시차열 분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 60은 가압에 따른 알루미나의 결정상 분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 61a 및 도 61b는 가압에 따른 알루미나의 형상을 보여주는 도면이다.
도 62는 가압에 따른 알루미나의 비표면적을 보여주는 도면이다.
도 63은 가압에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 도면이다.
도 64는 가압에 따른 알루미나의 형상을 보여주는 도면이다.
도 65는 알루미나의 시차열분석(DTA) 결과를 보여주는 도면이다.
도 66은 가스 제거 실험 공정을 보여주는 도면이다.
도 67은 가스 제거 공정을 거치지 않은 알루미나 입자를 보여주는 사진이다.
도 68은 가스 제거 공정을 거친 알루미나 입자를 보여주는 사진이다.
도 69는 가스 제거 공정에 따른 경도 변화를 보여주는 도면이다.
도 70은 소성 공정에 따른 경도를 보여주는 도면이다.
도 71은 소성 유지시간에 따른 알루미나의 형상을 보여주는 도면이다.
도 72는 소성 유지시간에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 도면이다.
도 73은 소성 온도에 따른 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 도면이다.
도 74는 소성 온도에 따른 알루미나의 경도의 변화를 보여주는 도면이다.
1 is a graph analyzing the crystal phase of boehmite (RMP-10).
Figure 2 is a photograph showing the microstructure of boehmite (RMP-10).
3 is a graph showing the specific surface area of alumina after calcination according to the peptizing agent.
4 is a graph showing the specific surface area of alumina after calcination according to the peptizing agent.
5 is a graph showing the specific surface area of alumina after firing according to the peptizing agent.
6 is a graph showing the crystal phase of alumina after calcination according to the peptizing agent.
7 is a graph showing the crystal phase of alumina after firing according to the peptizing agent.
8A and 8B are photographs showing the shape of alumina after firing using nitric acid as a peptizing agent.
9A and 9B are photographs showing the shape of alumina after firing using hydrochloric acid as a peptizing agent.
10A and 10B are photographs showing the shape of alumina after firing using acetic acid as a peptizing agent.
11A and 11B are photographs showing the shape of alumina after firing using hydrobromic acid as a peptizing agent.
Figure 12a is a graph showing the differential thermal analysis of the gel dried powder according to the peptizing agent, Figure 12b is a graph showing the thermogravimetric analysis of the gel dry powder according to the peptizing agent.
13 is a hardness graph of alumina according to the peptizing agent.
14 is a graph showing the specific surface area of dry powders according to the content of modifiers.
15 is a graph showing the specific surface area of dry powder with 2% modifier added.
16 is a graph showing the hardness of alumina according to the modifier.
FIG. 17 is a graph showing H 2 O reduction of boehmite sol over evaporation time.
18 is a graph showing the hardness of alumina according to the H 2 O reduction (15% by weight) process of the boehmite sol.
19 is a graph showing the hardness of alumina according to the H 2 O reduction (25% by weight) process of the boehmite sol.
20 is a graph showing the specific surface area of dry powder after calcination with a stirrer.
Figure 21a is a graph showing the crystal phase of the initial boehmite, Figure 21b is a graph showing the crystal phase of the powder after calcination, Figure 21c is a graph showing the crystal phase of the powder after firing.
22 is a graph showing the specific surface area of the powder after calcination according to the stirring rate of the boehmite sol.
23a and 23b are photographs showing the shape of alumina according to the stirring speed.
24 is a view showing a schematic view and a cross-sectional view of the alumina prepared after firing.
25A to 25D are scanning electron microscope (SEM) images showing the shape of alumina according to the stirring speed.
26 is a graph showing the hardness of alumina according to the stirring rate of the boehmite sol.
FIG. 27 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing an alumina crystal phase when the element is not doped.
FIG. 28 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing the crystal phase of alumina doped with magnesium (Mg). FIG.
FIG. 29 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing the crystal phase of lanthanum (La) doped alumina.
30 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing the crystal phase of yttrium-doped alumina.
FIG. 31 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing the crystal phase of zirconium doped alumina.
32A and 32B are photographs showing the shape of alumina doped with 2% by weight of lanthanum.
33A and 33B are photographs showing the shape of alumina doped with lanthanum by 3% by weight.
34A and 34B are photographs showing the shape of alumina doped with 5 wt% lanthanum.
35A and 35B are photographs showing the shape of alumina doped with magnesium by 1% by weight.
36A and 36B are photographs showing the shape of alumina doped with 1.5 wt% magnesium.
37A and 37B are photographs showing the shape of alumina doped with magnesium by 2% by weight.
38A and 38B are photographs showing the shape of alumina doped with yttrium at 2% by weight.
39A and 39B are photographs showing the shape of alumina doped with yttrium 3% by weight.
40A and 40B are photographs showing the shape of alumina doped with yttrium at 4% by weight.
41A and 41B are photographs showing the shape of alumina doped with zirconium at 0.4% by weight.
42A and 42B are photographs showing the shape of alumina doped with zirconium 0.7 wt%.
43A and 43B are photographs showing the shape of alumina doped with zirconium by 1% by weight.
44 is a graph showing the density change of lanthanum-doped alumina.
45 is a graph showing the density change of magnesium doped alumina.
46 is a graph showing the density change of yttrium doped alumina.
47 is a graph showing the density change of zirconium doped alumina.
48 is a graph showing the change in hardness of lanthanum-doped alumina.
49 is a graph showing the change in hardness of magnesium doped alumina.
50 is a graph showing the hardness change of yttrium-doped alumina.
FIG. 51 is a graph showing a change in hardness of zirconium-doped alumina.
52 is a graph showing the crystal phase of alumina doped with lanthanum and magnesium, yttrium and zirconium.
53 is a photograph showing the shape of alumina doped with lanthanum and magnesium.
54 is a photograph showing the shape of alumina doped with yttrium and zirconium.
FIG. 55 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing the crystalline phase of alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium.
56 is a photograph showing the shape of alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium.
57 is a photo showing the grain and toughness change of the alumina with the addition of the doping element
58 is a view showing a change in thickness with pressure.
Fig. 59 shows the results of differential thermal analysis of boehmite gels.
60 is a view showing the results of the crystal phase analysis of alumina with pressing.
61A and 61B are views showing the shape of alumina under pressure.
62 is a view showing a specific surface area of alumina according to pressing.
63 is a view showing the hardness of alumina according to pressing.
64 is a view showing the shape of alumina under pressure.
65 is a diagram showing the result of differential thermal analysis (DTA) of alumina.
66 is a view showing a gas removal experiment process.
67 is a photograph showing alumina particles not subjected to the degassing process.
68 is a photograph showing alumina particles undergoing a gas removal process.
69 is a view illustrating a change in hardness according to the gas removing process.
70 is a view showing the hardness according to the firing process.
71 is a view showing the shape of alumina according to the firing holding time.
72 is a view showing the hardness of alumina according to the firing holding time.
73 is a view showing a density change of alumina according to firing temperature.
FIG. 74 is a view showing a change in hardness of alumina according to firing temperature. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified in various forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It doesn't happen.

본 발명에서는 도메인(Domain)형 연마재 입자를 개발하고자 한다. 이를 위해 본 발명은, (a) 연마재 소스물질을 용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계와, (b) 상기 분산액에 해교제 및 도핑원소를 포함하는 소스물질을 첨가하여 졸을 형성하는 단계와, (c) 상기 졸을 열처리하여 상기 졸에 함유된 수분 함량을 감소시키는 단계와, (d) 상기 열처리에 의해 형성된 겔을 열간 가압하여 상기 겔 내에 함유된 수분과 기공을 감소시키는 단계 및 (e) 열간 가압된 겔을 분쇄하고 소성하는 단계를 포함하는 고경도 연마재 지립의 제조방법을 제공한다.In the present invention, it is intended to develop domain abrasive particles. To this end, the present invention comprises the steps of (a) dispersing an abrasive source material in a solvent to prepare a dispersion, (b) adding a source material containing a peptizing agent and a doping element to the dispersion to form a sol, (c) heat treating the sol to reduce the water content contained in the sol; (d) hot pressing the gel formed by the heat treatment to reduce the moisture and pores contained in the gel; and (e) It provides a method for producing a hard abrasive abrasive grain comprising the step of pulverizing and calcining the hot press gel.

상기 해교제는 질산, 염산, 초산 및 브롬화수산 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 해교제의 pH는 1?4 범위인 것이 바람직하다.The peptizing agent is composed of at least one material selected from nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid and hydrobromic acid, and the pH of the peptizing agent is preferably in the range of 1-4.

상기 도핑원소는 란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄 중에서 선택된 1종 이상의 물질이고, 상기 도핑원소는 상기 연마재 지립에 대하여 0.01?10중량% 함유되는 것이 바람직하다.The doping element is at least one material selected from lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium, and the doping element is preferably contained in an amount of 0.01 to 10% by weight based on the abrasive grains.

상기 도핑원소를 포함하는 소스물질은 La(NO3)3?6H2O, Mg(NO3)2?6H2O, Y(NO3)3?6H2O 및 지르코늄 아세테이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것일 수 있다.Source material containing the doping element is La (NO 3) 3? 6H 2 O, Mg (NO 3) 2? 6H 2 O, Y (NO 3) 3? 6H 1 jong material or more selected from 2 O, and zirconium acetate It may be made of.

상기 열처리는 상기 용매의 끓는점과 같거나 낮은 온도에서 1분?48시간 동안 수행할 수 있다.The heat treatment may be performed for 1 minute to 48 hours at the same or lower temperature than the boiling point of the solvent.

상기 열간 가압은 100?450℃의 온도에서 0.1?10톤의 압력으로 1초?24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The hot press is preferably carried out for 1 second to 24 hours at a pressure of 0.1 ~ 10 tons at a temperature of 100 ~ 450 ℃.

상기 연마재 소스물질은 보헤마이트이고, 상기 고경도 연마재 지립은 코런덤(Corundum) 결정상을 이루는 알루미나 지립일 수 있다.The abrasive source material is boehmite, and the high hardness abrasive grain may be alumina abrasive grains forming a corundum crystal phase.

상기 (b) 단계에서 상기 분산액에 개질제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 개질제는 암모늄아세테이트, 에틸트리메틸아세테이트 및 메틸트리메틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질일 수 있다.The method may further include adding a modifier to the dispersion in step (b), wherein the modifier may be one or more substances selected from ammonium acetate, ethyltrimethyl acetate and methyltrimethyl acetate.

상기 (e) 단계에서 분쇄 후 소성 전에 열처리에 의해 가스를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 가스를 제거하는 단계는 800?1000℃의 온도에서 1분?12시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The step (e) may further include the step of removing the gas by heat treatment before firing after pulverization in step (e), the step of removing the gas is preferably performed for 1 minute to 12 hours at a temperature of 800 ~ 1000 ℃ .

상기 소성은 1250?1450℃의 온도에서 1분?6시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The firing is preferably performed for 1 minute to 6 hours at a temperature of 1250 ~ 1450 ℃.

이하에서, 본 발명의 일 예로서, 졸-겔(Sol-Gel)법을 활용한 알루미나계 연마재에 대하여 설명한다.Hereinafter, as an example of the present invention, alumina-based abrasives using the Sol-Gel method will be described.

보헤마이트(Aluminium Oxide Hydroxide)는 졸-겔(sol-gel)법으로 알루미나를 합성 시 용매와 혼합하여 보헤마이트 졸을 제조하는데 활용된다. 알루미나의 치밀화와 경도 향상을 위해서는 안정한 보헤마이트 졸을 제조하는 것이 가장 중요하다. 이에 안정하고 균일한 보헤마이트 졸을 제조하기 위해 사용되는 보헤마이트의 특성에 대하여 알아보았다. Boehmite (Aluminium Oxide Hydroxide) is used to prepare a boehmite sol by mixing alumina with a solvent during synthesis by a sol-gel method. For the densification and hardness improvement of alumina, it is most important to prepare a stable boehmite sol. The characteristics of the boehmite used to prepare a stable and uniform boehmite sol was investigated.

도 1은 보헤마이트(RMP-10)의 결정상을 분석한 그래프이고, 도 2는 보헤마이트(RMP-10)의 미세조직을 보여주는 도면이다. 보헤마이트(RMP-10)는 알루미늄 옥사이드 하이드록사이드(Aluminium Oxide Hydroxide)(AlO(OH))로 일반적인 보헤마이트의 결정상을 나타내었고, 원형의 입자들이 불균일한 크기로 분포되어 있었다. 이는 보헤마이트의 작은 입자들이 서로 뭉치는 형상에 의해 불균일한 크기로 관찰된 것으로 판단된다. 이에 알루미나 제조 시 균일한 보헤마이트 졸을 제조하기 위해서는 보헤마이트를 잘 분산시키는 공정이 중요하다. 보헤마이트(RMP-10)의 밀도는 루스 밀도(Loose density) 0.6~0.8 kg/d㎥, 탭밀도(Tapped density) 0.8~1.0 kg/d㎥으로 다른 보헤마이트보다 비교적 낮은 밀도를 나타내었다. 보헤마이트(RMP-10)의 평균 입자 크기는 20~40 ㎛로 나타났다.1 is a graph analyzing the crystal phase of boehmite (RMP-10), Figure 2 is a view showing the microstructure of the boehmite (RMP-10). Boehmite (RMP-10) is aluminum oxide hydroxide (AlO (OH)), which shows the crystal phase of a typical boehmite, and circular particles were distributed in uneven size. It is judged that the small particles of boehmite are observed in non-uniform size by the shape of agglomeration. Therefore, in order to prepare a uniform boehmite sol in the production of alumina, a process of dispersing boehmite is important. The density of boehmite (RMP-10) was relatively lower than that of other boehmites, with a loose density of 0.6-0.8 kg / dm 3 and a tapped density of 0.8-1.0 kg / dm 3. The average particle size of boehmite (RMP-10) was found to be 20-40 μm.

졸-겔(Sol-Gel법)을 활용한 고경도 알루미나 지립을 개발하기 위해 해교제에 따른 안정한 보헤마이트 졸(Sol)의 영향과 개질제(Modifier)에 따른 안정한 보헤마이트 졸(Sol)의 영향, 보헤마이트 졸의 H2O 감소에 따른 기공 제어, 교반속도에 따른 보헤마이트 졸의 안정화, 도핑 원소에 따른 알루미나의 특성, 가압에 의한 알루미나의 기공에 따른 경도 변화, 소성 온도 및 유지시간에 따른 경도 변화에 대하여 살펴본다.Influence of stable boehmite sol (Sol) according to peptizing agent and stable boehmite sol (Sol) according to modifier to develop high hardness alumina grains using sol-gel (Sol-Gel method), Pore control according to H 2 O reduction of boehmite sol, stabilization of boehmite sol according to stirring speed, characteristics of alumina according to doping element, hardness change according to porosity of alumina by pressurization, hardness according to firing temperature and holding time Look for change.

1. 해교제에 따른 안정한 보헤마이트 졸(sol) 형성1. Formation of stable boehmite sol according to peptizing agent

가. 용매가 에탄올인 보헤마이트 졸end. Boehmite Sol with Solvent Ethanol

안정한 보헤마이트 졸을 제조하기 위해 용매로 에탄올을 이용하여 보헤마이트 졸을 제조하였고, 해교제에 따른 변화를 알아보았다. 에탄올과 보헤마이트의 비율을 8:2로 하여 시간경과에 따른 변화를 관찰하였다. 초기 합성 후에 질산과 염산을 해교제로 사용한 경우 안정한 보헤마이트 졸상태를 유지하였고, 브롬화수소산은 반겔 상태로 빠르게 겔화가 진행되고 있었다. 한편, 황상, 인산, 초산이 해교제로 사용된 보헤마이트 졸은 층분리가 일어나며 안정한 졸로 제조되지 못하였다. 1시간이 경과한 후는 질산은 미미하게 겔화가 진행되어 반겔 상태로 존재하였고, 브롬화수소산은 완전히 겔화되었다. 염산과, 황산, 인산, 초산은 층분리가 일어났다. 2시간부터 5시간까지의 상태변화는 동일하세 질산은 반겔 상태를 유지하였으며, 브롬화수소산은 완전 겔화되었고, 염산과, 황산, 인산, 초산은 층분리가 일어났다. In order to prepare a stable boehmite sol, boehmite sol was prepared using ethanol as a solvent, and the change according to the peptizing agent was examined. The ratio of ethanol and boehmite was 8: 2, and the change over time was observed. In the case of using nitric acid and hydrochloric acid as the peptizing agent after the initial synthesis, stable boehmite sol state was maintained, and hydrobromic acid was rapidly gelling to a half-gel state. On the other hand, the boehmite sol in which sulfur phase, phosphoric acid, and acetic acid were used as peptizing agents could not be prepared as a stable sol due to layer separation. After 1 hour, nitric acid gelled slightly and remained in a gelled state, and hydrobromic acid gelled completely. Hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and acetic acid were separated. The change of state from 2 hours to 5 hours was the same. Nitric acid remained half-gel, hydrobromic acid was completely gelled, and hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and acetic acid were separated.

질산과 브롬화수소산을 해교제로 사용한 보헤마이트 겔을 하소시킨 알루미나의 비표면적을 알아보았다. 도 3은 해교제에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 보여주는 그래프이다. 에탄올과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제를 혼합한 후, 100℃에서 12시간 동안 건조한 다음, 분쇄하고 650℃에서 4시간 동안 하소한 후 비표면적을 측정하였다. The specific surface area of alumina calcined with boehmite gel using nitric acid and hydrobromic acid as peptide was investigated. 3 is a graph showing the specific surface area of alumina after calcination according to the peptizing agent. The peptizing agent was mixed in a dispersion mixture of ethanol and boehmite in a ratio of 8: 2 (weight ratio), dried at 100 ° C. for 12 hours, pulverized and calcined at 650 ° C. for 4 hours, and then measured for specific surface areas. .

그 결과 질산을 해교제로 사용한 알루미나는 177.74 m2g-1의 비표면적을 나타내었으며, 브롬화수소산을 해교제로 사용한 알루미나는 162.43 m2g-1의 비표면적을 나타내었다. 용매로 에탄올을 활용한 경우 브롬화수소산을 해교제로 이용하여 알루미나를 제조 시 가장 낮은 비표면적을 나타내는 것을 알 수 있었다. As a result, alumina using nitric acid as a peptizing agent showed a specific surface area of 177.74 m 2 g -1 , and alumina using hydrobromic acid as a peptizing agent showed a specific surface area of 162.43 m 2 g -1 . When ethanol was used as the solvent, it was found that hydrobromic acid was used as a peptizing agent to produce the lowest specific surface area when alumina was prepared.

나. 용매가 물(H2O)인 보헤마이트 졸I. Boehmite Sol with Solvent as Water (H 2 O)

앞서 보헤마이트 졸의 용매로 에탄올을 이용하여 해교제가 보헤마이트 졸의 안정화에 대하여 알아보았다. 아래는 용매로 물(H2O)을 이용하여 해교제가 보헤마이트 졸에 미치는 영향에 대하여 알아보았다.Previously, the peptizing agent was used to stabilize the boehmite sol by using ethanol as a solvent of the boehmite sol. Below, we investigated the effect of peptizing agent on boehmite sol using water (H 2 O) as a solvent.

보헤마이트 졸의 분산을 위해 해교제로 질산, 염산, 황산, 인산, 초산, 브롬화수소산을 활용하여 보헤마이트 졸에 미치는 해교반응을 관찰하였다. 보헤마이트와 H2O의 비율은 보헤마이트가 침전되지 않는 2:8의 비율로 제조하였고, pH는 2.5로 조절하였다. 조절 후에는 질산, 염산, 황산, 인산, 초산, 브롬화수소산 모두 안정한 보헤마이트 졸 상태를 유지하였다. 1시간 후 질산, 염산, 황산, 인산, 브롬화수소산은 안정한 보헤마이트 졸상태를 유지하였고, 초산은 겔화가 진행되었으며 황산의 경우 보헤마이트 졸 위로 층분리가 일어났다. 2시간 후 질산과 염산, 초산, 브롬화수소산은 겔화가 진행되었으며, 황산과 인산은 층분리가 일어났다. 3시간 후에는 질산, 염산, 브롬화수소산은 겔화가 진행중이고, 황산과 인산은 층분리가 일어났으며 초산은 완전겔화가 되었다. 4시간 후에는 질산, 염산, 황산, 브롬화수소산은 완전겔화가 일어났고, 황산과 인산은 층분리가 일어났다. 5시간 후는 그 전과 동일하게 질산, 염산, 황산, 브롬화수소산은 완전겔화가 일어났고, 황산과 인산은 층분리가 일어났다. 이에 따라 완전히 층분리가 일어난 황산과 인산은 보헤마이트 졸의 해교반응을 일으키기 위한 해교제로 사용하기에 부적합하다고 판단하였다. In order to disperse the boehmite sol, the peptizing reaction on the boehmite sol was observed using nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, and hydrobromic acid. The ratio of boehmite and H 2 O was prepared in a ratio of 2: 8 where boehmite did not precipitate, and the pH was adjusted to 2.5. After adjustment, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, and hydrobromic acid all maintained stable boehmite sol states. After 1 hour, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, and hydrobromic acid maintained stable boehmite sol state, acetic acid gelled, and sulfuric acid separated the layer above boehmite sol. After 2 hours, nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, and hydrobromic acid gelled, and sulfuric acid and phosphoric acid separated. After 3 hours, nitric acid, hydrochloric acid, and hydrobromic acid were gelled, sulfuric acid and phosphoric acid separated, and acetic acid was completely gelled. After 4 hours, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and hydrobromic acid completely gelled, and sulfuric acid and phosphoric acid separated. After 5 hours, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and hydrobromic acid were completely gelled, and sulfuric acid and phosphoric acid were separated. Accordingly, sulfuric acid and phosphoric acid, which had completely separated the layers, were found to be unsuitable for use as a peptizing agent for causing peptite reaction of boehmite sol.

이에 이 두 가지를 제외하고 층분리가 일어나지 않고 겔화되어 해교제로 적합한 질산, 염산, 황산, 브롬화수소산을 활용하여 연마재용 알루미나 지립을 제조하였고, 이에 대한 특성을 알아보기 위해 하소, 소성에 따른 비표면적, 점도, 결정상, 형상, 시차열분석, 경도를 분석하여 비교하였다.Except for these two types, alumina abrasive grains for abrasives were prepared using nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and hydrobromic acid, which were gelled without delamination, and the specific surface area according to calcination and calcination. The viscosity, crystal phase, shape, differential thermal analysis, and hardness were analyzed and compared.

(1) 해교제에 따른 알루미나의 비표면적(1) Specific surface area of alumina according to peptizer

해교제에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 알아보았다. 도 4는 해교제에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 보여주는 그래프이다. 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제를 혼합한 후, 100℃에서 12시간 동안 건조한 다음, 분쇄하고 650℃에서 4시간 동안 하소한 후 비표면적을 측정하였다. The specific surface area of alumina after calcination was investigated. 4 is a graph showing the specific surface area of alumina after calcination according to the peptizing agent. The peptizing agent was mixed with a dispersion mixture of water and boehmite at a ratio of 8: 2 (weight ratio), dried at 100 ° C. for 12 hours, pulverized and calcined at 650 ° C. for 4 hours, and then the specific surface area was measured. .

그 결과 질산을 해교제로 활용한 알루미나의 비표면적이 168.85 m2g- 1 으로 가장 낮은 값을 나타내었고, 초산을 해교제로 활용한 알루미나의 비표면적이 190.10 m2g- 1 으로 가장 높은 값을 나타내었다. 이에 해교제로 질산을 활용 시 보헤마이트 졸의 분산성을 향상시켜 하소 후 가장 치밀한 상태를 유지함을 알 수 있었다. As a result, the specific surface area of alumina using nitric acid as a peptising agent was the lowest as 168.85 m 2 g - 1, and the specific surface area of alumina using nitric acid as a peptising agent was 190.10 m 2 g - 1 . It was. Therefore, when nitric acid was used as peptizer, it was found that the dispersibility of boehmite sol was improved to maintain the most compact state after calcination.

앞서 해교제에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 살펴보았고, 소성 후 알루미나의 비표면적에 대해서 알아보았다. 도 5는 해교제에 따른 소성 후 알루미나의 비표면적을 보여주는 그래프이다. 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제를 혼합한 후, 100℃에서 12시간 동안 건조한 다음, 분쇄하고 650℃에서 4시간 동안 하소하고, 1350℃에서 10분 동안 소성한 후 비표면적을 측정하였다. The specific surface area of alumina after calcination according to the peptizing agent was examined, and the specific surface area of alumina after calcining was investigated. 5 is a graph showing the specific surface area of alumina after firing according to the peptizing agent. The peptizing agent was mixed in a dispersion mixture of water and boehmite in a ratio of 8: 2 (weight ratio), dried at 100 ° C. for 12 hours, then pulverized and calcined at 650 ° C. for 4 hours, and 10 minutes at 1350 ° C. After firing for a specific surface area was measured.

하소 후와 마찬가지로 질산을 해교제로 활용한 알루미나의 비표면적이 2.10 m2g-1 으로 가장 낮은 값을 나타내었다. 그리고 염산을 해교제로 활용한 알루미나는 비표면적이 2.56 m2g-1 으로 가장 높은 값을 나타내었다. 이에 해교제로 질산을 활용 시 보헤마이트 졸의 분산성을 향상시켜 하소 후는 물로 소성 후에도 가장 치밀한 상태를 유지함을 알 수 있었다.As with calcination, the specific surface area of alumina using nitric acid as peptizing agent was 2.10 m 2 g -1, which was the lowest. Alumina using hydrochloric acid as the peptizing agent had the highest specific surface area of 2.56 m 2 g -1 . Thus, when nitric acid was used as a peptizing agent, the dispersibility of the boehmite sol was improved, and after calcining, it was found that the most compact state was maintained even after calcining with water.

(2) 해교제에 따른 알루미나의 결정상 (2) Crystal phase of alumina according to peptizer

해교제에 따른 알루미나의 결정상 변화를 알아보았다. 도 6은 해교제에 따른 하소 후 알루미나의 결정상을 보여주는 그래프로서, 도 6에 도시된 그래프는 각각 아래쪽으로부터 질산, 염산, 초산, 브롬화수소산을 사용한 경우에 대한 것이다. 도 7은 해교제에 따른 소성 후 알루미나의 결정상을 보여주는 그래프로서, 도 7에 도시된 그래프는 각각 아래쪽으로부터 질산, 염산, 초산, 브롬화수소산을 사용한 경우에 대한 것이다. The change of crystal phase of alumina according to peptizing system was investigated. Figure 6 is a graph showing the crystal phase of alumina after calcination according to the peptizing agent, the graph shown in Figure 6 is for the case of using nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, hydrobromic acid from the bottom, respectively. 7 is a graph showing the crystal phase of alumina after firing according to the peptizing agent, and the graph shown in FIG. 7 is for the case where nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid and hydrobromic acid are used from the bottom.

하소 후 해교제에 따른 알루미나의 결정상은 질산, 염산, 초산, 브롬화수소산 모두 Al2O3 상이 생성되었고, 소성 후 알루미나의 결정상은 코런덤(Corundum)상이 주 피크(peak)로 나타났고, LaMaAl11O19의 2차상이 생성되었다. 질산, 염산, 초산, 브롬화수소산 모두 결정상은 동일하게 나타났지만, 강도(Intensity)의 차이가 관찰되었다. 하소 후 알루미나 결정상의 경우 질산, 초산, 브롬화수소산이 사용된 경우의 강도(Intensity)는 유사하게 나타났고, 염산이 사용된 경우의 강도(Intensity)가 작게 나타났다. 소성 후에는 질산, 염산, 브롬화수소산이 사용된 경우의 강도(Intensity)는 유사하고, 초산이 사용된 경우의 강도(Intensity)가 다소 작게 나타나는 것을 알 수 있었다. After calcination, the crystal phase of alumina according to the peptizing agent is Al 2 O 3 for nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, and hydrobromic acid. A phase was formed, and after calcination, the alumina crystal phase showed a corundum phase as a main peak, and a secondary phase of LaMaAl 11 O 19 was formed. Nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, and hydrobromic acid all showed the same crystal phase, but differences in intensity were observed. In the case of alumina crystal phase after calcination, the intensity (intensity) when nitric acid, acetic acid, and hydrobromic acid were used was similar, and the intensity (Intensity) when hydrochloric acid was used was small. After firing, the intensity (intensity) when nitric acid, hydrochloric acid, and hydrobromic acid were used was similar, and the intensity (Intensity) when nitric acid was used was found to be somewhat small.

(3) 해교제에 따른 알루미나의 형상(3) Shape of Alumina According to Peptizer

해교제에 따른 알루미나의 형상을 500배, 2000배의 동일한 배율로 비교하여 나타내었다. 도 8a 및 도 8b는 질산을 해교제로 활용한 소성 후 알루미나의 형상을 보여주는 사진이고, 도 9a 및 도 9b는 염산을 해교제로 활용한 소성 후 알루미나의 형상을 보여주는 사진이며, 도 10a 및 도 10b는 초산을 해교제로 활용한 소성 후 알루미나의 형상을 보여주는 사진이고, 도 11a 및 도 11b는 브롬화수소산을 해교제로 활용한 소성 후 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다.The shape of the alumina according to the peptizing agent is shown by comparison at the same magnification of 500 times and 2000 times. 8A and 8B are photographs showing the shape of alumina after firing using nitric acid as a peptizing agent, and FIGS. 9A and 9B are photographs showing the shape of alumina after firing utilizing hydrochloric acid as a peptizing agent, and FIGS. 10A and 10B 11 is a photograph showing the shape of alumina after firing using acetic acid as a peptizing agent, and FIGS. 11A and 11B are photographs showing the shape of alumina after firing using hydrobromic acid as a peptizing agent.

질산을 해교제로 활용한 알루미나는 2000배의 배율에서는 기공들이 관찰되지 않고, 500배의 배율에서는 소량의 작은 기공들이 존재하지만 비교적 치밀한 형상이 관찰되었다. 염산을 해교제로 활용한 알루미나는 크고 작은 불균일한 기공들이 다수 존재하였다. 초산을 해교제로 활용한 알루미나 역시 기공들이 관찰되었으나, 염산을 해교제로 활용한 알루미나의 기공보다는 작고 분도 또한 적었다. 마지막으로 브롬화수소산을 해교제로 활용한 알루미나는 큰 형태의 기공이 존재하였고, 고르게 분포되어 있었다. 기공의 양에 따른 분포도는 염산>브롬화수소산>초산>질산 순으로 나타났다. 이에 질산을 해교제로 활용한 경우 기공이 거의 없는 치밀한 알루미나 지립을 제조 가능함을 알 수 있다. In the alumina using nitric acid as a peptizing agent, pores were not observed at 2000 times magnification, and small pores were observed at 500 times magnification, but a relatively compact shape was observed. Alumina using hydrochloric acid as a peptizing agent has a large number of non-uniform pores. Porosity was also observed in alumina using acetic acid as a peptizer, but it was smaller and less powdery than that of alumina using hydrochloric acid as peptizer. Finally, alumina using hydrobromic acid as peptizing agent had large pores and was evenly distributed. The distribution according to the amount of pores was found in the order of hydrochloric acid> hydrobromic acid> acetic acid> nitric acid. In this case, when nitric acid is used as a peptizing agent, it can be seen that it is possible to manufacture dense alumina granules having almost no pores.

(4) 해교제에 따른 겔 건조 분말의 시차열분석(4) Differential Thermal Analysis of Gel Dried Powder According to Peptizers

해교제에 따른 알루미나의 시차열분석과 열중량 변화를 알아보았다. 도 12a는 해교제에 따른 겔 건조 분말의 시차열분석 결과를 보여주는 그래프이고, 도 12b는 해교제에 따른 겔 건조 분말의 열중량분석 결과를 보여주는 그래프이다. Differential thermal analysis and thermogravimetric change of alumina according to peptizing agent were investigated. Figure 12a is a graph showing the differential thermal analysis of the gel dried powder according to the peptizing agent, Figure 12b is a graph showing the thermogravimetric analysis of the gel dry powder according to the peptizing agent.

질산, 염산, 초산, 브롬화수소산이 활용된 알루미나 모두 온도가 증가함에 따라 중량이 감소하였다. 특히, 200℃ 에서 500℃ 사이에 가파른 곡선을 나타내며 급격한 중량감소가 나타났다. 각 해교제에 따른 중량감소량을 비교한 결과, 질산을 해교제로 활용한 알루미나가 26.06% 로 가장 크게 감소되었다. 염산을 해교제로 활용한 알루미나는 22.19% 감소하였고, 초산을 해교제로 활용한 알루미나는 23.79% 감소하였다. 또한 브롬화수소산을 해교제로 활용한 알루미나는 23.12% 감소하였다. 이와 같은 중량 감소는 알루미나를 제조 시 첨가되는 도핑원소, 해교제 등의 영향으로 내부에 잔존하던 OH 등의 유기 가스(gas)들이 배출되는 것으로, 질산을 해교제로 활용하는 경우 가장 많은 가스를 배출함으로써 알루미나 내부의 기공량을 최소화하는데 도움을 준 것으로 판단된다.Nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, and alumina utilizing hydrobromic acid all decreased with increasing temperature. In particular, steep curves were shown between 200 ° C and 500 ° C, resulting in a sharp weight loss. As a result of comparing the weight loss by each peptizer, the alumina using nitric acid as peptizer was the biggest decrease to 26.06%. Alumina using hydrochloric acid as a peptising agent decreased 22.19%, and alumina using acetic acid as a peptising agent decreased 23.79%. In addition, alumina using hydrobromic acid as a peptizing agent decreased by 23.12%. This weight reduction is the release of organic gases such as OH remaining inside due to the doping element and the peptizer added during the manufacture of alumina, and when the nitric acid is used as the peptizer, the most gas is discharged. It is thought to help minimize the amount of pores inside the alumina.

(5) 해교제에 따른 알루미나의 경도(5) hardness of alumina according to peptizing agent

해교제에 따른 알루미나의 경도에 대하여 알아보았다. 도 13은 해교제에 따른 알루미나의 경도 그래프이다. 하중은 200g/f로 10초간 5회 측정 후 평균값을 활용하였다. 질산을 해교제로 활용한 알루미나의 경도는 18.26 ㎬을 나타내었고, 염산을 해교제로 활용한 알루미나의 경도는 12.34 ㎬로 나타났다. 초산을 해교제로 활용한 알루미나의 경도는 16.71㎬ 으로 측정되었으며, 브롬화수소산을 해교제로 활용한 알루미나는 14.59 ㎬의 경도를 나타내었다. 4가지의 해교제 중 질산을 해교제로 활용한 알루미나의 경도가 가장 높은 값을 나타내었고, 염산을 해교제로 활용한 알루미나의 경도가 가장 작은 값을 나타내었다. 이에 알루미나의 경도 향상에 해교제로 질산이 활용된 경우 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. The hardness of alumina according to peptizing agent was investigated. 13 is a hardness graph of alumina according to the peptizing agent. The load was 200g / f and the average value was used after measuring 5 times for 10 seconds. The hardness of alumina using nitric acid as peptizing agent was 18.26 ,, and the hardness of alumina using hydrochloric acid as peptizer was 12.34 ㎬. The hardness of alumina using acetic acid as a peptizing agent was measured to be 16.71㎬, and the alumina using hydrobromic acid as a peptizing agent showed a hardness of 14.59㎬. Among the four peptising agents, the hardness of alumina using nitric acid as the peptising agent was the highest, and the hardness of the alumina using hydrochloric acid as the peptising agent was the smallest. Therefore, the use of nitric acid as a peptizing agent to improve the hardness of alumina seems to have the greatest effect.

보헤마이트 졸의 분산성에 영향을 미치는 해교제에 대하여 알아보았다. 질산, 염산, 초산, 브롬화수소산의 4가지 해교제에 따라 각기 다른 특성을 나타내었다. 결정상은 동일한 결정상을 나타내지만, 활용된 해교제에 따라 강도(Intensity)가 변화 하였다. 각 해교제에 따른 형상은 질산을 해교제로 활용된 경우 가장 적은 기공량을 보이며 치밀하게 소결됨을 알 수 있었다. 이는 비표면적 측정 결과에서도 알 수 있는데, 하소 후와 소성 후 모두 가장 낮은 비표면적을 나타내며 치밀화도가 높은 것을 확인하였다. 또한 시차열분석에 따른 중량 감소에서도 질산이 해교제로 활용된 알루미나의 경우 26.06% 감소하며 알루미나 입자 내부의 가스들이 다량 배출되었다. 이에 따라 알루미나의 경도가 18.26 ㎬ 로 4가지 해교제 중 가장 높은 경도를 나타내며 고경도 알루미나 형성에 영향을 미침을 알 수 있다.Peptides affecting the dispersibility of boehmite sol were investigated. The four peptizing agents of nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid and hydrobromic acid showed different characteristics. The crystal phase showed the same crystal phase, but the intensity changed according to the peptizing agent used. The shape of each peptising agent was found to be sintered densely with the smallest pore amount when nitric acid was used as the peptizing agent. This can be seen in the specific surface area measurement results. It was confirmed that both the calcination and the firing showed the lowest specific surface area and the degree of densification was high. In addition, the weight reduction according to the differential thermal analysis decreased 26.06% in the case of alumina in which nitric acid was used as a peptizing agent. As a result, the hardness of alumina is 18.26 를, which indicates the highest hardness among the four peptizing agents and affects the formation of high hardness alumina.

2. 개질제(Modifier)에 따른 안정한 보헤마이트 졸(Sol) 형성2. Formation of Stable Boehmite Sols by Modifier

알루미나는 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제인 질산(HNO3)(pH 2.5)과 개질제(Modifier)를 혼합한 후, 100℃에서 12시간 동안 건조한 다음, 분쇄하고 650℃에서 4시간 동안 하소하고, 1350℃에서 10분 동안 소성하여 제조하였다. Alumina was mixed with a solution of nitric acid (HNO 3 ) (pH 2.5) and a modifier in a dispersion mixture of water and boehmite in a ratio of 8: 2 (by weight), and then dried at 100 ° C. for 12 hours. It was prepared by grinding and calcining at 650 ° C. for 4 hours and calcining at 1350 ° C. for 10 minutes.

다음은 개질제(Modifier) 중 암모늄아세테이트(Ammonium acetate; CH3CO2NH4)의 함량 변화에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 나타낸 것이다.The following shows the specific surface area of alumina after calcination according to the change of the content of ammonium acetate (CH 3 CO 2 NH 4 ) in the modifier.

개질제(Modifier) 중 암모늄아세테이트의 함량 변화에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 측정하였다. 도 14는 개질제(Modifier)의 함량 변화에 따른 건조 분말의 비표면적을 보여주는 그래프이다. 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제인 질산(HNO3)과 개질제(Modifier)를 혼합한 후, 100℃에서 12시간 동안 건조한 다음, 분쇄하고 650℃에서 4시간 동안 하소한 후 비표면적을 측정하였다. The specific surface area of alumina was measured after calcination according to the change of the ammonium acetate content in the modifier. 14 is a graph showing the specific surface area of dry powders according to the content of modifiers. To the dispersion mixture of water and boehmite in a ratio of 8: 2 (weight ratio), nitric acid (HNO 3 ), a peptizer, and a modifier were mixed, dried at 100 ° C. for 12 hours, then pulverized and 4 at 650 ° C. The specific surface area was measured after calcination for hours.

암모늄아세테이트가 첨가되지 않은 경우 173.15 m2g-1의 비표면적이 측정되었고, 암모늄아세테이트의 함량이 1%~5%로 증가함에 따라 1% 첨가된 경우 169.76 m2g-1, 2%는 168.96 m2g-1, 3%는 171.22 m2g-1, 4%는 171.73 m2g-1, 5%도 171.73 m2g-1의 비표면적을 나타내었다. 이에 암모늄아세테이트가 2% 첨가된 경우 가장 낮은 비표면적을 나타내며, 낮은 기공율을 나타냄을 알 수 있었다.The specific surface area of 173.15 m 2 g -1 was measured when no ammonium acetate was added, and 169.76 m 2 g -1 and 2% was 169.76 m 2 g -1 when the ammonium acetate content increased from 1% to 5%. m 2 g -1 , 3% is 171.22 m 2 g -1 , 4% has a specific surface area of 171.73 m 2 g -1 , 5% and 171.73 m 2 g -1 . When 2% of ammonium acetate was added, it showed the lowest specific surface area and low porosity.

다음은 개질제(Modifier) 중 암모늄아세테이트, 에틸트리메틸아세테이트(Ethyl trimethyl acetate), 메틸트리메틸아세테이트(Methyl trimethyl acetate)를 2% 첨가하여 비표면적을 비교한 것이다. 개질제(Modifier)로 암모늄아세테이트, 에틸트리메틸아세테이트, 메틸트리메틸아세테이트를 활용한 알루미나의 비표면적을 알아보았다. 도 15는 개질제가 2% 첨가된 건조 분말의 비표면적을 보여주는 그래프로서, 도 15에서 첫번째 그래프는 개질제로 암모늄아세테이트가 사용된 경우이고, 두번째 그래프는 개질제로 에틸트리메틸아세테이트가 사용된 경우이며, 세번째 그래프는 개질제로 메틸트리메틸아세테이트가 사용된 경우이다. Next, the specific surface area was compared by adding 2% of ammonium acetate, ethyl trimethyl acetate, and methyl trimethyl acetate in modifiers. The specific surface area of alumina using ammonium acetate, ethyltrimethyl acetate and methyltrimethyl acetate as modifiers was investigated. FIG. 15 is a graph showing a specific surface area of a dry powder to which a modifier is added 2%. In FIG. 15, a first graph is used when ammonium acetate is used as a modifier, and a second graph is used when ethyltrimethyl acetate is used as a modifier. The graph shows the case where methyltrimethyl acetate is used as the modifier.

개질제 중에서 에틸트리메틸아세테이트를 첨가한 알루미나의 비표면적이 164.52 m2g-1 으로 가장 낮게 나타났고, 암모늄아세테이트를 사용한 경우가 168.96 m2g-1 을 나타내었으며, 메틸트리메틸아세테이트를 사용한 경우가 169.72 m2g-1 으로 가장 높은 비표면적을 나타내었다. 이에 에틸트리메틸아세테이트를 첨가한 알루미나의 기공율이 가장 낮을 것으로 예상된다.If the specific surface area of the alumina was added to ethyl acetate in trimethyl modifier showed the lowest to 164.52 m 2 g -1, a case of using ammonium acetate showed a 168.96 m 2 g -1, with methyl trimethyl acetate is 169.72 m The highest specific surface area was shown as 2 g -1 . The porosity of alumina added with ethyltrimethyl acetate is expected to be the lowest.

개질제(Modifier)에 따른 알루미나의 경도 결과를 나타내었다. 도 16은 개질제(Modifier)에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 그래프이다. 개질제(Modifier)의 유무에 따른 경도는 개질제(Modifier)가 포함되지 않은 경우(도 16에서 가장 아래에 나타난 그래프) 약간의 경도 차이가 나타남을 알 수 있었다. 또한 암모늄아세테이트와 에틸트리메틸아세테이트 중에서 에틸트리메틸아세테이트가 활용된 알루미나의 경도가 가장 높을 것을 알 수 있었다.The hardness results of the alumina according to the modifier are shown. 16 is a graph showing the hardness of alumina according to the modifier. The hardness according to the presence of modifier (Modifier) was found to have a slight difference in hardness when the modifier (Modifier) is not included (graph shown at the bottom in FIG. 16). In addition, it was found that the hardness of the alumina utilizing ethyltrimethyl acetate was the highest among the ammonium acetate and the ethyltrimethyl acetate.

3. 보헤마이트 졸의 H2O 감소에 따른 경도 변화3. Hardness change with decreasing H 2 O of boehmite sol

보헤마이트 졸을 제조 시 80% 정도가 H2O이다. 이러한 H2O은 대부분 건조 단계에서 증발하지만, 입자 내부에 기공의 형태로 잔존할 가능성이 있다. 이에 알루미나의 치밀화 전에 H2O의 잔류량을 감소시키고자 교반하면서 열을 가해주는 공정을 활용하였다. H2O은 100℃ 이상의 온도에서는 격하게 증발되어 보헤마이트 겔이 바로 건조되어 버린다. 반면 50℃의 중온에서는 보헤마이트 졸이 안정한 졸 상태를 유지하며 H2O만 서서히 증발하게 된다. 이에 이 공정을 활용하여 알루미나의 기공을 감소시키고자 하였다.About 80% of the boehmite sol is H 2 O. Most of these H 2 O evaporate at the drying stage, but there is a possibility of remaining in the form of pores inside the particles. In order to reduce the residual amount of H 2 O prior to the densification of the alumina, a process of applying heat while stirring was used. H 2 O evaporates violently at a temperature of 100 ° C. or higher, and the boehmite gel is immediately dried. On the other hand, at 50 ° C., the boehmite sol maintains a stable sol state and only H 2 O evaporates slowly. Therefore, this process was used to reduce the porosity of alumina.

보헤마이트 졸의 H2O 감소에 따른 알루미나 지립의 경도 변화에 대해 알아보았다. 이 공정에서는 100℃ 이상에서는 빠르게 증발되고, 이보다 약간 늦은 온도에서는 서서히 증발되는 H2O의 성질을 이용하였다. We investigated the hardness change of alumina abrasive grains with decreasing H 2 O of boehmite sol. In this process, the property of H 2 O that evaporates rapidly above 100 ° C. and slowly evaporates at a slightly later temperature is used.

도 17은 증발 시간에 따른 보헤마이트 졸의 H2O 감소를 보여주는 그래프이고, 도 18은 보헤마이트 졸의 H2O 감소(15중량%) 공정에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 그래프이다. 도 17 및 도 18을 참조하면, H2O 감소량은 50℃의 온도를 기분으로 매 시간마다 5 중량%씩 감소하였다. 1시간 후에는 5 중량%, 2시간 후에는 10 중량%, 3시간 후에는 15 중량%로 감소하였고, 4시간 후에는 안정한 졸상태를 유지하지 못하고 겔화되었다. 이에 3시간 동안 가열하며 교반하여 보헤마이트 졸의 H2O를 감소시켰다. 그 결과 알루미나 입자 내부의 기공이 제거되고 18.91 ㎬의 높은 값을 나타내며 경도가 향상되었다. 17 is a graph showing the H 2 O reduction of the boehmite sol with evaporation time, Figure 18 is a graph showing the hardness of the alumina according to the H 2 O reduction (15% by weight) process of the boehmite sol. Referring to FIGS. 17 and 18, the amount of H 2 O decrease was reduced by 5 wt% every hour with a temperature of 50 ° C. After 1 hour, the weight was reduced to 5% by weight, after 2 hours to 10% by weight, after 3 hours to 15% by weight, and after 4 hours, the gel was not maintained in a stable sol state. This was followed by heating and stirring for 3 hours to reduce the H 2 O of the boehmite sol. As a result, the pores inside the alumina particles were removed, showing a high value of 18.91 mm 3, and the hardness was improved.

이에 따라 수분감소가 알루미나의 경도에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이에 수분감소량을 증가시키고자 온도를 조절하였다. 50℃의 온도에서 3시간 유지 후 45℃로 온도를 감소시킨 경우 2시간 동안 유지하여 수분감소량을 최대 25중량%로 증가시켰다. 도 19는 보헤마이트 졸의 H2O 감소(25중량%) 공정에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 그래프이다. 도 19를 참조하면, 그 결과 알루미나 입자의 기공이 감소함에 따라 알루미나의 치밀화가 증가되어 경도가 19.63㎬으로 향상되었다. As a result, it was found that the decrease in moisture significantly affected the hardness of the alumina. The temperature was adjusted to increase the amount of moisture reduction. When the temperature was reduced to 45 ° C. after 3 hours of holding at a temperature of 50 ° C., the amount of water reduction was increased to 25% by weight. 19 is a graph showing the hardness of alumina according to the H 2 O reduction (25% by weight) process of the boehmite sol. Referring to FIG. 19, as a result, as the pores of the alumina particles decreased, the densification of the alumina was increased to improve the hardness to 19.63 kPa.

4. 교반 속도에 따른 보헤마이트 졸의 안정화4. Stabilization of boehmite sol according to the stirring speed

실험과정에서 교반속도가 보헤마이트 졸의 안정화에 영향을 미치는 것을 알아보기 위해 1000rpm으로 회전하는 교반기와 2000rpm 이상으로 회전되는 고속교반기로 교반하고, 하소 후 알루미나의 비표면적을 알아보았다.In order to investigate the influence of the stirring speed on the stabilization of the boehmite sol during the experiment, the agitator was rotated at 1000 rpm and the high speed stirrer was rotated at 2000 rpm or more, and then the specific surface area of the alumina was investigated.

교반기와 고속교반기에 따른 하소 후 알루미나의 비표면적을 알아보았다. 도 20은 교반기에 따른 하소 후 건조 분말의 비표면적을 보여주는 그래프이다. 건조 분말은 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제인 질산(HNO3)(pH 2.5)과 개질제(Modifier)를 혼합하여 교반기로 교반한 후, 100℃에서 12시간 동안 건조한 다음, 분쇄하고 650℃에서 4시간 동안 하소하여 제조하였다. 그 결과 교반기를 사용한 알루미나는 233.01, 고속교반기를 이용한 알루미나는 173.15의 비표면적을 나타내며 교반속도가 증가함에 따라 알루미나의 치밀화가 향상되어 비표면적이 감소하는 것을 알 수 있었다.The specific surface area of alumina after calcination with stirrer and high speed stirrer was investigated. 20 is a graph showing the specific surface area of dry powder after calcination with a stirrer. The dry powder was mixed with a dispersion solution of nitric acid (HNO 3 ) (pH 2.5) and a modifier in a dispersion mixture of water and boehmite at a ratio of 8: 2 (weight ratio), stirred with a stirrer, and then stirred at 12 ° C. at 12 ° C. After drying for an hour, it was ground and prepared by calcination at 650 ℃ for 4 hours. As a result, the alumina using the stirrer showed a specific surface area of 233.01, and the alumina using the high speed stirrer. As the stirring speed was increased, the densification of the alumina was improved and the specific surface area decreased.

보헤마이트 졸의 제조 시 교반기의 속도에 따른 알루미나의 특성변화를 알아보기 위해 교반 속도를 0 rpm, 100rpm, 500rpm, 1000rpm으로 조절하여 알루미나 지립을 제조하였다. 이에 각 교반 속도에 따른 알루미나의 형상, 비표면적, 경도를 분석하여 고찰하였다. Alumina abrasive grains were prepared by adjusting the stirring speed to 0 rpm, 100 rpm, 500 rpm, and 1000 rpm in order to investigate the change of alumina according to the speed of the stirrer when preparing the boehmite sol. The alumina shape, specific surface area and hardness according to the stirring speed were analyzed and discussed.

가. 교반 속도에 따른 건조 분말의 결정상end. Crystal phase of dry powder with stirring speed

건조 분말은 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제인 질산(HNO3)(pH 2.5)과 개질제(Modifier)를 혼합하여 교반기로 교반한 후, 100℃에서 12시간 동안 건조한 다음, 분쇄하고 650℃에서 4시간 동안 하소하고, 1350℃에서 10분 동안 소성하여 제조하였다. The dry powder was mixed with a dispersion solution of nitric acid (HNO 3 ) (pH 2.5) and a modifier in a dispersion mixture of water and boehmite at a ratio of 8: 2 (weight ratio), stirred with a stirrer, and then stirred at 12 ° C. at 12 ° C. After drying for an hour, it was ground and calcined at 650 ° C. for 4 hours, and calcined at 1350 ° C. for 10 minutes.

도 21a는 초기 보헤마이트의 결정상을 보여주는 그래프이고, 도 21b는 하소 후 분말의 결정상을 보여주는 그래프이며, 도 21c는 소성 후 분말의 결정상을 보여주는 그래프이다. Figure 21a is a graph showing the crystal phase of the initial boehmite, Figure 21b is a graph showing the crystal phase of the powder after calcination, Figure 21c is a graph showing the crystal phase of the powder after firing.

도 21a 내지 도 21c를 참조하면, 알루미나의 결정상은 교반속도와 무관하게 초기 보헤마이트(AlOOH)에서 하소 후 알루미나(Al2O3), 소성 후 알루미나(Corundum)로 동일하게 변화하였다.Referring to FIGS. 21A to 21C, the crystal phase of alumina was changed into alumina (Al 2 O 3 ) after calcination at initial boehmite (AlOOH) and alumina (Corundum) after calcination regardless of the stirring speed.

나. 교반 속도에 따른 알루미나의 비표면적I. Specific Surface Area of Alumina According to Stirring Speed

도 22에 보헤마이트 졸의 교반 속도에 따른 하소 후 분말의 비표면적을 나타내었다. 도 22를 참조하면, 교반하지 않고 그대로 겔화시킨 알루미나의 경우 242.94 m2g-1로 높은 비표면적을 나타내었고, 회전수가 증가함에 따라 비표면적이 감소하였다. 이에 1000rpm에서 233.01 m2g-1로 낮은 비표면적을 나타내며, 교반속도가 증가함에 따라 알루미나 입자 내부의 기공량이 감소함을 알 수 있었다.22 shows the specific surface area of the powder after calcination according to the stirring rate of the boehmite sol. Referring to FIG. 22, the alumina gelled as it was without stirring showed a high specific surface area of 242.94 m 2 g −1 , and the specific surface area decreased as the rotation speed increased. This resulted in a low specific surface area of 233.01 m 2 g -1 at 1000 rpm, and it can be seen that the pore amount in the alumina particles decreased as the stirring speed was increased.

다. 교반 속도에 따른 알루미나의 형상All. Shape of Alumina According to Stirring Speed

도 23a 및 도 23b는 교반 속도에 따른 알루미나의 형상을 보여주는 사진으로서, 알루미나의 형상을 광학현미경을 이용하여 관찰한 것이다. 도 24에 소성 후 제조된 알루미나의 형상과 단면관찰 모식도를 나타내었다. 이와 같이 알루미나 입자는 외형적으로는 차이를 가늠하기 다소 어려움이 있다. 이에 알루미나 입내의 기공 및 2차상을 관찰하기 위해 연마하여 교반 속도에 따른 알루미나의 단면을 관찰하고자 한다.23A and 23B are photographs showing the shape of alumina according to the stirring speed, and the shape of the alumina is observed using an optical microscope. Figure 24 shows the shape and cross-sectional schematic diagram of the alumina prepared after firing. Thus, the alumina particles are somewhat difficult to determine the difference in appearance. In order to observe the porosity and secondary phase in the alumina grains, the cross section of the alumina according to the stirring speed is to be observed.

보헤마이트 졸의 교반 속도에 따른 기공 변화를 알아보았다. 도 25a 내지 도 25d는 교반 속도에 따른 알루미나의 형상을 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진으로서, 도 25a는 교반 속도가 0rpm인 경우이고, 도 25b는 교반 속도가 100rpm인 경우이며, 도 25c는 교반 속도가 500rpm인 경우이고, 도 25d는 교반 속도가 1000rpm인 경우이다. 교반 속도를 0rpm으로 한 알루미나의 경우 입자 전체에 큰 사선 형태의 기공들이 불규칙하게 분포되어 있었다. 교반 속도를 100rpm으로 한 알루미나의 형상은 불규칙한 형태의 기공들이 다소 분포되어 있었다. 500rpm에서 1000rpm까지 교반속도가 증가함에 따라 기공의 크기가 눈에 띄게 감소하였다. 이는 보헤마이트 졸을 제조 시 교반 속도를 빠르게 하여 알루미나 내부에 생성되는 기공의 양을 최소화시킨 것으로 판단된다.The pore change of the boehmite sol was investigated according to the stirring speed. 25A to 25D are scanning electron microscope (SEM) photographs showing the shape of alumina according to the stirring speed. FIG. 25A is a case where the stirring speed is 0 rpm and FIG. 25B is a case where the stirring speed is 100 rpm. 25C illustrates a case where the stirring speed is 500 rpm and FIG. 25D illustrates a case where the stirring speed is 1000 rpm. In the case of alumina having a stirring speed of 0 rpm, large diagonal pores were irregularly distributed throughout the particles. The shape of the alumina having a stirring speed of 100 rpm was somewhat distributed in irregular pores. As the stirring speed increased from 500rpm to 1000rpm, the pore size significantly decreased. This is believed to minimize the amount of pores generated in the alumina by increasing the stirring speed during the preparation of boehmite sol.

라. 교반 속도에 따른 알루미나의 경도la. Hardness of Alumina According to Stirring Speed

보헤마이트 졸의 교반 속도에 따른 알루미나의 경도를 측정하여 도 26에 나타내었다. 교반하지 않고 자연 겔화시킨 알루미나의 경우 16.45 ㎬으로 비교적 낮은 경도를 나타내었다. 100rpm으로 교반시킨 알루미나는 17.71 ㎬의 경도를 나타내었다. 500rpm으로 교반시킨 알루미나는 18.26 ㎬의 경도를 나타내었고, 1000rpm으로 교반시킨 알루미나는 18.46 ㎬의 높은 경도를 나타내었다. 이에 따라 교반 속도가 증가함에 따라 입자의 기공이 감소되어 경도값이 증가되는 것을 알 수 있었다.The hardness of alumina according to the stirring speed of the boehmite sol was measured and shown in FIG. 26. The natural gelled alumina without stirring showed a relatively low hardness of 16.45 kPa. The alumina stirred at 100 rpm showed a hardness of 17.71 kPa. The alumina stirred at 500 rpm showed a hardness of 18.26 kPa, and the alumina stirred at 1000 rpm showed a high hardness of 18.46 kPa. As a result, as the stirring speed was increased, the pores of the particles were reduced, indicating that the hardness value was increased.

5. 도핑 원소에 따른 알루미나의 특성 비교5. Comparison of Properties of Alumina According to Doping Elements

알루미나의 물성 향상에 원소를 도핑한다. 대표적인 도핑원소로는 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 활용되고 있으며, 원소들은 보헤마이트 졸 상태에 도핑되어 알루미나 제조에 영향을 미친다. 본 발명에서 덴드리머(Dendrimer) 형의 2차상을 형성하여 경도를 향상시키고자 하는 만큼 도핑원소가 알루미나의 치밀화에 미치는 영향에 대하여 알아보고자 한다. 이에 각 도핑원소가 미치는 영향과 모두 도핑된 알루미나를 비교하여 도핑원소의 영향에 대해 알아보고자 한다. 이에 결정상, 형상, 밀도, 경도, 인성을 측정하여 원소에 따른 알루미나의 특성을 비교하였다. The element is doped to improve the physical properties of the alumina. Lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium are used as typical doping elements, and elements are doped in the boehmite sol state to affect alumina production. In the present invention, the effect of the doping element on the densification of alumina as much as to improve the hardness by forming a dendrimer (Dendrimer) secondary phase. In this regard, the effects of each doping element and all doped alumina are compared to find out the effect of the doping element. Crystal phase, shape, density, hardness and toughness were measured to compare the properties of alumina according to the elements.

본 실험에서, 알루미나는 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제인 질산(HNO3)(pH 2.5)을 첨가하고, 도핑원소를 첨가한 후, 개질제(Modifier)를 혼합하여 교반기로 교반한 다음, 100℃에서 12시간 동안 건조한 후, 분쇄하고 650℃에서 4시간 동안 하소하고, 1350℃에서 10분 동안 소성하여 제조하였다. In this experiment, alumina was added to nitric acid (HNO 3 ) (pH 2.5), which is a peptizing agent, to a dispersion mixture of water and boehmite at a ratio (weight ratio) of 8: 2, and then a modifier was added. The mixture was stirred with a stirrer, dried at 100 ° C. for 12 hours, pulverized, calcined at 650 ° C. for 4 hours, and calcined at 1350 ° C. for 10 minutes.

본 실험에서 첨가되는 원소의 배합비는 아래의 표 1에 나타내었다.The compounding ratios of the elements added in this experiment are shown in Table 1 below.

AA BB CC DD Y(NO3)3?6H2OY (NO 3 ) 3 ? 6H 2 O 0.00g0.00g 0.40g0.40 g 1.20g1.20 g 1.60g1.60 g La(NO3)3?6H2OLa (NO 3 ) 3 ? 6H 2 O 0.00g0.00g 0.80g0.80 g 1.20g1.20 g 2.00g2.00g Mg(NO3)2?6H2OMg (NO 3 ) 2 ˜6H 2 O 0.00g0.00g 0.65g0.65 g 0.99g0.99g 1.30g1.30 g 지르코늄 아세테이트(Zirconium Acetate)Zirconium Acetate 0.00㎖0.00ml 0.16㎖0.16ml 0.28㎖0.28 ml 1.00㎖1.00 ml

각 도핑 원소에 따른 결정상 변화를 알아보았다. 도핑원소는 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄으로 각각 비교하였고, 도핑함량이 증가함에 따른 결정상 변화도 알아보았다. 도 27은 원소를 도핑하지 않은 경우의 알루미나 결정상을 보여주는 X-선 회절(X-ray Diffraction; XRD) 패턴이고, 도 28은 마그네슘(Mg)이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이며, 도 29는 란타늄(La)이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이고, 도 30은 이트륨(Y)이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이며, 도 31은 지르코늄이 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이다.The change of crystal phase according to each doping element was examined. Doping elements were compared with lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium, respectively, and the change of crystal phase with increasing doping content was also investigated. 27 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing an alumina crystal phase when the element is not doped, and FIG. 28 is an X-ray diffraction (XRD) showing a crystal phase of alumina doped with magnesium (Mg). ), FIG. 29 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing a crystal phase of lanthanum (La) doped alumina, and FIG. 30 is an X-ray diffraction (XRD) showing a crystal phase of alumina doped with yttrium (Y) FIG. 31 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing the crystal phase of zirconium-doped alumina.

보헤마이트(AlOOH)는 γ, δ, θ상을 거쳐 α상의 알루미나로 전이하며, 1300℃ 이상에서는 코런덤(Corundum) 상으로 나타난다. 각 도핑 원소에 따른 결정상은 모두 코런덤(Corundum)의 알루미나 결정상이 주 피크(peak)로 존재하였고, 원소에 따라 2차상이 생성되었다. 란타늄이 도핑된 알루미나는 La33Al7O60이 생성되었고, 마그네슘이 도핑된 알루미나와 이트륨이 도핑된 알루미나는 Mg(Al2O4), Y(AlO3)이 2차상으로 생성되었다. 지르코늄이 도핑된 알루미나는 ZrO2로 생성되었다. 또한 도핑함량이 증가함에 따라 코런덤(corundum)과 각 2차상들의 강도(Intensity)가 증가하였다. 이에 란타늄, 마그네슘, 이트륨이 도핑된 알루미나는 알루미나와 결합하여 생성된 2차상이 형성되고, 지르코늄이 도핑된 알루미나는 알루미나에 고용되지 않는 상으로 생성됨을 알 수 있었다.Boehmite (AlOOH) is transferred to the alumina of the α phase through the γ, δ, θ phase, and appears as a corundum phase at 1300 ° C or higher. Corundum alumina crystal phase was present as the main peak in all the crystal phases according to each doping element, and secondary phases were generated according to the elements. Lanthanum-doped alumina produced La 33 Al 7 O 60 , and magnesium-doped alumina and yttrium-doped alumina produced Mg (Al 2 O 4 ) and Y (AlO 3 ) as secondary phases. Zirconium-doped alumina was produced with ZrO 2 . In addition, as the doping content increased, the corundum and the intensity of each secondary phase increased. The alumina doped with lanthanum, magnesium, and yttrium was formed to combine with alumina to form a secondary phase, and the zirconium-doped alumina was produced as a phase that is not dissolved in alumina.

나. 도핑원소와 함량 증가에 따른 알루미나의 형상I. Shape of Alumina with Doping Elements and Contents

각 도핑 원소와 함량증가에 따른 형상을 동일한 10,000배와 2,000배로 관찰하여 나타내었다. 도 32a 및 도 32b는 란타늄이 2중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이고, 도 33a 및 도 33b는 란타늄이 3중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이며, 도 34a 및 도 34b는 란타늄이 5중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다. 도 35a 및 도 35b는 마그네슘이 1중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이고, 도 36a 및 도 36b는 마그네슘이 1.5중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이며, 도 37a 및 도 37b는 마그네슘이 2중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다. 도 38a 및 도 38b는 이트륨이 2중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이고, 도 39a 및 도 39b는 이트륨이 3중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이며, 도 40a 및 도 40b는 이트륨이 4중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다. 도 41a 및 도 41b는 지르코늄이 0.4중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이고, 도 42a 및 도 42b는 지르코늄이 0.7중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이며, 도 43a 및 도 43b는 지르코늄이 1중량% 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다. 이 때 2차상의 형상은 원자의 종류에 따라 명암으로 표시되는 후방산란전자(BSE:back Scattered Electron)의 콤포(COMPO) 이미지를 활용하였다. 도 32a 내지 도 43b에서 코런덤(corundum)이 흑색으로 관찰되며, 생성된 2차상들은 흰색으로 관찰되었다. 란타늄이 도핑된 알루미나는 1.0㎛ 길이의 덴드리머(Dendrimer)형의 조직들이 관찰되었으며, 도핑함량이 증가함에 따라 길이는 변하지 않고 분포도가 증가하였다. 마그네슘이 도핑된 알루미나는 일부 고용되어 스피넬(Spinel)을 형성하였으나, 고용한계를 초과하여 일부 편석되어 나타났다. 저배율로 관찰결과 3가지 함량 모두 결정립 외각으로 편석되어 나타났으며, 무도핑된 알루미나의 결정립보다 다소 감소된 크기로 형성되었다. 이트륨이 도핑된 알루미나는 스폿(Spot)형의 2차상들이 관찰되었는데, 이 역시 도핑함량이 증가함에 따라 크기의 변화는 관찰되지 않고 분포도가 증가하였다. 지르코늄이 도핑된 알루미나는 결절상 분석 결과에서 알 수 있듯이 알루미나에 고용되지 않아 결정립 외각으로 편석되어 나타났으며, 결정립의 크기는 무도핑된 알루미나와 유사한 크기로 형성되었다. 이는 도핑함량에 무관하게 편석되었다. 이에 란타늄이 도핑된 알루미나는 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상이 도핑함량이 증가함에 따라 분포도가 증가하고, 이트륨이 도핑된 알루미나는 스폿(Spot)형의 2차상이 도핑함량이 증가함에 따라 분포도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 마그네슘이 도핑된 알루미나는 고용한계를 초과하여 편석현상이 관찰되었으며 지르코늄이 도핑된 알루미나는 알루미나에 고용되지 않아 편석현상이 나타나는 것을 알 수 있었다.Each doping element and the shape according to the increase in content were observed by the same 10,000 times and 2,000 times. 32a and 32b are photographs showing the shape of alumina doped with 2% by weight of lanthanum, and FIGS. 33a and 33b are photographs showing the shape of alumina doped with 3% by weight of lanthanum, and FIGS. The photograph shows the shape of 5 wt% doped alumina. Figures 35a and 35b is a photograph showing the shape of alumina doped with magnesium by weight 1%, Figures 36a and 36b is a photograph showing the shape of alumina doped with 1.5% by weight magnesium, Figures 37a and 37b is a magnesium This is a photograph showing the shape of 2 wt% doped alumina. 38A and 38B are photographs showing the shape of alumina doped with yttrium 2% by weight, and FIGS. 39A and 39B are photos showing the shape of alumina doped with yttrium 3% by weight, and FIGS. 40A and 40B are yttrium The photograph shows the shape of 4 wt% doped alumina. Figures 41a and 41b is a photograph showing the shape of alumina doped with zirconium 0.4% by weight, Figures 42a and 42b is a photograph showing the shape of alumina doped with zirconium 0.7% by weight, Figures 43a and 43b are zirconium The photograph shows the shape of 1 wt% doped alumina. At this time, the shape of the secondary phase was utilized by the COMPO image of the back scattered electron (BSE), which is represented by contrast according to the type of atom. Corundum was observed in black in FIGS. 32A-43B, and the resulting secondary phases were observed in white. Lanthanum-doped alumina showed dendrimer-type tissues of 1.0 μm in length, and as the doping content increased, the length did not change but the distribution increased. Magnesium-doped alumina was partially dissolved to form spinel, but was partially segregated above the solid solution limit. As a result of observation at low magnification, all three contents were segregated to the outer shell of the grains, and the grain size was slightly reduced than that of the undoped alumina grains. Yttrium-doped alumina was found to have spot-shaped secondary phases. Also, as the doping content was increased, the change in size was not observed but the distribution was increased. Zirconium-doped alumina was found to be segregated into the grain shell because it was not dissolved in alumina, and the grain size was similar to that of undoped alumina. It segregated regardless of the doping content. The alumina doped with lanthanum has an increased distribution as the doping content of the dendrimer type secondary phase increases, and the alumina doped with yttrium has a distribution degree as the doping content of the spot secondary phase is increased. It was confirmed that the increase. Magnesium-doped alumina was found to have segregation in excess of the high solubility limit, and zirconium-doped alumina was not dissolved in alumina, indicating segregation.

다. 도핑원소와 함량 증가에 따른 알루미나의 밀도All. Density of Alumina with Doping Elements and Contents

도핑원소와 함량 증가에 따른 알루미나의 밀도를 도 44 내지 도 47에 나타내었다. 도 44는 란타늄이 도핑된 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 그래프이고, 도 45는 마그네슘이 도핑된 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 그래프이며, 도 46은 이트륨이 도핑된 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 그래프이고, 도 47은 지르코늄이 도핑된 알루미나의 밀도 변화를 보여주는 그래프이다. 밀도 값은 5회 측정 후 평균값을 나타낸 것이다. 44 to 47 show the density of alumina with increasing doping element and content. FIG. 44 is a graph showing a density change of lanthanum-doped alumina, FIG. 45 is a graph showing a density change of magnesium-doped alumina, FIG. 46 is a graph showing a density change of yttrium-doped alumina, and FIG. 47. Is a graph showing the density change of zirconium doped alumina. The density value shows the average value after 5 measurements.

도핑되지 않고 동일하게 제조된(1350℃) 알루미나의 밀도는 3.51 g/㎤ 이다. 란탄늄이 도핑된 알루미나는 도핑함량이 증가함에 따라 밀도가 증가하였고 5 중량%에서 3.91 g/㎤의 밀도로 가장 높은 값을 나타내었다. 마그네슘이 도핑된 알루미나는 1.5 중량%에서 3.81 g/㎤로 가장 높은 밀도값을 나타내었고, 도핑함량이 더 증가하게 되면 3.68 g/㎤로 밀도가 감소하였다. 이트륨이 도핑된 알루미나의 밀도는 초기 3.51 g/㎤에서 도핑함량이 증가함에 따라 3 중량%에서 3.85 g/㎤로 가장 높은 밀도값을 나타내었고, 4 중량%로 도핑함량이 증가하게 되면 3.83 g/㎤로 밀도가 감소하였다. 지르코늄이 도핑된 알루미나는 0,4 중량%에서는 큰 변화가 없고 0.7 중량%의 함량에서 3.83 g/㎤으로 가장 높은 값을 나타내다가 도핑함량이 1.0 중량%로 증가하게 되면 3.81 g/㎤로 감소하였다. 이에 따라 란타늄은 5 중량%, 마그네슘은 1.5 중량%, 이트륨은 3 중량%, 지르코늄은 0.7 중량%의 함량에서 각각 높은 밀도를 나타내었다. 이중에서도 란타늄이 5 중량% 첨가되어 제조된 알루미나의 밀도가 3.91 g/㎤로 가장 높은 값을 나타내며 가장 치밀하게 소결된 것을 알 수 있었다.The density of alumina, undoped and identically produced (1350 ° C.), is 3.51 g / cm 3. Lanthanum-doped alumina increased in density with increasing doping content and showed the highest value at a density of 3.91 g / cm 3 at 5% by weight. Magnesium-doped alumina showed the highest density value at 1.5% by weight to 3.81 g / cm 3, and as the doping content was further increased, the density decreased to 3.68 g / cm 3. The density of yttrium-doped alumina showed the highest density value from 3 wt% to 3.85 g / cm3 as the doping content increased at the initial 3.51 g / cm3 and 3.83 g / cm as the doping content increased to 4 wt%. The density decreased to cm 3. Zirconium-doped alumina showed the highest value of 3.83 g / cm3 at 0.7% by weight, but decreased to 3.81 g / cm3 when the doping content increased to 1.0% by weight. . Accordingly, lanthanum showed a high density at a content of 5% by weight, 1.5% by weight of magnesium, 3% by weight of yttrium, and 0.7% by weight of zirconium. Of these, the density of the alumina prepared by adding 5% by weight of lanthanum showed the highest value of 3.91 g / cm 3 and the most densely sintered.

라. 도핑원소와 함량 증가에 따른 알루미나의 경도la. Hardness of Alumina with Doping Elements and Contents

도핑원소와 함량 증가에 따른 알루미나의 경도를 도 48 내지 도 51에 나타내었다. 도 48은 란타늄이 도핑된 알루미나의 경도 변화를 보여주는 그래프이고, 도 49는 마그네슘이 도핑된 알루미나의 경도 변화를 보여주는 그래프이며, 도 50은 이트륨이 도핑된 알루미나의 경도 변화를 보여주는 그래프이고, 도 51은 지르코늄이 도핑된 알루미나의 경도 변화를 보여주는 그래프이다. 48 to 51 show the hardness of alumina with increasing doping element and content. FIG. 48 is a graph showing a change in hardness of lanthanum-doped alumina, FIG. 49 is a graph showing a change in hardness of magnesium-doped alumina, FIG. 50 is a graph showing a change in hardness of yttrium-doped alumina, and FIG. 51 Is a graph showing the hardness change of zirconium doped alumina.

경도는 200 g/f의 하중으로 10초 측정 후 5 포인트(point)의 평균값을 활용하였다. 도핑되지 않고 동일하게 제조된(1350℃) 알루미나의 경도는 7.23 ㎬ 이다. 란타늄이 도핑된 알루미나는 도핑함량이 증가함에 따라 경도가 향상되어 5 중량%의 함량에서 제조한 경우 15.03 ㎬으로 높은 경도를 나타내었다. 마그네슘이 도핑된 알루미나는 1.5 중량%에서 11.66 ㎬으로 가장 높은 경도를 나타내었고 도핑함량이 증가함에 따라 다소 감소된 경도를 나타내었다. 이트륨이 도핑된 알루미나는 3 중량%에서 12.84 ㎬으로 가장 높은 경도를 나타내었고 도핑함량이 증가함에 따라 경도가 감소하였다. 지르코늄이 도핑된 알루미나는 0.7 중량%에서 12.13 ㎬의 경도를 나타내었고, 도핑함량이 증가함에 따라 감소된 값을 나타내었다. 이에 란타늄은 5 중량%, 마그네슘은 1.5 중량%, 이트륨은 3 중량%, 지르코늄은 0.7 중량%의 함량에서 각각 높은 경도를 나타내는 것을 확인하였다. 이는 도핑되지 않은 알루미나의 경도보다 68.0~108.0%로 2배 이상 증가된 값을 나타내었다. 이 중 란타늄이 5 중량% 도핑된 알루미나의 경도가 15.03 ㎬으로 가장 높은 경도를 나타내었다. The hardness was used as the average value of 5 points after 10 seconds with a load of 200 g / f. The same undoped (1350 ° C.) alumina hardness is 7.23 kPa. The lanthanum-doped alumina exhibited a high hardness of 15.03 kPa when manufactured at a content of 5% by weight with increasing hardness as the doping content was increased. Magnesium-doped alumina showed the highest hardness from 1.5% by weight to 11.66 mm 3 and slightly decreased with increasing doping content. Yttrium-doped alumina exhibited the highest hardness from 3% by weight to 12.84 kPa and the hardness decreased with increasing doping content. The zirconium-doped alumina exhibited a hardness of 12.13 kPa at 0.7 wt% and decreased with increasing doping content. The lanthanum was 5% by weight, magnesium was 1.5% by weight, yttrium was 3% by weight, and zirconium was found to exhibit high hardness, respectively. This is more than twice the increase of the hardness of the undoped alumina 68.0 ~ 108.0%. Of these, lanthanum-doped alumina had the highest hardness of 15.03 kPa.

이와 같이 도핑된 알루미나의 경도가 증가하는 것은 졸-겔 공정과 도핑 원소의 2차상에 의한 것으로 여겨진다. 일반적인 알루미나의 소성온도는 1500℃~1700℃(2h)인 반면, 졸-겔 공정으로 제조되는 알루미나의 경우 첨가된 원소로 인해 저온소결이 가능하여 치밀화가 일어나기에 다소 낮은 1350℃에서 소성되어 알루미나의 소결이 완전히 이루어지지 않은 것으로 보인다. 이에 밀도 결과에서와 같이 원소가 도핑된 알루미나보다 낮은 값을 나타내며 치밀화가 낮은 것을 알 수 있었다. 또한 각 원소의 경도는 지르코늄>이트륨>마그네슘>란타늄 순이지만 알루미나에 도핑된 경우 란타늄이 가장 높은 경도를 나타내어 도핑 원소가 아닌 생성된 2차상의 영향임을 알 수 있다. 이에 알루미나의 경도에 영향을 주는 요인이 치밀화와 원소에 따른 2차상에 의한 것으로 함축되지만, 밀도의 영향은 10% 내외로 나타나며 원소의 2차상에 의해 경도가 변화하는 것을 알 수 있었다. 특히, 란타늄이 도핑된 알루미나의 덴드리머(Dendrimer)형 2차상의 경도가 높은 것은 높은 밀도와 외부 충격에 2차수지상부터 탈락되는 성질에 의한 것으로 판단된다. 이에 알루미나의 경도는 2차상에 의해 크게 좌우되며, 이 중 란타늄이 도핑된 알루미나에서 생성된 덴드리머(Dendrimer) 형의 2차상이 알루미나의 경도에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. The increase in hardness of the doped alumina is believed to be due to the sol-gel process and the secondary phase of the doping element. While the firing temperature of general alumina is 1500 ℃ ~ 1700 ℃ (2h), the alumina manufactured by sol-gel process can be sintered at low temperature due to the added element, so that densification occurs. Sintering does not appear to be complete. As shown in the density results, the element showed a lower value than the doped alumina and the densification was low. In addition, the hardness of each element is in the order of zirconium> yttrium> magnesium> lanthanum, but when doped with alumina, the lanthanum exhibits the highest hardness, indicating that the generated secondary phase is not a doping element. The factors affecting the hardness of the alumina are implied by the densification and the secondary phase according to the element, but the influence of the density is about 10% and the hardness changes by the secondary phase of the element. In particular, the high hardness of the dendrimer-type secondary phase of lanthanum-doped alumina is considered to be due to the high density and the property of dropping off the secondary resin due to external impact. The hardness of the alumina is largely dependent on the secondary phase, and the dendrimer-type secondary phase produced from the lanthanum-doped alumina has a great influence on the hardness of the alumina.

마. 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나hemp. Alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium

앞서 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄의 각 도핑 원소들이 알루미나에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 아래는 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄이 결합된 알루미나의 2차상이 알루미나에 미치는 영향에 대하여 알아보고자 한다. 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄은 모두 도핑된 알루미나의 EDS 측정 결과와 XRD 분석 결과를 활용하여 결합시킨 것이다.Earlier, the effects of the doping elements of lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium on alumina were discussed. The following is to investigate the effect of secondary phase of alumina combined with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium on alumina. Lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium were all combined using the EDS and XRD results of doped alumina.

란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄의 도핑에 따른 알루미나의 결정상을 도 52에 나타내었다. 두 가지 모두 코런덤(corundum)의 알루미나 결정상이 주 피크(peak)로 형성되었고, 도핑 원소에 따른 2차상이 생성되었다. 란타늄과 마그네슘이 도핑된 알루미나는 LaMgAl11O19의 2차상이 생성되었고, 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나는 Zr3Y4O12이 생성되었다. 각 원소를 도핑한 경우 지르코늄은 ZrO2으로 존재하였으나, 이트륨과 결합하여 Zr3Y4O12로 형성되었다. 이에 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄의 두 가지 2차상이 알루미나에 미치는 영향에 대해 비교할 수 있다.52 shows a crystalline phase of alumina with doping of lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium. In both cases, corundum alumina crystal phase was formed as a main peak, and a secondary phase was generated according to the doping element. Lanthanum and magnesium doped alumina produced a secondary phase of LaMgAl 11 O 19 , and yttrium and zirconium doped alumina produced Zr 3 Y 4 O 12 . Zirconium was present as ZrO 2 when each element was doped, but was combined with yttrium to form Zr 3 Y 4 O 12 . The effects of two secondary phases, lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium, on alumina can be compared.

란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄의 도핑에 따른 알루미나의 2차상 형상을 동일한 10,000배(COMPO image)로 관찰하여 도 53 및 도 54에 나타내었다. 도 53은 란타늄과 마그네슘이 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이고, 도 54는 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나의 형상을 보여주는 사진이다. Secondary phase shapes of alumina with doping of lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium were observed in the same 10,000-fold (COMPO image) and are shown in FIGS. 53 and 54. FIG. 53 is a photograph showing the shape of alumina doped with lanthanum and magnesium, and FIG. 54 is a photograph showing the shape of alumina doped with yttrium and zirconium.

란타늄과 마그네슘이 결합된 알루미나(LaMgAl11O19)의 경우 1㎛의 균일한 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상이 관찰되었고, 이트륨과 지르코늄이 결합된 알루미나(Zr3Y4O12)의 경우 스폿(Spot)형의 2차상이 존재하였다. 란타늄과 마그네슘이 도핑된 알루미나는 두 가지의 원소가 결합됨에 따라 란타늄만 도핑된 알루미나보다 균일한 분포로 생성되었다. 또한 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나는 이트륨만 도핑된 알루미나(Y(AlO3))와 유사한 스폿(Spot)형을 나타내지만, 지르코늄과 결합하여 분포도가 증가하였다.In the case of alumina (LaMgAl 11 O 19 ) combined with lanthanum and magnesium, a uniform dendrimer type secondary phase of 1 μm was observed, and in the case of alumina (Zr 3 Y 4 O 12 ) in which yttrium and zirconium were combined There was a secondary phase of type (Spot). Lanthanum- and magnesium-doped alumina was produced with a more uniform distribution than lanthanum-doped alumina as the two elements were combined. In addition, the alumina doped with yttrium and zirconium exhibits a spot shape similar to that of yttrium-doped alumina (Y (AlO 3 )), but it is combined with zirconium to increase its distribution.

란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄의 도핑에 따른 알루미나의 밀도와 경도를 아래의 표 2에 나타내었다. 표 2에서 (a)는 란타늄과 마그네슘이 도핑된 알루미나의 경우이고, (b)는 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나의 경우이다.The density and hardness of alumina according to doping of lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium are shown in Table 2 below. In Table 2 (a) is a case of alumina doped with lanthanum and magnesium, (b) is a case of alumina doped with yttrium and zirconium.

(a)(a) (b)(b) 밀도(g/㎤)Density (g / cm 3) 3.823.82 3.823.82 경도(GPa)Longitude (GPa) 13.3013.30 13.1513.15

란타늄과 마그네슘이 도핑된 알루미나와 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나의 밀도는 3.82 g/㎤의 동일한 값을 나타내었다. 이는 도핑되지 않은 알루미나보다 8.8 % 증가되며, 치밀화가 향상됨을 알 수 있었다. 이에 따라 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나의 경도는 13.30 ㎬, 13.15 ㎬으로 도핑되지 않은 알루미나보다 84.0%, 81.9% 향상되었다.The density of alumina doped with lanthanum and magnesium and alumina doped with yttrium and zirconium showed the same value of 3.82 g / cm 3. This is an increase of 8.8% than undoped alumina, it can be seen that the densification is improved. Accordingly, the hardness of alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium was 13.30 ㎬ and 13.15 ㎬, which is 84.0% and 81.9% higher than that of undoped alumina.

바. 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 모두 도핑된 알루미나bar. Alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium

위의 결과로 각 도핑 원소의 2차상이 알루미나에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 이에 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 모두 도핑된 알루미나를 제조하여 결정상을 비교하였다. 도 55는 란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄이 모두 도핑된 알루미나의 결정상을 보여주는 X-선 회절(XRD) 패턴이다. As a result, the effect of the secondary phase of each doping element on the alumina was investigated. Thus, alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium was prepared to compare the crystal phases. FIG. 55 is an X-ray diffraction (XRD) pattern showing the crystalline phase of alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium.

란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 도핑된 알루미나 역시 코런덤(corundum)의 결정상이 주 피크(peak)로 존재하였고, 란타늄과 마그네슘이 결합하여 LaMgAl11O19, 이트륨과 지르코늄이 결합되어 Zr3Y4O12의 2차상이 형성되었다. 이는 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나와 동일한 결정상임을 알 수 있다.Alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium also had a corundum crystal phase as its main peak, and lanthanum and magnesium were bonded to LaMgAl 11 O 19 and yttrium and zirconium to bind Zr 3 Y 4 A secondary phase of O 12 was formed. It can be seen that lanthanum and magnesium, yttrium and zirconium are the same crystal phase as doped alumina.

란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄이 도핑된 알루미나의 형상을 도 56에 나타내었다. 란타늄과 마그네슘이 결합된 LaMgAl11O19은 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상이 생성되었고, 이트륨과 지르코늄이 결합된 Zr3Y4O12은 스폿(Spot)형의 2차상이 관찰되었다. 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상은 란타늄만 도핑된 La85Al11 .55O18 .60(0.4~1.0㎛)보다 란타늄과 마그네슘이 도핑된 알루미나와 유사한 1㎛의 균일한 형태로 형성되었다. 스폿(Spot)형의 2차상은 이트륨만 도핑된 Y(AlO3)와 동일한 형태를 나타내지만 지르코늄과 결합하여 분포도가 증가하였다.The shape of alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium is shown in FIG. 56. LaMgAl 11 O 19 combined with lanthanum and magnesium produced a dendrimer type secondary phase, and a yttrium and zirconium bonded Zr 3 Y 4 O 12 spot type secondary phase was observed. The dendrimer-type secondary phase was formed to have a uniform 1 μm shape similar to that of alumina doped with lanthanum and magnesium than La 85 Al 11 .55 O 18 .60 (0.4˜1.0 μm) doped with lanthanum only. Spot type secondary phase shows the same shape as yttrium-doped Y (AlO 3 ), but increases its distribution in combination with zirconium.

란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 도핑된 알루미나의 밀도와 경도를 아래의 표 3에 나타내었다. The density and hardness of lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium-doped alumina are shown in Table 3 below.

밀도(g/㎤)Density (g / cm 3) 3.983.98 경도(GPa)Longitude (GPa) 18.2618.26

란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 도핑된 알루미나의 밀도는 3.98 g/㎤으로 도핑되지 않은 알루미나보다 11.7 % 증가된 값을 나타내며 치밀화가 향상됨을 알 수 있었다. 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 도핑된 알루미나는 18.26 ㎬의 경도를 나타내었다. 이는 각 원소들의 경도보다 월등히 높은 수치이며, 도핑되지 않은 알루미나보다 152.6% 증가된 값이다. 이는 일반적으로 사용되는 알루미나의 경도(15 ㎬)보다 21.7% 향상된 값이다. 이에 10 % 내외의 밀도 영향과 도핑원소에 의해 생성된 2차상의 영향으로 경도가 향상된 것으로 판단된다. 특히, 높은 밀도의 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상으로 경도가 향상됨을 알 수 있었다. The density of alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium was 3.98 g / cm 3, which was 11.7% higher than that of undoped alumina, and the densification was improved. Lanthanum doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium had a hardness of 18.26 kPa. This is much higher than the hardness of each element, which is a 152.6% increase over undoped alumina. This is 21.7% higher than the hardness of alumina (15 kPa) generally used. Accordingly, the hardness was improved due to the density effect of about 10% and the secondary phase produced by the doping element. In particular, it was found that the hardness was improved in the dendrimer type secondary phase of high density.

사. 도핑원소 첨가에 따른 결정립과 인성 변화four. Grain and Toughness Change by Doping Element Addition

도핑원소 첨가에 따른 알루미나의 결정립 변화를 관찰하였고, 이에 따른 인성 변화를 측정하였다. 도 57은 도핑원소 첨가에 따른 알루미나의 결정립과 인성 변화를 보여주는 사진으로서, 도 57에서 (a)는 도핑원소가 첨가되지 않은 알루미나의 결정립을 보여주고, (b)는 도핑된 알루미나의 결정립을 보여주며, (c)는 도핑원소가 첨가되지 않은 알루미나의 인성을 보여주고, (d)는 도핑된 알루미나의 인성을 보여준다. The change in grain size of alumina with the addition of doping element was observed, and the change in toughness was measured accordingly. FIG. 57 is a photograph showing a change in grains and toughness of alumina according to doping element addition. In FIG. 57, (a) shows grains of alumina without doping element added, and (b) shows grains of doped alumina. (C) shows the toughness of the alumina without addition of the doping element, and (d) shows the toughness of the doped alumina.

무도핑된 알루미나는 10㎛ 크기의 결정립이 관찰되었고, 도핑원소를 첨가한 알루미나는 결정립의 크기가 감소하여 8㎛의 결정립이 관찰되었다. 이에 도핑원소가 첨가됨에 따라 알루미나의 결정립이 감소하는 것을 알 수 있었다. 이에 결정립 크기 변화에 따른 알루미나의 인성변화를 알아본 결과 무도핑된 알루미나는 2.6 MPam0.5의 인성을 나타내었다. 도핑원소를 첨가한 알루미나의 인성은 3.8 MPam0.5을 나타내며 도핑원소를 첨가하여 알루미나의 인성값이 증가함을 알 수 있었다. 이에 알루미나에 도핑원소를 첨가하게 되면 도핑된 원소에 의해 알루미나의 결정립 크기가 감소하고 알루미나의 인성이 향상되는 것을 알 수 있었다.The undoped alumina had a grain size of 10 μm, and the alumina added with the doping element reduced the grain size and observed a grain size of 8 μm. As the doping element is added, it was found that the grain size of the alumina was reduced. As a result of examining the toughness change of the alumina according to the grain size change, the undoped alumina showed the toughness of 2.6 MPam 0.5 . The toughness of the alumina added with the doping element was 3.8 MPam 0.5 and the toughness value of the alumina was increased by the addition of the doping element. Therefore, when the doping element is added to the alumina, the grain size of the alumina is reduced and the toughness of the alumina is improved by the doped element.

상술한 바와 같이, 연마재용 고경도 알루미나를 개발하기 위해 도핑 원소의 2차상이 알루미나의 경도에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 결정상은 주 피크(peak)로 코런덤(corundum)이 나타나며, 각 도핑 원소(란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄)에 따라 덴드리머(Dendrimer)형의 La85Al11 .55O18 .60, 고용되고 일부 편석된 Mg(Al2O4), 스폿(Spot)형의 Y(AlO3), 편석되어 나타난 ZrO2이 2차상으로 생성되었다. 도핑원소가 첨가됨에 따라 밀도가 8.6~11.7 % 증가되었고, 경도는 68.0~108.0% 향상되었다. 이 중 높은 밀도(3.91 g/㎤)의 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상이 생성된 경우 15.03 ㎬로 가장 높은 경도를 나타내었다. 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나는 코런덤(corundum)외에 덴드리머(Dendrimer)형의 LaMgAl11O19와 Spot형의 Zr3Y4O12가 2차상으로 생성되었으며, 도핑되지 않은 알루미나보다 밀도는 8.8 %, 경도는 81.9~84.0 % 증가하였다. 4가지 원소가 도핑된 알루미나는 코런덤(corundum)과 2차상으로 덴드리머(Dendrimer)형의 LaMgAl11O19와 Spot형의 Zr3Y4O12이 생성되었으며, 3.98 g/㎤의 밀도와 18.26 ㎬의 경도로 도핑되지 않은 알루미나의 경도보다 각각11.7 %, 152.6 % 증가되었다. 이는 일반적인 알루미나보다 21.7 % 증가된 값으로 밀도의 영향이 10 % 내외임으로 도핑 원소의 2차상이 경도가 향상에 큰 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한 도핑원소가 첨가된 알루미나는 무도핑된 알루미나(10㎛)보다 작은 결정립(8㎛)이 형성되고, 2.6 3.8 MPam0.5에서 3.83.8 MPam0.5로 인성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 이 중 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상이 2차 수지상부터 탈락되는 성질로 경도향상에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.As described above, in order to develop high hardness alumina for abrasives, the influence of the secondary phase of the doping element on the hardness of the alumina was examined. The crystalline phase has a corundum as its main peak, and according to each doping element (lanthanum, magnesium, yttrium, zirconium), dendrimer type La 85 Al 11 .55 O 18 .60 Segregated Mg (Al 2 O 4 ), Spot-like Y (AlO 3 ), and segregated ZrO 2 were produced as secondary phases. As the doping element was added, the density increased by 8.6 ~ 11.7% and the hardness improved by 68.0 ~ 108.0%. Among the dendrimer-type secondary phases having a high density (3.91 g / cm 3), the highest hardness was 15.03 ㎬. Alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium was formed in the secondary phase of dendrimer type LaMgAl 11 O 19 and spot type Zr 3 Y 4 O 12 in addition to corundum. Density increased by 8.8% and hardness increased by 81.9 ~ 84.0%. Alumina doped with four elements produced corundum and LaMgAl 11 O 19 in the dendrimer type and Zr 3 Y 4 O 12 in the spot form, with a density of 3.98 g / cm 3 and 18.26 ㎬ The hardness of undoped alumina was increased by 11.7% and 152.6%, respectively. This is 21.7% higher than that of general alumina, and the influence of density is about 10%. Therefore, the secondary phase of the doping element is considered to have a great influence on the improvement of hardness. In addition, it was found that the alumina to which the doping element was added forms smaller crystal grains (8 μm) than the undoped alumina (10 μm), and the toughness was improved from 2.6 3.8 MPam 0.5 to 3.83.8 MPam 0.5 . Among these, the dendrimer type secondary phase was removed from the secondary resin phase, which showed the greatest effect on the hardness improvement.

6. 가압에 의한 알루미나의 기공에 따른 경도 변화6. Changes in hardness due to porosity of alumina by pressurization

본 실험에서, 알루미나는 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제인 질산(HNO3)(pH 2.5)을 첨가하고, 도핑원소를 첨가한 후, 개질제(Modifier)를 혼합하여 교반기로 교반한 다음 건조하여 겔을 형성한 후, 가압(Press)하고 분쇄한 다음, 1350℃에서 10분 동안 소성하여 제조하였다. In this experiment, alumina was added to nitric acid (HNO 3 ) (pH 2.5), which is a peptizing agent, to a dispersion mixture of water and boehmite at a ratio (weight ratio) of 8: 2, and then a modifier was added. The mixture was stirred with a stirrer and dried to form a gel, then pressed and pulverized, and then calcined at 1350 ° C. for 10 minutes to prepare a gel.

건조 된 보헤마이트 겔에 열과 압력을 가한 경우의 부피변화를 알아보기 위해 3t/60s의 조건으로 가압하여 비교하였다. 도 58은 가압에 따른 두께 변화를 보여주는 도면이다. 그 결과 가열 전 5.09mm의 두께에서 4.19mm~4.31mm로 두께가 감소하는 것을 확인하였다. 이에 열과 온도를 동시에 가할 경우 열을 가하지 않은 알루미나보다 치밀한 입자를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.In order to determine the volume change when the heat and pressure were applied to the dried boehmite gel, the pressure was compared under the condition of 3t / 60s. 58 is a view showing a change in thickness with pressure. As a result, it was confirmed that the thickness decreases from 4.19mm to 4.31mm at the thickness of 5.09mm before heating. Therefore, when heat and temperature were simultaneously applied, it was found that more dense particles were obtained than alumina without heat.

가. 보헤마이트 겔의 시차열 분석end. Differential Thermal Analysis of Boehmite Gels

가압의 설정 온도를 지정하기 위해 건조된 보헤마이트 겔을 시차열분석으로 온도에 따른 중량변화를 알아보았다. 도 59는 보헤마이트 겔의 시차열 분석 결과를 보여주는 도면이다. 열분석의 조건은 공기(Air) 가스를 사용하여 산화분위기를 조성하였고, 0℃~1000℃까지 분당 5℃로 승온하여 평가하였다. 그 결과 열중량 곡선은 100℃에서 500℃까지 가파르게 감소하며 중량 감소가 나타났다. 이는 알루미나의 경도 향상을 위해 첨가되는 도핑원소들에 의한 것으로, 이로 인해 알루미나 내부에 잔존하던 -OH, 가스 등이 배출된 것이다. 이러한 가스는 온도가 증가함에 따라 휘발되며, 대부분 휘발되어 제거되지만 일부 잔존하는 가스들이 알루미나 입자에 기공을 형성하는 것이다. 이렇게 생성되는 기공들은 알루미나의 치밀화에 악영향을 미쳐 경도를 감소시키는 원인이 된다. 이에 온도 증가에 따라 알루미나의 중량이 25.4% 감소하며 알루미나 무게에 1/4에 달하는 잔존 가스들이 제거되는 것을 확인하였다. 이 중에서 특히 300℃~500℃ 사이에서 매우 가파른 곡선을 나타내며 많은 양의 가스가 휘발되는 것을 확인하였다. 이에 가스휘발도가 가장 높은 400℃에서 가압하여 가스를 최대량으로 배출시키고자 하였다. Differential thermal analysis of the dried boehmite gel to determine the set temperature of the pressurization was investigated for the weight change with temperature. Fig. 59 shows the results of differential thermal analysis of boehmite gels. The thermal analysis was performed by using an air gas to form an oxidizing atmosphere, and evaluated by raising the temperature to 5 ° C. per minute from 0 ° C. to 1000 ° C. As a result, the thermogravimetric curve steeply decreased from 100 ° C. to 500 ° C., indicating a weight loss. This is due to the doping elements added to improve the hardness of the alumina, and this is because -OH, gas and the like remaining in the alumina is discharged. These gases are volatilized as the temperature increases, and most of them are volatilized and removed, but some remaining gases form pores in the alumina particles. The pores thus produced adversely affect the densification of alumina and cause a decrease in hardness. As a result of the increase in temperature, the weight of the alumina was reduced by 25.4%, and it was confirmed that 1/4 of the remaining gases were removed from the weight of the alumina. Among them, particularly, a very steep curve was shown between 300 ° C and 500 ° C, and it was confirmed that a large amount of gas was volatilized. This was to pressurize at 400 ℃ the highest gas volatilization to discharge the maximum amount of gas.

나. 가압에 따른 알루미나의 결정상I. Crystal Phase of Alumina Under Pressurization

가압 공정을 활용한 알루미나의 결정상 변화를 도 60에 나타내었다. 초기 보헤마이트는 AlO(OH)의 결정상을 나타내며 가압 전과 동일한 상태를 유지하였다. 400℃에서 가압 후 알루미나는 비정질 형태의 Al2O3 상으로 관찰되었다. 소성 후에는 코런덤(corundum)의 알루미나 결정상이 주 피크(peak)로 형성되었고, 도핑원소에 의해 새로운 2차상이 생성되었다. 2차상은 란타늄과 마그네슘이 알루미나와 결합하여 LaMgAl11O19이 생성되었고, 이트륨과 지르코늄이 결합하여 Zr3Y4O12가 생성되었다. 이에 가압 공정을 활용한 알루미나의 전이 온도에 따른 상변화를 확인하였다.60 shows the crystal phase change of the alumina utilizing the pressurization process. Initial boehmite exhibited a crystal phase of AlO (OH) and remained the same as before pressing. After pressurization at 400 ° C., alumina was observed in Al 2 O 3 phase in amorphous form. After firing, a corundum alumina crystal phase was formed as a main peak, and a new secondary phase was generated by the doping element. In the secondary phase, lanthanum and magnesium were combined with alumina to form LaMgAl 11 O 19 , and yttrium and zirconium were bonded to form Zr 3 Y 4 O 12 . The phase change according to the transition temperature of the alumina using the pressurization process was confirmed.

다. 가압에 따른 알루미나의 형상All. Shape of Alumina Under Pressurization

가압 공정을 활용한 알루미나의 형상 변화를 도 61a 및 도 61b에 나타내었다. 압력은 0t, 2t, 4t, 6t의 4가지 조건으로 비교하였으며, 도 61a 및 도 61b에서 (a)는 0t의 조건으로 가압한 경우이고, (b)는 2t의 조건으로 가압한 경우이며, (c)는 4t의 조건으로 가압한 경우이고, (d)는 6t의 조건으로 가압한 경우를 보여준다. 도 61a 및 도 61b에서 큰 이미지는 1,000배의 배율로 알루미나의 단면 내부를 관찰한 것이고, 오른쪽 상부의 작은 이미지는 알루미나 입자 전체의 단면을 나타낸 것이다. 압력을 가하지 않은 0t의 경우 입자 내부에 약 10㎛의 큰 기공들이 다수 분포되어 있었다. 이는 해교반응을 일으키기 위해 첨가되는 질산과 도핑원소로 인해 생성된 가스들이 잔존하여 기공을 형성한 것으로 판단된다. 2t의 압력이 가해진 알루미나는 압력을 가하지 않은 알루미나의 기공보다 낮은 분포로 기공들이 소량 잔존하여 있었다. 4t의 압력이 가해진 알루미나의 경우 5㎛ 이하의 작은 기공들이 소량 잔존하였다. 마지막으로 4t의 압력이 가해진 알루미나의 경우 기공의 거의 잔존하지 않고 치밀한 소결이 이루어짐을 확인하였다. 입자 전체를 관찰하여도 미세한 기공도 관찰되지 않으며 기공을 성공적으로 제거하였다. 이에 압력이 증가함에 따라 기공의 크기와 분포도가 감소하며 6t의 압력을 가한 경우 기공이 완전히 제거됨을 알 수 있었다.The shape change of the alumina utilizing the pressurization process is shown in FIGS. 61A and 61B. The pressure was compared with four conditions of 0t, 2t, 4t, and 6t. In FIGS. 61A and 61B, (a) is a case where the pressure is 0t and (b) is a case where the pressure is 2t. c) shows the case of pressurization under the condition of 4t, and (d) shows the case of pressurization under the condition of 6t. In FIG. 61A and FIG. 61B, the large image is observed inside the cross section of the alumina at a magnification of 1,000 times, and the small image at the upper right shows the cross section of the whole alumina particle. In the case of 0t without applying pressure, large pores of about 10 μm were distributed inside the particles. This is believed to be due to the formation of pores due to the remaining gas generated by the nitric acid and the doping element added to cause the peptizing reaction. Alumina under pressure of 2t had a small amount of pores remaining in a lower distribution than pores of alumina without pressure. In the case of alumina to which pressure of 4t was applied, small pores of 5 μm or less remained. Finally, it was confirmed that in the case of alumina applied with a pressure of 4t, the sintering was carried out with little residual pores. Even when the whole particle was observed, fine pores were not observed and the pores were successfully removed. As the pressure increases, the pore size and distribution decrease, and when the pressure of 6t is applied, the pores are completely removed.

라. 가압에 따른 알루미나의 비표면적la. Specific Surface Area of Alumina by Pressurization

가압 공정을 활용하여 소성한 알루미나의 압력에 따른 비표면적을 도 62에 나타내었다. 압력을 가하지 않은 알루미나의 경우(0t) 2.10 m2g-1의 비표면적을 나타내었고, 2t의 압력을 가한 알루미나는 0.10 m2g-1의 비표면적으로 크게 저하된 값을 나타내었다. 3t의 압력을 가한 알루미나의 경우 0.07 m2g-1, 6t의 압력을 가한 알루미나는 0.03 m2g- 1으로 매우 낮은 비표면적을 나타내었다. 이에 압력이 증가함에 따라 비표면적이 감소하는 것을 알 수 있었다. 이 중 압력을 가하지 않는 알루미나에서 2t의 압력을 가한 알루미나로 가며 비표면적이 큰 폭으로 저하된 것을 알 수 있었고, 이 후 압력이 증가되면서 비표면적 차이는 미미하였다.The specific surface area according to the pressure of the alumina fired using the pressurization process is shown in FIG. 62. In the case of alumina without pressure (0t), a specific surface area of 2.10 m 2 g −1 was shown, and alumina with a pressure of 2t showed a significant decrease in the specific surface area of 0.10 m 2 g −1 . In the case of alumina pressurized at 3t, 0.07 m 2 g -1 and alumina pressurized at 6t exhibited a very low specific surface area of 0.03 m 2 g - 1 . As the pressure increases, the specific surface area decreases. Among them, the specific surface area of the alumina to which 2t pressure was applied was significantly decreased from the alumina to which no pressure was applied. After that, the specific surface area difference was insignificant.

마. 가압에 따른 알루미나의 경도hemp. Hardness of Alumina Under Pressurization

가압 공정을 활용하여 소성한 알루미나의 압력에 따른 경도와 형상을 도 63과 도 64에 나타내었다. 도 63은 가압에 따른 알루미나의 경도를 보여주고, 도 64는 가압(6t의 압력으로 가압)에 따른 알루미나의 형상을 보여준다. 압력을 가하지 않은 알루미나의 경우(0t) 17.04 ㎬의 경도를 나타내었고, 2t의 압력을 가한 알루미나는 18.01 ㎬의 경도를 나타내며 소폭 상승되었다. 3t의 압력을 가한 알루미나는 19.59 ㎬의 경도를 나타내었으며, 6t의 압력을 가한 알루미나는 22.02 ㎬으로 매우 높은 경도를 나타내었다. 이에 압력이 증가함에 따라 경도가 증가하는 것을 확인하였다. 이는 가압에 의해 알루미나의 치밀도가 증가하고, 내부의 기공이 제거됨으로써 나타난 것으로 판단된다. 이 중 6t의 압력을 가한 알루미나의 경도는(22.02 ㎬) 일반적인 알루미나의 경도(15 ㎬)보다 33.1% 증가되었고, 압력을 가하지 않은 알루미나보다 18.2% 증가되었다. 이에 따른 형상을 관찰한 결과 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상들이 고르게 분포하여 있으며, 가압공정에 의해 기공이 제거되어 치밀한 형상을 나타내었다. 이에 가압공정을 활용하여 알루미나의 기공을 제거함에 따라 경도가 향상되고, 치밀한 소결이 이루어짐을 알 수 있었다.63 and 64 show the hardness and shape according to the pressure of the alumina calcined by using the pressing process. FIG. 63 shows the hardness of alumina according to pressurization, and FIG. 64 shows the shape of alumina according to pressurization (pressurization at a pressure of 6t). Alumina without pressure (0t) exhibited a hardness of 17.04 kPa and alumina with a pressure of 2t exhibited a hardness of 18.01 kPa and increased slightly. Alumina pressurized at 3t exhibited a hardness of 19.59 kPa, and alumina pressurized at 6t showed a very high hardness of 22.02 kPa. This confirmed that the hardness increases as the pressure increases. This is believed to be caused by the increase in the density of alumina by the pressurization and the removal of pores therein. Among them, the hardness of alumina under pressure of 6t (22.02 kPa) was 33.1% higher than that of ordinary alumina (15 kPa) and 18.2% higher than that of alumina without pressure. As a result of observing the shape, the secondary phases of dendrimer type were evenly distributed, and the pores were removed by the pressing process, thus showing a compact shape. As a result, as the pores of the alumina are removed by using the pressurization process, the hardness is improved, and the compact sintering is achieved.

상술한 바와 같이, 가압공정을 활용하여 알루미나의 기공을 제거한 경도 향상에 대해 알아보았다. 가압온도는 시차열 분석결과 가스배출량이 가장 높은 400℃에서 가압하여 기공량을 최소화하고자 하였다. 그 결과 형상 관찰과 비표면적 측정 결과로 압력이 증가함에 따라 기공양이 감소하는 것을 알 수 있었고, 특히 6t으로 가압한 경우 0.03 m2g-1으로 비표면적이 크게 감소하였다. 이에 따라 가압 전 17.04 ㎬에서 6t으로 가압 후 22.02 ㎬으로 경도가 18% 증가되고 치밀한 소결이 이루어지는 것을 알 수 있었다. 이에 가압공정을 활용하여 연마재용 알루미나의 기공을 제거하는데 성공하였고, 알루미나의 경도가 향상됨을 확인하였다.As described above, the hardness improvement by removing the pores of the alumina by using the pressing process was examined. The pressurization temperature was tried to minimize the pore amount by pressurizing at 400 ℃, the highest gas discharge result from differential thermal analysis. As a result, the observation of shape and measurement of specific surface area showed that the amount of pore decreased with increasing pressure. Especially, when the pressure was increased to 6t, the specific surface area decreased significantly to 0.03 m 2 g -1 . Accordingly, it was found that the hardness increased by 18% and the compact sintering occurred from 17.04 kPa to 6t before pressurization to 22.02 kPa after pressurization. This was successful in removing the pores of the alumina for abrasive using the pressing process, it was confirmed that the hardness of the alumina is improved.

7. 소성 온도 및 유지시간에 따른 경도 변화7. Hardness change according to firing temperature and holding time

소성 과정에서 온도가 알루미나의 경도에 미치는 영향을 알아보기 위해 가스제거 온도에 따른 변화, 하소-소성 공정과 소성 공정, 유지시간에 따른 경도, 소성 온도에 따른 경도 변화를 알아보았다.In order to investigate the effect of temperature on the hardness of alumina in the firing process, the changes according to the degassing temperature, the calcining-firing process and the firing process, the hardness according to the holding time, and the hardness change according to the firing temperature were investigated.

본 실험에서 알루미나는 물과 보헤마이트를 8:2의 비율(중량비)로 혼합된 분산액에 해교제인 질산(HNO3)(pH 2.5)을 첨가하고, 도핑원소를 첨가한 후, 개질제(Modifier)를 혼합하여 교반기로 교반한 다음 건조하여 겔을 형성한 후, 가압(Press)하고 분쇄한 다음, 소성하여 제조하였다. In this experiment, alumina was added to nitric acid (HNO 3 ) (pH 2.5), a peptizing agent, to a dispersion mixture of water and boehmite at a ratio of 8: 2 (weight ratio), and then a modifier was added. The mixture was stirred with a stirrer and dried to form a gel, and then pressed and pulverized, and then fired.

가. 가스 제거 온도에 따른 기공 변화end. Pore Change with Degassing Temperature

졸-겔법을 이용하여 알루미나를 제조하는데 있어 80중량%의 물과 10중량% 미만의 산(acid), 아세테이트(acetate), 희토류 원소들이 사용된다. 물은 건조과정에서 대부분 기화되고, 나머지는 하소 및 소성 과정에서 휘발된다. 하지만 모두 휘발되지 않고 소량의 가스들이 휘발되지 못하고 알루미나에 기공으로 잔존하기도 한다. 이렇게 생성된 기공들은 알루미나의 치밀화에 악영향을 미쳐 알루미나의 경도를 저하시키는 원인이 된다. 도 65는 알루미나의 시차열분석(DTA) 결과를 보여주는 도면이고, 도 66은 가스 제거 실험 공정을 보여주는 도면이다. 잔존 가스로 인해 알루미나의 외부와 내부에 기공이 형성된다. 이에 알루미나의 기공을 제거하고자 소성 공정의 온도를 조절하였다. 가스제거 온도는 시차열분석결과로 800℃~1000℃의 3 가지 온도로 비교하였고, 유지시간은 가스가 충분히 휘발 가능한 3시간으로 하여 비교하였다. In preparing the alumina using the sol-gel method, 80% by weight of water and less than 10% by weight of acid, acetate and rare earth elements are used. Water is mostly vaporized during drying and the remainder is volatilized during calcination and firing. However, they are not all volatilized, and a small amount of gases are not volatilized and remain as pores in alumina. The pores thus generated adversely affects the densification of the alumina, causing a decrease in the hardness of the alumina. FIG. 65 is a diagram illustrating differential thermal analysis (DTA) result of alumina, and FIG. 66 is a diagram illustrating a gas removal experiment process. The remaining gas forms pores outside and inside the alumina. The temperature of the firing process was adjusted to remove pores of alumina. The degassing temperature was compared with three temperatures of 800 ℃ ~ 1000 ℃ as a result of differential thermal analysis, and the holding time was compared with 3 hours in which gas was sufficiently volatilized.

도 67은 가스 제거 공정을 거치지 않은 알루미나 입자를 보여주는 사진이고, 도 68은 가스 제거 공정을 거친 알루미나 입자를 보여주는 사진으로서, 도 68에서 (a)는 800℃의 온도에서 가스 제거 공정을 실시한 경우이고, (b)는 800℃의 온도에서 가스 제거 공정을 실시한 경우이며, (c)는 1000℃의 온도에서 가스 제거 공정을 실시한 경우이다. 도 69는 가스 제거 공정에 따른 경도 변화를 보여주는 도면이다. 800℃에서 기공 제거한 알루미나는 입자에 기공들이 잔존하여 있었고, 900℃에서 기공 제거한 알루미나는 기공이 관찰되지 않고 매끄러운 표면이 관찰되었다. 온도를 증가시켜 1000℃에서 기공 제거한 알루미나는 약간의 기공들이 잔존하여 있었다. 이에 소성 온도를 이용하여 기공 제거를 위해서는 900℃에서 홀딩하여 가스를 제거하는 것이 가장 많은 양의 가스를 휘발시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이에 가스제거 전과 후의 경도를 비교한 결과 7.7㎬에서 13.26㎬로 경도가 증가하는 것을 알 수 있었다. FIG. 67 is a photograph showing alumina particles not subjected to a gas removal process, and FIG. 68 is a photograph showing alumina particles subjected to a gas removal process. In FIG. 68, (a) shows a case where a gas removal process is performed at a temperature of 800 ° C. (b) is a case where the gas removal process is performed at the temperature of 800 degreeC, and (c) is a case where the gas removal process is performed at the temperature of 1000 degreeC. 69 is a view illustrating a change in hardness according to the gas removing process. The alumina pore removed at 800 ° C. had pores remaining in the particles, and the alumina pore removed at 900 ° C. showed no pores but a smooth surface. The pores removed at 1000 ° C. by increasing the temperature had some pores remaining. Accordingly, it was found that holding the gas at 900 ° C. to remove the pores using the firing temperature may volatilize the largest amount of gas. As a result of comparing the hardness before and after degassing, the hardness increased from 7.7 경도 to 13.26㎬.

나. 하소-소성 공정과 소성 공정I. Calcination-firing process and firing process

일반적인 알루미나의 도핑은 하소 공정 후 용액의 상태로 도핑 후 건조하여 소성을 한다. 하지만 이번 실험의 경우 졸상태에 도핑을 하기 때문에 하소 공정이 불필요하다 여겨진다. 이에 하소공정의 유무에 따른 알루미나의 경도변화를 표 4에서와 같이 A와 B로 비교하였다. In general, doping of alumina is carried out in the form of a solution after the calcination process, followed by drying and baking. In this experiment, however, the calcination process is unnecessary because it is doped to the sol state. The hardness change of alumina with or without calcination process was compared with A and B as shown in Table 4.

소성 공정Firing process AA 도핑→건조→하소→소성Doping → drying → calcination → firing BB 도핑→건조→소성Doping → Drying → Firing

하소-소성 공정과 소성 공정에 따른 알루미나의 경도 변화를 알아보았다. 도 70은 소성 공정에 따른 경도를 보여주는 도면이다. 경도 입자의 관찰결과 하소공정을 거치지 않은 알루미나의 입자가 하소공정이 포함된 알루미나의 입자보다 작은 다이아몬도의 형상을 나타내었다. 이에 따라 하소 공정을 제거함에 따라 8.43㎬에서 18.91㎬로 경도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 이에 도핑 공정의 변화로 불필요한 하소공정을 제거함에 따라 공정의 간소화와 경도가 향상되는 것을 알 수 있었다.The hardness change of alumina was investigated by the calcining-calcination process and the calcination process. 70 is a view showing the hardness according to the firing process. As a result of the observation of the hardness particles, the particles of alumina that had not undergone the calcination process had a smaller diamond shape than those of the alumina containing the calcination process. Accordingly, the hardness increased from 8.43 8.4 to 18.91. As the calcination process was removed. Accordingly, it can be seen that the simplification and hardness of the process are improved by removing unnecessary calcination processes due to the change of the doping process.

다. 유지시간에 따른 경도All. Hardness according to holding time

소성 온도의 유지시간의 변화에 따른 알루미나의 경도를 알아보기 위해 1350℃에서 (a)10분과 (b)60분의 유지시간의 차이를 두어 경도 변화를 관찰하였다.In order to determine the hardness of the alumina according to the change in the holding time of the calcination temperature, the change in hardness was observed at a difference of the holding time of (a) 10 minutes and (b) 60 minutes at 1350 ° C.

소성 유지시간에 따른 알루미나의 형상 및 경도를 알아보았다. 도 71은 소성 유지시간에 따른 알루미나의 형상을 보여주는 도면이고, 도 72는 소성 유지시간에 따른 알루미나의 경도를 보여주는 도면이다. 형상의 관찰결과 소성 유지시간이 10분인 경우 결정립의 형태가 소량 관찰되기는 하나 완전한 결정립이 생성되지 않은 형상이 관찰되었다. 반면, 소성 유지시간이 60분인 경우 전체적으로 결정립이 형성되어 10㎛의 결정립들이 관찰되었다. 이에 소성 유지시간이 증가하면 결정립이 형성되는 것을 확인하였다. 이에 따라 경도의 차이도 크게 나타났다. 소성 시간이 짧은 10분의 경우 18.91㎬의 높은 경도를 나타내는 반면, 소성 유지시간이 긴 60분은 11.78㎬의 다소 감소된 경도를 나타내었다. 이에 소성 유지시간이 증가하게 되면 결정립이 형성되어 경도가 저하되는 것을 확인할 수 있었다.The shape and hardness of alumina according to the firing holding time were investigated. FIG. 71 is a view showing the shape of alumina according to firing holding time, and FIG. 72 is a view showing the hardness of alumina according to firing holding time. As a result of the observation of the shape, when the holding time of firing was 10 minutes, a small amount of grains were observed, but the shape was not observed. On the other hand, when the holding time of firing was 60 minutes, crystal grains were formed as a whole and 10 µm of grains were observed. This confirmed that when the firing holding time increases, crystal grains were formed. As a result, the difference in hardness was also large. A short firing time of 10 minutes showed a high hardness of 18.91 kPa, while a 60 minute long firing time had a slightly reduced hardness of 11.78 kPa. In this case, when the firing holding time increases, it was confirmed that the crystal grains formed and the hardness decreased.

라. 소성 온도에 따른 경도la. Hardness according to firing temperature

소성 온도에 따른 밀도와 이에 따른 경도의 변화를 도 73과 도 74에 나타내었다. 소성 온도는 1250℃~1450℃까지 5 단계로 비교 하였고, 유지시간은 10분으로 소성하였다. 1250℃에서 소성된 알루미나는 3.49 g/㎤의 낮은 밀도를 나타내었고, 소성온도가 증가(1300℃~1400℃)함에 따라 3.83 g/㎤, 3.92 g/㎤, 3.95 g/㎤로 알루미나의 밀도가 증가하였다. 반면 1450℃에서 소성된 알루미나는 3.91 g/㎤으로 다소 감소된 밀도를 나타내었다. 이에 1400℃의 소성된 알루미나가 가장 치밀화도가 높아 높은 밀도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 이에 소성온도가 알루미나의 경도에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 초기 1250℃에서 소성된 알루미나는 4.78㎬의 매우 낮은 경도를 나타나며 소결이 완전히 이루어 지지 않음을 알 수 있었다. 소성 온도가 증가함에 따라 1300℃에서 소성된 알루미나는 11.43㎬, 1350℃에서 소성된 알루미나는 15.35㎬의 경도를 나타내며 온도가 증가함에 따라 경도가 증가하였다. 또한 1400℃에서 소성된 알루미나가 16.46㎬로 가장 높은 경도를 나타내었으며, 1450℃에서 소성된 알루미나는 15.28㎬로 경도가 감소하였다. 이에 밀도 결과에서 가장 치밀화된 온도인 1400℃에서 소성된 알루미나의 경도가 가장 높은 경도를 나타내는 것을 알 수 있었다.73 and 74 show changes in density and hardness according to firing temperature. Firing temperature was compared to 1250 ℃ ~ 1450 ℃ in five stages, holding time was fired in 10 minutes. The alumina calcined at 1250 ° C. had a low density of 3.49 g / cm 3 and the density of alumina was increased to 3.83 g / cm 3, 3.92 g / cm 3 and 3.95 g / cm 3 with increasing firing temperature (1300 ° C. to 1400 ° C.). Increased. On the other hand, alumina calcined at 1450 ° C. showed a slightly reduced density of 3.91 g / cm 3. Accordingly, it was found that calcined alumina at 1400 ° C. showed the highest density with high density. The effect of calcination temperature on the hardness of alumina was investigated. The alumina fired at the initial 1250 ℃ exhibited a very low hardness of 4.78㎬ and it was found that the sintering was not completed. As the firing temperature increased, the alumina calcined at 1300 ° C was 11.43㎬, and the alumina calcined at 1350 ° C exhibited a hardness of 15.35㎬, and the hardness increased with increasing temperature. In addition, alumina fired at 1400 ° C exhibited the highest hardness of 16.46㎬, and alumina fired at 1450 ° C showed a decrease of 15.28㎬. Therefore, it was found that the hardness of the alumina calcined at 1400 ° C., which was the most densified temperature, showed the highest hardness.

앞서 살펴본 바와 같이, 졸-겔(Sol-Gel)법을 활용한 고순도 보헤마이트 겔을 활용한 알루미나계 연마재를 개발하기 위해 해교제의 종류, 개질제(Modifier)의 종류와 함량, 보헤마이트 겔의 수분감소, 보헤마이트 겔의 교반 속도, 도핑 원소, 가압 공정, 소성 온도 및 유지시간에 대해 알아보았다. As described above, in order to develop alumina-based abrasives using high-purity boehmite gel using the sol-gel method, the type of peptizer, the type and content of modifier, and the moisture of the boehmite gel Reduction, stirring speed of boehmite gel, doping element, pressurization process, firing temperature and holding time were investigated.

질산, 염산, 초산, 인산, 황산, 브롬화수소산 중 시간이 지남에 따라 질산, 염산, 초산, 브롬화수소산이 물과 분리되지 않고 보헤마이트 겔로 변화하며 해교제로 적합함을 알 수 있었다. 이 중 질산을 해교제로 사용한 알루미나의 비표면적이 2.10 m2g-1 으로 가장 작게 나타나며 알루미나의 치밀화에 도움을 주는 것을 확인하였다. 또한 질산을 해교제로 사용한 알루미나는 형상 관찰에서도 기공율이 가장 작게 나타났으며, 온도증가에 따른 열중량 감소율이 26.06% 로 가장 큰 폭으로 감소하며 많은 가스들이 휘발됨을 알 수 있었다. 이에 따라 18.26 ㎬의 높은 경도를 나타내며 알루미나 경도향상에 도움을 주었다. 개질제(Modifier)의 함량은 암모늄아세테이트(Ammonium acetate)(CH3CO2NH4)의 경우 2중량% 첨가된 알루미나의 하소 후 비표면적이 168.96 m2g-1로 가장 작게 나타나며 알루미나의 치밀화에 영향을 미친 것을 알 수 있었다. 개질제(Modifier)의 종류에는 따라서는 에틸트리메틸아세테이트(ethyl trimethyl acetate)가 하소 후 알루미나의 비표면적이 164.52 m2g-1로 가장 값을 나타내며 알루미나의 치밀화에 도움을 준 것을 확인하였다. 보헤마이트 겔의 수분 감소량에 따른 변화는 50℃의 중온에서 3시간 가열하여 수분량을 15% 감소시켰고, 이에 경도가 7.07㎬에서 18.91㎬로 크게 변화함을 확인하였다. 보헤마이트 겔의 교반속도에 따른 변화를 알아보았다. 0 rpm, 100rpm, 500rpm, 1000rpm으로 조절하여 알루미나 지립을 제조한 결과 교반속도가 증가함에 따라 비표면적이 감소하였고, 단면의 형상 관찰결과 기공의 분포 및 기공의 크기가 감소하는 것을 확인하였다. 이에 따라 16.45㎬에서 18.46㎬으로 경도가 향상됨을 확인하였다. 또한 알루미나의 경도향상을 위해 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄의 함량을 조절하여 도핑하였다. 각 도핑 원소에 따라 코런덤(corundum)의 알루미나 결정상이 주 피크(peak)로 존재하였고, 원소에 따라 2차상이 생성되었다. 란타늄이 도핑된 알루미나는 La33Al7O60이 생성되었고, 마그네슘이 도핑된 알루미나와 이트륨이 도핑된 알루미나는 Mg(Al2O4), Y(AlO3)이 2차상으로 생성되었다. 지르코늄이 도핑된 알루미나는 ZrO2의 상으로 공존하였다. 또한 도핑 함량이 증가함에 따라 코런덤(corundum)과 각 2차상들의 강도(Intensity)가 증가하였다. 도핑원소에 따른 형상은 란타늄이 도핑된 알루미나의 경우 1.0㎛ 길이의 덴드리머(Dendrimer)형의 조직들이 관찰되었으며, 도핑함량이 증가함에 따라 길이는 변하지 않고 분포도가 증가하였다. 마그네슘이 도핑된 알루미나는 일부 고용되어 스피넬(Spinel)을 형성하였으나, 고용한계를 초과하여 일부 편석되어 나타났다. 이트륨이 도핑된 알루미나는 스폿(Spot)형의 2차상들이 관찰되었는데, 이 역시 도핑함량이 증가함에 따라 크기의 변화는 관찰되지 않고 분포도가 증가하였다. 지르코늄이 도핑된 알루미나는 결정상 분석 결과에서 알 수 있듯이 알루미나에 고용되지 않아 결정립 외각으로 편석되어 나타남을 확인하였다. 도핑원소에 따른 밀도를 알아보았다. 무도핑된 알루미나의 밀도는 3.51 g/㎤ 이다. 란탄늄이 도핑된 알루미나는 도핑함량이 증가함에 따라 밀도가 증가하였고 5 중량%에서 3.91 g/㎤의 밀도로 가장 높은 값을 나타내었다. 마그네슘이 도핑된 알루미나는 1.5 중량%에서 3.81 g/㎤로 가장 높은 밀도값을 나타내었고, 이트륨이 도핑된 알루미나의 밀도는 초기 3.51 g/㎤에서 도핑함량이 증가함에 따라 3 중량%에서 3.85 g/㎤로 가장 높은 밀도값을 나타내었고, 지르코늄이 도핑된 알루미나는 0,4 중량%에서는 큰 변화가 없고 0.7 중량%의 함량에서 3.83 g/㎤으로 가장 높은 값을 나타내었다. 이 중 란타늄이 5 중량% 첨가되어 제조된 알루미나의 밀도가 3.91 g/㎤로 가장 높은 값을 나타내며 가장 치밀하게 소결된 것을 알 수 있었다. 이에 따른 경도를 비교하였다. 무도핑된 알루미나의 경도는 7.23 ㎬ 이다. 란타늄은 5 중량%, 마그네슘은 1.5 중량%, 이트륨은 3 중량%, 지르코늄은 0.7 중량%의 함량에서 각각 15.03 ㎬, 11.66 ㎬, 12.84 ㎬, 12.13 ㎬으로 높은 경도를 나타내는 것을 확인하였다. 이는 도핑되지 않은 알루미나의 경도보다 68.0~108.0%로 2배 이상 증가된 값을 나타내었다. 이 중 란타늄이 5 중량% 도핑된 알루미나의 경도가 15.03 ㎬으로 가장 높은 경도를 나타내었다. 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나는 코런덤(corundum)의 결정상이 주 피크(peak)로 형성되었고, 2차상으로 각각 LaMgAl11O19와 Zr3Y4O12이 생성되었다. LaMgAl11O19의 경우 1㎛의 균일한 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상이 관찰되었고, Zr3Y4O12의 경우 0.1㎛의 Spot형 2차상이 관찰되었다. 란타늄과 마그네슘이 도핑된 알루미나와 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나의 밀도는 3.82 g/㎤의 동일한 값을 나타내었다. 이는 도핑되지 않은 알루미나보다 8.8 % 증가되며, 치밀화가 향상됨을 알 수 있었다. 이에 따라 란타늄과 마그네슘, 이트륨과 지르코늄이 도핑된 알루미나의 경도는 13.30 ㎬, 13.15 ㎬으로 도핑되지 않은 알루미나보다 84.0%, 81.9% 향상되었다. 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 모두 도핑된 알루미나는 코런덤(corundum)의 결정상이 주 피크(peak)로 존재하였고, 란타늄과 마그네슘이 결합하여 LaMgAl11O19, 이트륨과 지르코늄이 결합되어 Zr3Y4O12의 2차상이 형성되었다. LaMgAl11O19은 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상이 생성되었고, Zr3Y4O12은 Spot형의 2차상이 관찰되었다. 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 도핑된 알루미나의 밀도는 3.98 g/㎤으로 도핑되지 않은 알루미나보다 11.7 % 증가된 값을 나타내며 치밀화가 향상됨을 알 수 있었다. 란타늄, 마그네슘, 이트륨, 지르코늄이 도핑된 알루미나는 18.26 ㎬의 경도를 나타내었다. 이는 각 원소들의 경도보다 월등히 높은 수치이며, 도핑되지 않은 알루미나보다 152.6 %증가된 값이다. 특히, 높은 밀도의 덴드리머(Dendrimer)형의 2차상으로 경도가 향상됨을 알 수 있었다. 가압에 의한 알루미나의 기공에 따른 경도 변화에 대해 알아보았다. 열중량감소 결과로 가스휘발도가 가장 높은 400℃에서 1시간 유지하여 가스를 최대량으로 휘발시키고자 하였고, 압력은 0t~6t으로 조절하였다. 그 결과 압력이 증가함에 따라 기공의 크기 및 분포량이 감소하였다. 특히, 6t의 압력에서 기공이 관찰되지 않으며 압력에 의해 기공이 제거된 것을 확인하였다. 이에 따른 비표면적은 압력이 증가함에 따라 압력을 가하기 전(0t)과 후(2t)의 비표면적이 20배의 차이를 나타내며 크게 감소하였다. 이에 가압에 의해 알루미나의 기공이 제거되어 비표면적이 크게 감소함을 확인하였다. 압력을 가하지 않은 알루미나의 경도는 17.04㎬로 일반적인 알루미나(15.00 ㎬)보다 약간 높은 값을 나타내었다. 압력이 2t, 4t, 6t으로 증가함에 따라 18.07㎬, 19.59㎬, 22.02㎬로 경도가 증가하였다. 이 중 6t으로 압력을 가한 경도는(22.02㎬) 일반적인 알루미나의 경도보다 33.1% 증가되었고, 압력을 가하지 않은 알루미나보다 18.2% 증가되었다. 이에 저온가압법을 활용하여 알루미나의 기공을 제거함에 따라 경도를 향상됨을 알 수 있었다. 소성 과정에서 온도가 알루미나의 경도에 미치는 영향을 알아보기 위해 소성 유지시간과 소성 온도에 따른 경도 변화를 알아보았다. 소성 유지시간이 증가함에 따라 10㎛의 결정립들이 생성되는 것을 관찰하였고, 경도가 다소 감소되는 것을 확인하였다. 이에 소성 유지시간이 증가하게 되면 결정립이 형성되어 경도가 저하되는 것을 알 수 있었다. 소성 온도에 따른 경도의 변화는 초기 1250℃에서는 4.78㎬의 매우 낮은 경도를 나타나며 소결이 완전히 이루어 지지 않고, 소성 온도가 증가함에 따라 1300℃에서는 11.43㎬, 1350℃에서는 15.35㎬의 경도를 나타내었다. 또한 1400℃에서 16.46㎬로 가장 높은 경도를 나타내었으며 온도가 더 증가한 1450℃에서는 15.28㎬로 경도가 감소하였다. 이에 1400℃에서 10분 소성한 알루미나의 경도가 가장 높음을 알 수 있었다. 이렇듯 알루미나의 경도에는 다양한 변수들이 작용하며, 해교제, 개질제(Modifier), 보헤마이트 겔의 수분감소, 보헤마이트 겔의 교반 속도, 도핑 원소, 가압 공정, 소성 온도 및 유지시간 등을 조절하여 22.02㎬의 높은 경도의 알루미나 지립을 제조하였다.
It was found that nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, and hydrobromic acid did not separate from water, but changed to boehmite gel and were suitable as a peptizing agent over time among nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, and hydrobromic acid. Among them, the specific surface area of alumina using nitric acid as a peptizing agent appeared to be the smallest at 2.10 m 2 g -1, which was found to help densification of alumina. In addition, the alumina using nitric acid as a peptizing agent showed the smallest porosity in the shape observation, and the decrease in thermogravimetry with the increase of temperature was 26.06%. As a result, it showed a high hardness of 18.26 ㎬ and helped improve the alumina hardness. The modifier content is the smallest in 168.96 m 2 g -1 after calcination of alumina added with 2% by weight of ammonium acetate (CH 3 CO 2 NH 4 ) and affects densification of alumina I knew it was crazy. According to the type of modifier, it was confirmed that ethyl trimethyl acetate showed the highest specific surface area of 164.52 m 2 g -1 after calcination and helped densification of alumina. The change of boehmite gel according to the moisture reduction amount was reduced by 15% by heating for 3 hours at 50 ° C., and the hardness was greatly changed from 7.07㎬ to 18.91㎬. The change of the boehmite gel with the stirring speed was examined. As a result of manufacturing the alumina abrasive grains by adjusting at 0rpm, 100rpm, 500rpm, 1000rpm, the specific surface area decreased as the stirring speed was increased. Accordingly, the hardness was improved from 16.45 ㎬ to 18.46 ㎬. In addition, to improve the hardness of the alumina doped by adjusting the content of lanthanum, magnesium, yttrium, zirconium. Corundum alumina crystal phase was present as the main peak according to each doping element, and a secondary phase was generated according to the element. Lanthanum-doped alumina produced La 33 Al 7 O 60 , and magnesium-doped alumina and yttrium-doped alumina produced Mg (Al 2 O 4 ) and Y (AlO 3 ) as secondary phases. Zirconium doped alumina coexisted in the phase of ZrO 2 . In addition, as the doping content was increased, the corundum and the intensity of each secondary phase increased. According to the doping element, the lanthanum-doped alumina showed dendrimer-type tissues having a length of 1.0 μm. As the doping content was increased, the length was not changed but the distribution was increased. Magnesium-doped alumina was partially dissolved to form spinel, but was partially segregated above the solid solution limit. Yttrium-doped alumina was found to have spot-shaped secondary phases. Also, as the doping content was increased, the change in size was not observed but the distribution was increased. The alumina doped with zirconium was found to be segregated into the grain shell because it was not dissolved in the alumina as shown in the crystal phase analysis result. The density according to the doping element was examined. The density of undoped alumina is 3.51 g / cm 3. Lanthanum-doped alumina increased in density with increasing doping content and showed the highest value at a density of 3.91 g / cm 3 at 5% by weight. Magnesium-doped alumina showed the highest density value of 1.5% by weight to 3.81 g / cm 3, and the density of yttrium-doped alumina increased from 3% by weight to 3.85 g / cm as the doping content increased at the initial 3.51 g / cm 3. The highest density value was shown in cm 3, and the zirconium-doped alumina showed the highest value at 3.83 g / cm 3 at 0.7 wt% with no significant change at 0,4 wt%. Among them, it was found that the density of the alumina prepared by adding 5% by weight of lanthanum showed the highest value of 3.91 g / cm 3 and the most densely sintered. The hardness was thus compared. The hardness of the undoped alumina is 7.23 mm 3. Lanthanum was 5 wt%, magnesium was 1.5 wt%, yttrium was 3 wt%, and zirconium was found to have a high hardness of 15.03 kPa, 11.66 kPa, 12.84 kPa, and 12.13 kPa, respectively. This is more than twice the increase of the hardness of the undoped alumina 68.0 ~ 108.0%. Of these, lanthanum-doped alumina had the highest hardness of 15.03 kPa. Alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium had a corundum crystal phase as the main peak, and LaMgAl 11 O 19 and Zr 3 Y 4 O 12 were formed as secondary phases, respectively. In the case of LaMgAl 11 O 19 , a uniform dendrimer type secondary phase of 1 μm was observed, and in the case of Zr 3 Y 4 O 12 , a spot type secondary phase of 0.1 μm was observed. The density of alumina doped with lanthanum and magnesium and alumina doped with yttrium and zirconium showed the same value of 3.82 g / cm 3. This is an increase of 8.8% than undoped alumina, it can be seen that the densification is improved. Accordingly, the hardness of alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium was 13.30 ㎬ and 13.15 ㎬, which is 84.0% and 81.9% higher than that of undoped alumina. The alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium had a corundum crystal phase as its main peak, and lanthanum and magnesium were bonded to LaMgAl 11 O 19 and yttrium and zirconium to bind Zr 3 Y A secondary phase of 4 O 12 was formed. LaMgAl 11 O 19 produced a dendrimer type secondary phase, and Zr 3 Y 4 O 12 showed a spot type secondary phase. The density of alumina doped with lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium was 3.98 g / cm 3, which was 11.7% higher than that of undoped alumina, and the densification was improved. Lanthanum doped with lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium had a hardness of 18.26 kPa. This is much higher than the hardness of each element and is a 152.6% increase over undoped alumina. In particular, it was found that the hardness was improved in the dendrimer type secondary phase of high density. The change in hardness according to the pores of alumina by pressing was examined. As a result of the thermogravimetric reduction, the gas volatilization was maintained at 400 ° C. for 1 hour to volatilize the gas to the maximum amount, and the pressure was adjusted to 0t ~ 6t. As a result, the pore size and distribution decreased with increasing pressure. In particular, no pores were observed at a pressure of 6t and it was confirmed that the pores were removed by the pressure. As a result, the specific surface area decreased significantly with the difference of 20 times the specific surface area before (0t) and after (2t). As a result, the pores of the alumina were removed by pressurization, and it was confirmed that the specific surface area greatly decreased. The hardness of the alumina without pressure was 17.04 kPa, which was slightly higher than that of general alumina (15.00 kPa). As the pressure increased to 2t, 4t, 6t, the hardness increased to 18.07㎬, 19.59㎬, 22.02㎬. Among them, the pressure applied at 6t (22.02㎬) was 33.1% higher than that of ordinary alumina, and 18.2% higher than that of alumina without pressure. Therefore, it was found that the hardness was improved by removing the pores of alumina by using a low temperature pressurization method. In order to investigate the effect of temperature on the hardness of alumina in the firing process, the hardness change according to the firing holding time and firing temperature was investigated. It was observed that grains of 10 μm were produced as the firing holding time increased, and the hardness was slightly decreased. In this case, when the firing holding time increases, it was found that grains are formed and hardness decreases. The change of hardness according to the firing temperature showed very low hardness of 4.78㎬ at the initial 1250 ℃, and the sintering was not completed completely. As the firing temperature increased, the hardness of 11.43㎬ at 1300 ℃ and 15.35㎬ at 1350 ℃. The highest hardness was found to be 16.46㎬ at 1400 ℃ and the hardness decreased to 15.28㎬ at 1450 ℃. It was found that the hardness of the alumina calcined at 1400 ° C. for 10 minutes was the highest. As such, various variables affect the hardness of the alumina, and by controlling the peptizing agent, the modifier, the moisture reduction of the boehmite gel, the stirring speed of the boehmite gel, the doping element, the pressing process, the firing temperature, and the holding time, 22.02 22 Alumina abrasive grains of high hardness were prepared.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.

Claims (11)

(a) 연마재 소스물질을 용매에 분산시켜 분산액을 제조하는 단계;
(b) 상기 분산액에 해교제 및 도핑원소를 포함하는 소스물질을 첨가하여 졸을 형성하는 단계;
(c) 상기 졸을 열처리하여 상기 졸에 함유된 수분 함량을 감소시키는 단계;
(d) 상기 열처리에 의해 형성된 겔을 열간 가압하여 상기 겔 내에 함유된 수분과 기공을 감소시키는 단계; 및
(e) 열간 가압된 겔을 분쇄하고 소성하는 단계를 포함하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
(a) dispersing the abrasive source material in a solvent to prepare a dispersion;
(b) adding a source material containing a peptizing agent and a doping element to the dispersion to form a sol;
(c) heat treating the sol to reduce the moisture content contained in the sol;
(d) hot pressing the gel formed by the heat treatment to reduce moisture and pores contained in the gel; And
(e) pulverizing and calcining the hot pressurized gel.
제1항에 있어서, 상기 해교제는 질산, 염산, 초산 및 브롬화수산 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 해교제의 pH는 1?4 범위인 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the peptizing agent comprises at least one material selected from nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, and bromide and the pH of the peptizing agent is in the range of 1-4. .
제1항에 있어서, 상기 도핑원소는 란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄 중에서 선택된 1종 이상의 물질이고, 상기 도핑원소는 상기 연마재 지립에 대하여 0.01?10중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the doping element is at least one material selected from lanthanum, magnesium, yttrium and zirconium, wherein the doping element is 0.01 to 10% by weight relative to the abrasive grains of the high abrasive abrasive grains Manufacturing method.
제1항에 있어서, 상기 도핑원소를 포함하는 소스물질은 La(NO3)3?6H2O, Mg(NO3)2?6H2O, Y(NO3)3?6H2O 및 지르코늄 아세테이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the source material containing the doping element is La (NO 3) 3? 6H 2 O, Mg (NO 3) 2? 6H 2 O, Y (NO 3) 3? 6H 2 O and of zirconium acetate Method for producing a high abrasive abrasive grain, characterized in that consisting of at least one material selected from.
제1항에 있어서, 상기 열처리는 상기 용매의 끓는점과 같거나 낮은 온도에서 1분?48시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the heat treatment is performed at a temperature equal to or lower than the boiling point of the solvent for 1 minute to 48 hours.
제1항에 있어서, 상기 열간 가압은 100?450℃의 온도에서 0.1?10톤의 압력으로 1초?24시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the hot pressing is performed for 1 second to 24 hours at a pressure of 0.1 to 10 tons at a temperature of 100 ~ 450 ℃.
제1항에 있어서, 상기 연마재 소스물질은 보헤마이트이고, 상기 고경도 연마재 지립은 코런덤(Corundum) 결정상을 이루는 알루미나 지립인 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the abrasive source material is boehmite, and the high hardness abrasive grain is alumina abrasive grains forming a corundum crystal phase.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 상기 분산액에 개질제를 첨가하는 단계를 더 포함하며, 상기 개질제는 암모늄아세테이트, 에틸트리메틸아세테이트 및 메틸트리메틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, further comprising the step of adding a modifier to the dispersion in step (b), wherein the modifier is at least one material selected from ammonium acetate, ethyltrimethyl acetate and methyltrimethyl acetate A method for producing abrasive grains.
제1항에 있어서, 상기 (e) 단계에서 분쇄 후 소성 전에 열처리에 의해 가스를 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 가스를 제거하는 단계는 800?1000℃의 온도에서 1분?12시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, further comprising the step of removing the gas by heat treatment before firing after pulverization in the step (e), wherein the removing of the gas is performed at a temperature of 800 to 1000 ° C. for 1 minute to 12 hours. Method for producing a high abrasive abrasive grain, characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 소성은 1250?1450℃의 온도에서 1분?6시간 동안 수행하는 것을 특징으로 고경도 연마재 지립의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the calcination is performed for 1 minute to 6 hours at a temperature of 1250 ~ 1450 ℃.
제1항에 기재된 방법으로 제조되고, 코런덤(Corundum) 결정상을 이루는 알루미나 지립으로서 란타늄, 마그네슘, 이트륨 및 지르코늄 중에서 선택된 1종 이상의 물질에 의해 덴드리머형 2차상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고경도 연마재 지립.A high hardness characterized in that a dendritic secondary phase is formed by at least one material selected from lanthanum, magnesium, yttrium, and zirconium as an alumina abrasive grain prepared by the method according to claim 1 and forming a corundum crystal phase. Abrasive abrasives.
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