KR20120043294A - Machinable ceramic composite material with black color and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A machinable black ceramic complex and a manufacturing method thereof are provided to enhance crystal state by using a hot pressing process. CONSTITUTION: A machinable black ceramic complex comprises zirconia(ZrO2), boron nitride(BN), yttrium oxide(Y2O3), and alumina(Al2O3). The zirconia(ZrO2) and boron nitride(BN) are contained 78-96 weight%. The yttrium oxide(Y2O3) is contained 3-12 weight% and the alumina (Al2O3) is contained 1-10 weight%. The machinable black ceramic complex has a flexural strength of 120-160MPa and a thermal expansion coefficient of 6.0-9.0×10^-6/degree Celsius. A manufacturing method of the machinable black ceramic composite comprises next steps: mixing material powders; charging compound powder in a mold of a furnace; sintering and hot pressing the compound powder; obtaining machinable ceramic composite by cooling the furnace; placing the machinable ceramic composite and carbon group powder in a crucible; charging the crucible into the furnace; exhausting impurity gas within the furnace; processing a thermal process to make the ceramic black; and obtaining the machinable black ceramic composite by cooling the furnace.

Description

머시너블 흑색 세라믹 복합체 및 그 제조방법{Machinable ceramic composite material with black color and manufacturing method of the same}Machinable ceramic composite material with black color and manufacturing method of the same

본 발명은 머시너블 세라믹 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결정 상태가 우수하고 기계적 특성도 우수하며 입자 사이의 간격이 매우 조밀하고 기계적 가공성이 우수하며 명도가 낮은 머시너블 흑색 세라믹 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a machinable ceramic composite and a method of manufacturing the same, and more particularly, a machinable black ceramic composite having excellent crystal state, excellent mechanical properties, very dense spacing between particles, excellent machinability, and low brightness. And to a method for producing the same.

일반적으로 세라믹은 고온에 견디는 성질이 우수하고 양호한 기계적 특성 및 절연성을 나타낸다. 세라믹의 이러한 특성으로 인하여 반도체 제조장치의 부품으로서 많이 사용되고 있다. 그러나, 대부분의 세라믹은 깨짐(brittle) 특성으로 인하여 기계적 가공성이 좋지 못하다. In general, ceramics have excellent properties of withstanding high temperatures and exhibit good mechanical properties and insulation. Due to this property of ceramics, it is widely used as a component of a semiconductor manufacturing apparatus. However, most ceramics have poor mechanical workability due to their brittle characteristics.

기계적 가공성을 좋게 하기 위한 예로서 결정화 유리의 경우, 유리 매트릭스 내에 질화붕소(BN)와 같은 쪼갤 수 있는(cleavable) 세라믹 성분을 분산시켜 기계적 가공성을 좋게 하고 있다. 이와 같이 기계적 가공성이 우수한 세라믹을 머시너블 세라믹(machinable ceramic)이라 부르고 있다. In the case of crystallized glass as an example for improving the mechanical workability, cleavable ceramic components such as boron nitride (BN) are dispersed in the glass matrix to improve the mechanical workability. Such a ceramic having excellent machinability is called a machinable ceramic.

머시너블 세라믹은 양호한 기계 가공성을 가져야 하고, 양호한 절연 특성을 가지며, 고정밀 미세 가공이 가능할 것이 요구되고 있다. Machinable ceramics are required to have good machinability, good insulating properties, and high precision micromachining.

대한민국 등록특허공보 제10-0616001호는 머시너블 세라믹를 제시하고 있는데, 주성분(main constituent)과 소결 조제(sintering aid)를 포함하는 머시너블 세라믹(machinable ceramic)에 있어서, 상기 주성분은, 질화 붕소 30 내지 59.95 질량%, 지르코니아 40 내지 69.95 질량%, 질화 규소 0 내지 20 질량% 및 적어도 하나의 착색 첨가제 0.05 내지 2.5 질량%를 포함하며, 상기 세라믹은 흑색계 칼라를 갖는 머시너블 세라믹을 제시하고 있다.
Korean Patent Publication No. 10-0616001 discloses a machinable ceramic. In a machinable ceramic including a main constituent and a sintering aid, the main component is boron nitride 30 to 30. 59.95 mass%, zirconia 40 to 69.95 mass%, silicon nitride 0 to 20 mass% and at least one coloring additive 0.05 to 2.5 mass%, said ceramics present machinable ceramics with a black color.

본 발명이 해결하려는 과제는 결정 상태가 우수하고 기계적 특성도 우수하며 입자 사이의 간격이 매우 조밀하고 기계적 가공성이 우수하며 명도가 낮은 머시너블 흑색 세라믹 복합체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
An object of the present invention is to provide a machinable black ceramic composite having excellent crystal state, excellent mechanical properties, very dense spacing between particles, excellent machinability, and low brightness, and a method of manufacturing the same.

본 발명은, 지르코니아(ZrO2), 질화붕소(BN), 산화이트륨(Y2O3) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하며, 상기 지르코니아(ZrO2)와 상기 질화붕소(BN)는 78?96 중량% 함유되고, 상기 산화이트륨(Y2O3)은 3?12 중량% 함유되며, 상기 알루미나(Al2O3)는 1?10 중량% 함유되고, 꺾임강도가 100?160 MPa 정도이고, 열팽창계수는 6.0?9.0×10-6/℃ 범위 이며, 백색도가 30?50 범위인 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 제공한다. The present invention includes zirconia (ZrO 2 ), boron nitride (BN), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ), wherein the zirconia (ZrO 2 ) and the boron nitride (BN) 78 to 96% by weight, the yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is contained 3 to 12% by weight, the alumina (Al 2 O 3 ) is contained 1 to 10% by weight, the bending strength is 100 ~ 160 MPa The thermal expansion coefficient is in the range of 6.0? 9.0 × 10 −6 / ° C. and provides a machinable black ceramic composite having a whiteness in the range of 30-50.

상기 지르코니아(ZrO2)와 상기 질화붕소(BN)는 중량비로 1:0.8?1:1.2 범위를 이루는 것이 바람직하다.Preferably, the zirconia (ZrO 2 ) and the boron nitride (BN) form a weight ratio of 1: 0.8 to 1: 1.2.

또한, 본 발명은, (a) 지르코니아(ZrO2) 분말과 질화붕소(BN) 분말 78?96중량%, 산화이트륨(Y2O3) 분말 3?12 중량% 및 알루미나(Al2O3) 분말 1?10중량%를 혼합하는 단계와, (b) 지르코니아(ZrO2) 분말, 질화붕소(BN) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말 및 알루미나(Al2O3) 분말의 혼합분말을 퍼니스에 구비된 몰드에 장입하는 단계와, (c) 상기 퍼니스의 온도를 지르코니아(ZrO2)와 질화붕소(BN)의 용융 온도보다 낮은 목표하는 소결 온도로 상승시키고, 상기 소결 온도에서 상기 혼합분말에 압력을 가하면서 소결시키는 단계와, (d) 퍼니스를 냉각하여 머시너블 세라믹 복합체를 얻는 단계와, (e) 상기 머시너블 세라믹 복합체와 흑색화를 위한 탄소계 분말을 도가니에 담고, 상기 도가니를 퍼니스에 장입하는 단계와, (f) 펌프를 작동시켜 퍼니스 내에 존재하는 불순물 가스를 배기하는 단계와, (g) 퍼니스의 온도를 목표하는 열처리 온도로 상승시키고, 상기 열처리 온도에서 유지하여 흑색화를 위한 열처리를 실시하는 단계 및 (h) 퍼니스를 냉각하여 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 얻는 단계를 포함하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is (a) 78 to 96% by weight of zirconia (ZrO 2 ) powder and boron nitride (BN) powder, 3 to 12% by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and alumina (Al 2 O 3 ) Mixing 1 to 10% by weight of powder, and (b) a mixed powder of zirconia (ZrO 2 ) powder, boron nitride (BN) powder, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and alumina (Al 2 O 3 ) powder Charging to a mold provided in the furnace, and (c) raising the temperature of the furnace to a target sintering temperature lower than the melting temperature of zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN), and mixing at the sintering temperature. Sintering under pressure to powder, (d) cooling the furnace to obtain a machinable ceramic composite, (e) containing the machinable ceramic composite and carbonaceous powder for blackening in a crucible, and Charging the furnace to the furnace, and (f) operating the pump to remove impurities present in the furnace. Evacuating, (g) raising the temperature of the furnace to a target heat treatment temperature, maintaining the heat treatment temperature to perform heat treatment for blackening, and (h) cooling the furnace to cool the machinable black ceramic composite. It provides a method for producing a machinable black ceramic composite comprising the step of obtaining.

상기 (a) 단계에서, 상기 지르코니아(ZrO2) 분말과 상기 질화붕소(BN) 분말은 1:0.8?1:1.2의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다.In the step (a), the zirconia (ZrO 2 ) powder and The boron nitride (BN) powder is preferably mixed in a weight ratio of 1: 0.8-1: 1.2.

상기 열처리 온도는 1600?1800℃ 범위 이고, 상기 열처리를 실시하는 동안에 퍼니스 내의 압력은 1×10-1?1×10-5 Torr 범위로 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.The heat treatment temperature is in the range of 1600-1800 ° C., and the pressure in the furnace during the heat treatment is preferably kept constant in the range of 1 × 10 −1 −1 × 10 −5 Torr.

상기 탄소계 분말은 카본 블랙, 그라파이트 및 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 이상의 분말을 사용하고, 상기 머시너블 세라믹 복합체와 상기 탄소계 분말은 부피비로 1:0.5?1:10의 비율로 상기 도가니에 담는 것이 바람직하다.The carbon-based powder uses at least one powder selected from carbon black, graphite and carbon nanotubes, and the machinable ceramic composite The carbon-based powder is preferably contained in the crucible in a ratio of 1: 0.5 to 1:10 by volume.

상기 도가니는 탄소(C) 성분으로 이루어진 그라파이트 재질로 이루어진 도가니를 사용하는 것이 바람직하다.As the crucible, it is preferable to use a crucible made of a graphite material composed of carbon (C) components.

상기 소결 온도는 1550?1800℃ 범위 이고, 상기 소결은 소결체의 미세구조 및 기계적 특성를 고려하여 10분?6시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.The sintering temperature is in the range of 1550 ~ 1800 ℃, the sintering is preferably performed for 10 minutes ~ 6 hours in consideration of the microstructure and mechanical properties of the sintered body.

상기 혼합분말에 가해지는 압력은 20?60MPa 범위이고, 상기 몰드의 상부와 하부에서 상하 양방향 압축을 실시하는 것이 바람직하다.The pressure applied to the mixed powder is in the range of 20 to 60 MPa, and it is preferable to perform up and down bidirectional compression in the upper and lower portions of the mold.

상기 몰드는 그라파이트 재질로 이루어진 몰드를 사용하고, 상기 소결은 질소(N2) 가스 분위기에서 수행되며, 질소 가스는 200?2000sccm 범위의 유량으로 공급되는 것이 바람직하다.The mold uses a mold made of graphite material, the sintering is performed in a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere, the nitrogen gas is preferably supplied at a flow rate of 200 ~ 2000sccm range.

상기 혼합은 습식 볼 밀링 공정을 이용하며, 상기 습식 볼 밀링 공정은 지르코니아 또는 알루미나 볼을 사용하고, 습식 볼 밀링이 이루어지는 포트는 테프론 재질로 이루어진 포트를 사용하며, 볼의 크기는 1㎜?30㎜ 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50?500rpm 범위로 설정하며, 볼 밀링은 1?48 시간 수행하는 것이 바람직하다.
The mixing uses a wet ball milling process, the wet ball milling process uses zirconia or alumina balls, the wet ball milling port uses a port made of Teflon material, and the ball size is 1 mm to 30 mm. It is preferable to set the range, the rotational speed of the ball mill is set in the range of 50 to 500 rpm, and the ball milling is performed for 1 to 48 hours.

본 발명에 의하여 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 밀도가 4.0?5.0g/㎤ 정도 이며, 입자 사이의 간격이 매우 조밀하고 기공이 거의 형성되지 않은 소결체로서, 결정 상태가 우수하다. The machinable black ceramic composite produced by the present invention is a sintered compact having a density of about 4.0 to 5.0 g / cm 3, very dense spacing between particles and almost no pores, and excellent in crystalline state.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 꺾임강도가 100?160 MPa 정도이고, 열팽창계수는 6.0?9.0×10-6/℃ 정도로서 기계적 특성(mechanical property)이 매우 우수하고, 기계적 가공성이 매우 우수하다. In addition, the machinable black ceramic composite prepared according to the preferred embodiment of the present invention has a bending strength of about 100 to 160 MPa and a thermal expansion coefficient of about 6.0 to 9.0 × 10 −6 / ° C., which is very excellent in mechanical properties. And the mechanical workability is very excellent.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 백색도가 30?50 정도로서 명도가 낮다.
In addition, the machinable black ceramic composite prepared according to the preferred embodiment of the present invention has a low whiteness of about 30-50 degrees.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 밀도를 측정한 그래프이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 꺾임강도(flexural strength)를 측정한 그래프이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 열팽창계수(thermal coefficient)를 측정한 그래프이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 기계적 가공성을 확인하기 위하여 직경 60㎛ 크기의 홀(hole)을 가공하여 나타낸 사진이다.
도 5는 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이다.
도 5를 참조하면, 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 질화붕소(BN)와 지르코니아(ZrO2)가 주성분을 이루면서 고르게 분산되어 있는 모습을 볼 수 있다.
도 6은 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 밀도를 측정한 그래프이다.
도 7은 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 꺾임강도(flexural strength)를 측정한 그래프이다.
도 8은 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 열팽창계수(thermal coefficient)를 측정한 그래프이다.
도 9는 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체와 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 백색도(whiteness)를 보여주는 그래프이다.
1 is a graph measuring the density of a machinable ceramic composite prepared according to Example 1. FIG.
Figure 2 is a graph measuring the flexural strength of the machinable ceramic composite prepared according to Example 1.
3 is a graph measuring a thermal coefficient of the machinable ceramic composite prepared according to Example 1. FIG.
FIG. 4 is a photograph showing processing holes having a diameter of 60 μm in order to confirm mechanical machinability of the machinable ceramic composite prepared according to Example 1. FIG.
5 is a Scanning Electron Microscope (SEM) photograph showing the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2. FIG.
Referring to FIG. 5, the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2 can be seen that boron nitride (BN) and zirconia (ZrO 2 ) are uniformly dispersed as a main component.
Figure 6 is a graph measuring the density of the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2.
7 is a graph measuring the flexural strength of the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2. FIG.
FIG. 8 is a graph measuring a thermal coefficient of a machinable black ceramic composite prepared according to Example 2. FIG.
9 is a graph showing the whiteness of the machinable ceramic composite prepared according to Example 1 and the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2. 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 발명의 바람직한 실시예에 따른 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 지르코니아(ZrO2), 질화붕소(BN), 산화이트륨(Y2O3) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하며, 지르코니아(ZrO2)와 질화붕소(BN)는 머시너블 흑색 세라믹 복합체 100중량%에 대하여 78?96 중량% 함유되며, 산화이트륨(Y2O3)은 머시너블 흑색 세라믹 복합체 100중량%에 대하여 3?12 중량% 함유되고, 알루미나(Al2O3)은 머시너블 흑색 세라믹 복합체 100중량%에 대하여 1?10 중량% 함유된다. 상기 지르코니아(ZrO2)와 상기 질화붕소(BN)는 머시너블 흑색 세라믹 복합체 100 중량%에 대하여 78?96 중량% 함유되며, 지르코니아(ZrO2)와 질화붕소(BN)의 중량비(ZrO2:BN)는 1:0.8?1:1.2 범위인 것이 바람직하다. The machinable black ceramic composite according to the preferred embodiment of the present invention includes zirconia (ZrO 2 ), boron nitride (BN), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ), and zirconia (ZrO 2 ) And boron nitride (BN) are contained 78 to 96% by weight based on 100% by weight of the machinable black ceramic composite, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is 3 to 12% by weight relative to 100% by weight of the machinable black ceramic composite. Alumina (Al 2 O 3 ) is contained in an amount of 1 to 10% by weight based on 100% by weight of the machinable black ceramic composite. The zirconia (ZrO 2 ) and the boron nitride (BN) is contained 78 ~ 96% by weight relative to 100% by weight of the machinable black ceramic composite, the weight ratio (ZrO 2 : BN) of zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN). ) Is preferably in the range from 1: 0.8 to 1: 1.2.

본 발명의 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 밀도가 4.0?5.0g/㎤ 정도 이며, 꺾임강도가 120?160 MPa 정도 이고, 열팽창계수는 6.0?9.0×10-6/℃ 정도로서 기계적 특성(mechanical property)이 우수하고, 기계적 가공성이 매우 우수하다. The machinable black ceramic composite of the present invention has a density of about 4.0 to 5.0 g / cm 3, a bending strength of about 120 to 160 MPa, and a coefficient of thermal expansion of about 6.0 to 9.0 × 10 −6 / ° C., which has mechanical properties. Excellent and very good mechanical workability.

또한, 본 발명의 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 백색도가 30?50 정도로서 명도가 낮다. In addition, the machinable black ceramic composite of the present invention has a low whiteness of about 30-50 degrees.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법을 설명한다. 이하의 설명에서 머시너블 세라믹 복합체라 함은 소결 공정이 이루어지고 흑색화 공정을 수행하기 전 단계에서 얻어지는 물질을 의미하고, 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 소결 공정 후에 흑색화 공정을 수행하여 얻어지는 물질을 의미하는 것으로 사용한다. Hereinafter, a method of manufacturing a machinable black ceramic composite according to a preferred embodiment of the present invention. In the following description, the machinable ceramic composite material refers to a material obtained in a step before the sintering process is performed and the blackening process, and the machinable black ceramic composite material is obtained by performing a blackening process after the sintering process. We use by doing.

머시너블 세라믹 복합체를 제조하기 위하여 지르코니아(ZrO2) 분말과 질화붕소(BN) 분말 78?96중량%, 산화이트륨(Y2O3) 분말 3?12 중량% 및 알루미나(Al2O3) 분말 1?10중량%가 함유되게 각 원료들을 칭량한다. 이때, 지르코니아(ZrO2)와 질화붕소(BN)의 중량비(ZrO2:BN)는 1:0.8?1:1.2 범위가 되게 한다. Zirconia (ZrO 2 ) powder and boron nitride (BN) powder 78 to 96 wt%, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder 3 to 12 wt% and alumina (Al 2 O 3 ) powder to produce machinable ceramic composites Each raw material is weighed to contain 1 to 10% by weight. At this time, the weight ratio (ZrO 2 : BN) of zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN) is in the range of 1: 0.8 to 1: 1.2.

지르코니아(ZrO2)와 질화붕소(BN)는 머시너블 세라믹 복합체의 근간을 이루는 물질이다. Zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN) are the bases of machinable ceramic composites.

질화붕소(BN)는 소결이 잘 되지 않아 소결하기가 어려우며, 따라서 소결이 잘 되고 소결 온도를 낮추며 기계적 특성을 좋게 하기 위하여 산화이트륨(Y2O3) 분말과 알루미나(Al2O3) 분말을 첨가한다. Boron nitride (BN) is difficult to sinter due to poor sintering. Therefore, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and alumina (Al 2 O 3 ) powder are mixed to improve sintering, lower sintering temperature and improve mechanical properties. Add.

상기 원료들을 혼합한다. 상기 혼합은 볼 밀링(ball milling) 공정을 이용할 수 있다. 볼 밀링 공정을 구체적으로 설명하면, 원료인 지르코니아(ZrO2) 분말, 질화붕소(BN) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말 및 알루미나(Al2O3) 분말을 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 물, 알코올과 같은 용매와 함께 혼합하고, 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 원료 분말들을 기계적으로 균일하게 혼합한다. 볼 밀링에 사용되는 포트는 테프론(Teflon) 재질의 포트를 사용할 수 있으며, 테프론 포트를 사용하게 되면, 볼 밀링 공정에서 마모에 따라 발생되는 오염이나 조성의 불균일을 해소할 수 있는 장점이 있는데, 이는 볼 밀링 공정에서 테프론 포트로부터 함유된 테프론 성분은 후속의 소결 공정에서 번아웃(burn out) 시킬 수 있기 때문이다. 볼은 원료에 포함되는 지르코니아(ZrO2) 분말, 알루미나(Al2O3) 분말과 동일한 재질인 지르코니아 또는 알루미나 볼을 사용하는 것이 불순물을 발생시키지 않는 측면에서 바람직하며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절하여 혼합한다. 예를 들면, 볼의 크기는 1㎜?30㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50?500rpm 정도의 범위로 설정하며, 볼 밀링은 1?48 시간 동안 실시한다. 볼 밀링에 의해 원료들은 균일하게 혼합되게 된다. Mix the above raw materials. The mixing may use a ball milling process. The ball milling process will be described in detail with a ball milling machine comprising zirconia (ZrO 2 ) powder, boron nitride (BN) powder, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder, and alumina (Al 2 O 3 ) powder. ) Is mixed with a solvent such as water and alcohol, and rotated at a constant speed using a ball mill to mechanically uniformly mix the raw powders. The port used for ball milling can use a Teflon port, and the use of Teflon port can eliminate the contamination or compositional unevenness caused by wear in the ball milling process. This is because the Teflon component contained from the Teflon pot in the ball milling process can be burned out in a subsequent sintering process. It is preferable to use zirconia or alumina balls made of the same material as zirconia (ZrO 2 ) powder or alumina (Al 2 O 3 ) powder included in the raw material in terms of not generating impurities, and the balls are all the same size. You can use two or more sizes of balls together. Mix by adjusting the size of the ball, milling time, revolution per minute of the ball mill, etc. For example, the size of the ball is set in the range of about 1 mm to 30 mm, the rotation speed of the ball mill is set in the range of about 50 to 500 rpm, and ball milling is performed for 1 to 48 hours. By ball milling the raw materials are evenly mixed.

혼합이 완료된 원료들을 건조한다. 상기 건조는 60?120℃의 온도에서 30분?24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.Dry the mixed raw materials. The drying is preferably carried out for 30 minutes to 24 hours at a temperature of 60 ~ 120 ℃.

건조된 원료들은 뭉쳐져 있을 수 있으므로 알루미나 유발과 같은 장치를 이용하여 분쇄할 수 있으며, 분쇄가 완료된 분말을 소정 메쉬(예컨대, 325메쉬)의 체를 이용하여 체거름을 실시할 수도 있다. Since the dried raw materials may be agglomerated, they may be pulverized using a device such as alumina induction, and the pulverized powder may be sieved using a sieve of a predetermined mesh (eg, 325 mesh).

원료들이 혼합된 혼합분말을 열간가압소결법(hot pressing)을 이용하여 소결한다. The mixed powder mixed with the raw materials is sintered by hot pressing.

상기 열간가압소결법(hot pressing)은 높은 압력을 가하면서 소결하는 방법으로써 상압소결보다는 낮은 온도에서도 소결이 가능하며, 소결 시간도 짧아지는 장점이 있다. 질화붕소(BN)는 소결이 잘 되지 않아 상압 소결하기는 어려우며, 상압소결을 이용하기 위해서는 질화붕소(BN)의 융점 근처까지 온도를 올려 고온에서 소결하여야 하는 단점이 있다. 또한, 상압소결에 의해 소결된 머시너블 세라믹 복합체는 상대 밀도가 낮고, 열간가압소결법에 의한 경우에 비하여 기계적 특성이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 상압소결을 이용할 경우 질화붕소(BN)의 융점 근처까지 온도를 올려 소결하여야 하므로 에너지 소모가 많고 소결 시편에 열적 스트레스(thermal stress)를 너무 많이 가하게 된다. The hot pressing sintering method is a method of sintering while applying a high pressure, and sintering is possible at a lower temperature than atmospheric pressure sintering, and the sintering time is also shortened. Boron nitride (BN) is difficult to sinter at normal pressure because it is not sintered well, and in order to use atmospheric sintering, there is a disadvantage in that the temperature is raised to near the melting point of boron nitride (BN) and sintered at a high temperature. In addition, the machinable ceramic composite sintered by atmospheric sintering has a problem of low relative density and inferior mechanical properties as compared with the hot pressing sintering method. In addition, in the case of using atmospheric sintering, since the temperature must be raised to near the melting point of boron nitride (BN), energy consumption is high and thermal stress is applied too much to the sintered specimen.

따라서, 본 발명에서는 열간가압소결법을 이용함으로써, 입자사이의 간격이 매우 조밀해져서 기공이 거의 형성되지 않는 고밀도 머시너블 세라믹 복합체가 제조될 수 있다. Therefore, in the present invention, by using the hot pressing sintering method, a high density machinable ceramic composite in which pores are hardly formed by making the spacing between particles very dense can be produced.

이하에서, 열간가압소결법을 이용하여 고밀도 머시너블 세라믹 복합체를 형성하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of forming a high density machinable ceramic composite using the hot pressing sintering method will be described.

먼저, 지르코니아(ZrO2), 질화붕소(BN), 산화이트륨(Y2O3) 및 알루미나(Al2O3)의 혼합분말을 준비한다. 특히, 지르코니아(ZrO2) 분말과 질화붕소(BN) 분말의 입경은 머시너블 세라믹 복합체의 밀도, 기계적 특성 등에 영향을 미치므로 이를 고려하여 지르코니아(ZrO2) 분말과 질화붕소(BN) 분말의 입경을 선택한다. 바람직하게는 머시너블 세라믹 복합체가 정밀 미세 가공 등에 사용되는 것을 고려하여 입자의 지름이 1㎛ 이하인 구형 분말을 사용하는 것이 바람직하다. First, a mixed powder of zirconia (ZrO 2 ), boron nitride (BN), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ) is prepared. In particular, zirconia (ZrO 2) particle size of the powder and a boron nitride (BN) particle size of the powder is machinable Assignable density of the ceramic composite, may have an impact such as mechanical properties, in consideration of this, zirconia (ZrO 2) powder and a boron nitride (BN) powder Select. Preferably, it is preferable to use spherical powder having a particle diameter of 1 µm or less in consideration that the machinable ceramic composite is used for precision microfabrication or the like.

지르코니아(ZrO2), 질화붕소(BN), 산화이트륨(Y2O3) 및 알루미나(Al2O3)의 혼합분말을 퍼니스(Furnace)에 구비된 몰드에 장입한다. 상기 몰드는 실린더 또는 각기둥 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 몰드 내에 혼합분말을 장입한 후 몰드 상부와 하부에서 상하 양방향 압축 또는 일방향 압축을 실시하여 원하는 형상으로 성형할 수 있다. 이때 혼합분말에 가해지는 압력(상기 몰드에 의해 압축되는 압력)은 20?60MPa 정도인 것이 바람직한데, 가압 압력이 너무 작은 경우에는 혼합분말 입자 사이에 공극이 많게 되므로 원하는 고밀도의 머시너블 세라믹 복합체를 얻기 어렵고 가압 압력이 너무 큰 경우에는 그 이상의 효과는 기대할 수 없고 고압에 따른 몰드, 유압장치 등의 설계가 추가됨으로써 설비 제작 비용이 증가할 수 있다. 상기 몰드는 경도가 크고 고융점을 갖는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. A mixed powder of zirconia (ZrO 2 ), boron nitride (BN), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ) is charged to a mold provided in a furnace. The mold may be provided in a cylinder or prismatic shape, and after charging the mixed powder in the mold, it can be formed into a desired shape by performing the vertical and bidirectional compression or one-way compression in the upper and lower molds. In this case, the pressure applied to the mixed powder (pressure compressed by the mold) is preferably about 20 to 60 MPa. When the pressurization pressure is too small, there are many voids between the mixed powder particles, so that the desired high density machinable ceramic composite is If it is difficult to obtain and the pressurization pressure is too large, no further effect can be expected, and the manufacturing cost of the equipment may increase due to the addition of a mold, a hydraulic device, etc. according to the high pressure. The mold is preferably made of a graphite (graphite) material having a high hardness and a high melting point.

퍼니스 내에 존재하는 불순물 가스를 제거하여 퍼지(purge)하기 위하여 로터리 펌프를 작동시켜 진공 상태(예컨대, 1×101?1×10-3 Torr 정도)로 될 때까지 배기한다. 이때, 퍼니스의 둘레를 감싸고 있는 가열 수단에 전원을 공급하여 퍼니스를 가열하면 퍼니스 내에 잔존하는 불순물 가스가 효율적으로 배기될 수 있다. In order to remove and purge the impurity gas present in the furnace, the rotary pump is operated to evacuate until it is in a vacuum state (for example, about 1 × 10 1 −1 × 10 −3 Torr). At this time, when the furnace is heated by supplying power to the heating means surrounding the furnace, the impurity gas remaining in the furnace can be efficiently exhausted.

상기 퍼니스의 온도를 지르코니아(ZrO2)와 질화붕소(BN)의 용융 온도보다 낮은 온도인 목표하는 소결 온도(예컨대, 1550?1800℃)로 상승시킨다. 이때, 소결 시의 분위기 안정화를 위해 질소(N2) 가스를 공급하여 주며, 퍼니스의 가스 분위기가 충분히 질소 가스 분위기를 띠게 공급하는데, 예컨대 200?2000sccm 정도의 유량으로 질소 가스를 공급하는 것이 바람직하다. The furnace temperature is raised to a target sintering temperature (eg, 1550-1800 ° C.) which is lower than the melting temperature of zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN). At this time, nitrogen (N 2 ) gas is supplied to stabilize the atmosphere during sintering, and the gas atmosphere of the furnace is sufficiently supplied with a nitrogen gas atmosphere. For example, it is preferable to supply nitrogen gas at a flow rate of about 200 to 2000 sccm. .

소결 온도는 입자의 확산, 입자들 사이의 네킹(necking) 등을 고려하여 1550?1800℃ 정도인 것이 바람직한데, 소결 온도가 너무 높은 경우에는 과도한 입자의 성장으로 인해 기계적 물성이 저하될 수 있고, 소결 온도가 너무 낮은 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 특성이 좋지 않을 수 있으므로 상기 범위의 소결 온도에서 소결시키는 것이 바람직하다. 이때, 퍼니스의 승온 속도는 1?50℃/min 정도인 것이 바람직한데, 퍼니스의 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 퍼니스의 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 소결체의 특성에 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 퍼니스의 온도를 올리는 것이 바람직하다. The sintering temperature is preferably about 1550 ~ 1800 ℃ in consideration of the diffusion of particles, the necking (necking) between the particles, etc. If the sintering temperature is too high, mechanical properties may decrease due to excessive growth of particles, If the sintering temperature is too low, it is preferable to sinter at the sintering temperature in the above range because the characteristics of the sintered body may be poor due to incomplete sintering. At this time, the temperature increase rate of the furnace is preferably about 1 ~ 50 ℃ / min, but if the temperature rising rate of the furnace is too slow, productivity takes a long time, if the temperature rising rate of the furnace is too fast, the sintered body by a sudden temperature rise It is preferable to raise the temperature of the furnace at a temperature rising rate in the above range because it may adversely affect the characteristics of the.

퍼니스의 온도가 목표하는 소결 온도로 상승하면, 일정 시간(예컨대, 10분?6시간)을 유지하여 소결시킨다. 소결 온도에 따라 소결체의 미세구조 등에 차이가 있는데, 소결 온도가 낮은 경우 표면 확산이 지배적인 반면 소결 온도가 높은 경우에는 격자 확산 및 입계 확산까지 진행되기 때문이다. 소결 시간은 일반적인 열처리를 위한 퍼니스를 사용하는 경우에는 10분?6시간 정도인 것이 바람직한데, 소결 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 더 이상의 소결 효과를 기대하기 어렵고 소결체 입자의 크기가 커지게 되며, 소결 시간이 작은 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 특성이 좋지 않을 수 있다. 소결시 혼합분말에 가해지는 압력은 20?60MPa 정도인 것이 바람직한데, 가압 압력이 너무 작은 경우에는 원하는 고밀도의 머시너블 세라믹 복합체를 얻기 어렵고 가압 압력이 너무 큰 경우에는 소결 공정이 완료된 후의 소결체에 균열 등이 발생할 수 있다. When the furnace temperature rises to the target sintering temperature, the furnace is kept sintered for a predetermined time (for example, 10 minutes to 6 hours). According to the sintering temperature, there is a difference in the microstructure of the sintered body, etc., since the surface diffusion is dominant when the sintering temperature is low, while the lattice diffusion and grain boundary diffusion are advanced when the sintering temperature is high. The sintering time is preferably about 10 minutes to 6 hours when using a furnace for general heat treatment, but when the sintering time is too long, it is not only economical, but also difficult to expect further sintering effect. When the size of the sintered body becomes large and the sintering time is small, the characteristics of the sintered body may be poor due to incomplete sintering. It is preferable that the pressure applied to the mixed powder during sintering is about 20 to 60 MPa. If the pressurization pressure is too small, it is difficult to obtain the desired high density machinable ceramic composite, and if the pressurization pressure is too large, the sintered body after the sintering process is cracked. Etc. may occur.

소결 공정을 수행한 후, 상기 퍼니스 온도를 하강시켜 머시너블 세라믹 복합체를 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. After the sintering process, the furnace temperature is lowered to unload the machinable ceramic composite. The furnace cooling may be allowed to cool down in a natural state by turning off the furnace power source, or to set a temperature drop rate (eg, 10 ° C./min) arbitrarily. The pressure inside the furnace is preferably kept constant while the furnace temperature is lowered.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체는 밀도가 4.0?5.0g/㎤ 정도 이며, 입자 사이의 간격이 매우 조밀하고 기공이 거의 형성되지 않은 소결체로서, 결정 상태가 우수하다. The machinable ceramic composite prepared according to the preferred embodiment of the present invention is a sintered compact having a density of about 4.0 to 5.0 g / cm 3, very dense spacing between particles, and almost no pores, and excellent in crystalline state.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체는 꺾임강도가 120?160 MPa 정도이고, 열팽창계수는 6.0?9.0×10-6/℃ 정도로서 기계적 특성(mechanical property)이 우수하며, 기계적 가공성도 매우 우수하다. In addition, the machinable ceramic composite prepared according to the preferred embodiment of the present invention has a bending strength of about 120 to 160 MPa, a thermal expansion coefficient of about 6.0 to 9.0 × 10 −6 / ° C., and has excellent mechanical properties. Mechanical workability is also very good.

상술한 방법과 같이 제조된 머시너블 세라믹 복합체를 흑색화 하여 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 얻기 위하여 다음과 같은 흑색화 공정을 수행한다. In order to obtain a machinable black ceramic composite by blackening the machinable ceramic composite prepared as described above, the following blackening process is performed.

머시너블 세라믹 복합체와 흑색화를 위한 탄소계 분말을 도가니에 담고, 상기 도가니를 퍼니스(Furnace)에 장입한다. 상기 머시너블 세라믹 복합체와 상기 탄소계 분말은 소정 비율의 부피비(예컨대, 머시너블 세라믹 복합체:탄소계 분말=1:0.5?1:10)로 도가니에 담는다. 상기 탄소계 분말은 카본 블랙(carbon black), 그라파이트(graphite) 및 탄소나노튜브(carbon nanotube)과 같은 탄소계 물질로 이루어진 분말이다. 상기 도가니는 탄소계 분말의 성분을 이루는 탄소(C)와 동일한 재질이고 경도가 크고 고융점을 갖는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 다른 재질로 이루어진 도가니를 사용하는 경우에는 후속의 열처리 과정에서 불순물로 작용될 수도 있기 때문이다. A machinable ceramic composite and carbonaceous powder for blackening are placed in a crucible, and the crucible is charged into a furnace. The machinable ceramic composite and the carbon-based powder are contained in a crucible in a volume ratio (eg, machinable ceramic composite: carbon-based powder = 1: 0.5 to 1:10) at a predetermined ratio. The carbon-based powder is a powder made of a carbon-based material such as carbon black, graphite, and carbon nanotubes. The crucible is preferably made of a graphite material having the same material as carbon (C) constituting the carbon-based powder, and having a high hardness and a high melting point. This is because it may act as an impurity in.

퍼니스 내에 존재하는 불순물 가스를 제거하고 진공 상태를 만들기 위하여 로터리 펌프(미도시)를 작동시켜 진공 상태(예컨대, 1×10-1?1×10-5 Torr 정도)로 될 때까지 배기한다. 이때, 퍼니스의 둘레를 감싸고 있는 가열 수단(미도시)에 전원을 공급하여 퍼니스를 가열하면 퍼니스 내에 잔존하는 불순물 가스가 효율적으로 배기될 수 있다. A rotary pump (not shown) is operated to remove the impurity gas present in the furnace and to evacuate until it reaches a vacuum state (for example, about 1 × 10 −1 −1 × 10 −5 Torr). At this time, when the furnace is heated by supplying power to a heating means (not shown) surrounding the circumference of the furnace, the impurity gas remaining in the furnace can be efficiently exhausted.

상기 퍼니스의 온도를 목표하는 열처리 온도(예컨대, 1600?1800℃)로 상승시킨다. 이때, 이때, 퍼니스의 진공 상태는 그대로 유지하는 것이 바람직하며, 퍼니스의 승온 속도는 1?50℃/min 정도인 것이 바람직한데, 퍼니스의 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 퍼니스의 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 특성에 나쁜 영향을 미칠 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 퍼니스의 온도를 올리는 것이 바람직하다. The temperature of the furnace is raised to a target heat treatment temperature (eg 1600-1800 ° C.). At this time, it is preferable to maintain the vacuum state of the furnace as it is, and the temperature increase rate of the furnace is preferably about 1 ~ 50 ℃ / min, if the temperature increase rate of the furnace is too slow, it takes a long time to reduce productivity and the furnace If the temperature increase rate is too fast, it is preferable to raise the temperature of the furnace at the temperature increase rate in the above range because the rapid temperature rise may adversely affect the properties of the machinable black ceramic composite.

퍼니스의 온도가 목표하는 열처리 온도로 상승하면, 일정 시간(예컨대, 10분?6시간)을 유지한다. 상기 열처리에 의해 머시너블 세라믹 복합체에 흑색화가 진행되게 된다. 이때, 탄소계 분말은 머시너블 세라믹 복합체가 흑색화되게 하는 역할을 한다. 열처리 시간은 일반적인 열처리를 위한 퍼니스를 사용하는 경우에는 10분?6시간 정도인 것이 바람직한데, 열처리 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 더 이상의 흑색화 효과를 기대하기 어렵고, 열처리 시간이 작은 경우에는 불완전한 흑색화로 인해 원하는 명도를 갖는 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 얻기가 어려울 수 있다. 열처리되는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 1×10-1?1×10-5 Torr 정도로 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. When the temperature of the furnace rises to the target heat treatment temperature, a constant time (for example, 10 minutes-6 hours) is maintained. The heat treatment causes blackening of the machinable ceramic composite. In this case, the carbon-based powder serves to make the machinable ceramic composite material black. The heat treatment time is preferably 10 minutes to 6 hours when the furnace for general heat treatment is used. However, when the heat treatment time is too long, it is not only economical, but also expects more blackening effect. If the heat treatment time is difficult and the heat treatment time is small, it may be difficult to obtain a machinable black ceramic composite having a desired brightness due to incomplete blackening. Even during the heat treatment, the pressure inside the furnace is preferably kept constant at about 1 × 10 −1 −1 × 10 −5 Torr.

흑색화를 위한 열처리 공정을 수행한 후, 상기 퍼니스 온도를 하강시켜 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. After performing a heat treatment process for blackening, the furnace temperature is lowered to unload the machinable black ceramic composite. The furnace cooling may be allowed to cool down in a natural state by turning off the furnace power source, or to set a temperature drop rate (eg, 10 ° C./min) arbitrarily. The pressure inside the furnace is preferably kept constant while the furnace temperature is lowered.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 밀도가 4.0?5.0g/㎤ 정도 이며, 입자 사이의 간격이 매우 조밀하고 기공이 거의 형성되지 않은 소결체로서, 결정 상태가 우수하다. The machinable black ceramic composite prepared in accordance with the preferred embodiment of the present invention has a density of about 4.0 to 5.0 g / cm 3, and is a sintered compact having very dense spacing between particles and hardly forming pores, and having excellent crystal state.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 꺾임강도가 100?160 MPa 정도이고, 열팽창계수는 6.0?9.0×10-6/℃ 정도로서 기계적 특성(mechanical property)이 우수하며, 기계적 가공성도 매우 우수하다. In addition, the machinable black ceramic composite prepared according to the preferred embodiment of the present invention has a bending strength of about 100 to 160 MPa and a coefficient of thermal expansion of about 6.0 to 9.0 × 10 −6 / ° C., and has excellent mechanical properties. The mechanical workability is also very good.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 백색도가 30?50 정도로서 흑색을 띤다.
In addition, the machinable black ceramic composite prepared according to the preferred embodiment of the present invention has a black color with a degree of 30-50.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described in more detail, and the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

지르코니아(ZrO2) 분말과 질화붕소(BN) 분말을 1:1의 중량비로 칭량하고, 칭량된 지르코니아(ZrO2)과 질화붕소(BN) 분말의 혼합물, 산화이트륨(Y2O3) 분말 및 알루미나(Al2O3) 분말을 혼합하였으며, 지르코니아(ZrO2)과 질화붕소(BN) 분말은 87중량%가 함유되게 하였고 산화이트륨(Y2O3) 분말은 8중량%가 함유되게 하였으며 알루미나(Al2O3) 분말은 5중량%가 함유되게 하였다. 상기 혼합은 습식 볼 밀링 공정을 이용하였는데, 구체적으로는 에탄올을 용매로 5mm 크기의 지르코니아 볼을 이용하여 테프론 포트에서 100 rpm의 속도로 12시간 동안 습식 혼합하였다. Zirconia (ZrO 2 ) powder The boron nitride (BN) powder is weighed in a weight ratio of 1: 1, and a mixture of the weighed zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN) powders, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and alumina (Al 2 O 3 ) The powders were mixed, zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN) powders contained 87% by weight, yttria (Y 2 O 3 ) powders contained 8% by weight and alumina (Al 2 O 3 ) powder 5 wt% of silver was contained. The mixing was performed using a wet ball milling process. Specifically, ethanol was wet mixed for 12 hours at a speed of 100 rpm in a Teflon pot using a 5 mm zirconia ball as a solvent.

혼합 후, 슬러리를 추출하여 건조기에서 80℃에서 24시간 동안 건조한 후, 알루미나 유발을 이용하여 건조체를 분쇄하였다. 분쇄가 완료된 혼합분말을 325메쉬(mesh) 체를 이용하여 체거름을 실시하였다. After mixing, the slurry was extracted and dried in a drier at 80 ° C. for 24 hours, and then the dried body was ground using alumina induction. The pulverized mixed powder was sieved using a 325 mesh sieve.

이렇게 얻어진 혼합분말을 퍼니스(Furnace)에 구비된 실린더 형태의 몰드에 넣고 몰드 상부와 하부에서 상하 양방향 압력을 가하여 성형체로 성형하였다. 이때, 상기 몰드에 의해 압축되는 압력은 40 MPa 정도였다. 상기 몰드는 그라파이트(graphite) 재질의 몰드를 사용하였다. The mixed powder thus obtained was put into a cylindrical mold provided in a furnace, and molded into a molded body by applying upward and downward bidirectional pressure at the top and bottom of the mold. At this time, the pressure compressed by the mold was about 40 MPa. The mold used a mold made of graphite (graphite).

퍼니스 내에 존재하는 불순물 가스를 제거하기 위하여 로터리 펌프를 작동시켜 퍼지하였다. 퍼니스의 둘레를 감싸고 있는 가열 수단에 전원을 공급하여 퍼니스를 가열하여 소결온도인 1650℃로 상승시켰다. 이때, 퍼니스의 승온 속도는 5℃/min 정도 였다. The rotary pump was operated to purge to remove the impurity gas present in the furnace. The electric power was supplied to the heating means surrounding the furnace, and the furnace was heated to raise the sintering temperature to 1650 ° C. At this time, the temperature increase rate of the furnace was about 5 ° C / min.

퍼니스의 온도를 1650℃로 상승시킨 후, 2시간 동안을 유지하여 소결시켰다. 소결되는 동안에도 혼합분말에 가해지는 압력은 40MPa 정도로 일정하게 유지하였다. The temperature of the furnace was raised to 1650 ° C. and then sintered for 2 hours. Even during sintering, the pressure applied to the mixed powder was kept constant at about 40 MPa.

소결 공정을 수행한 후, 상기 퍼니스 온도를 하강시켜 머시너블 세라믹 복합체를 언로딩하였다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하였다.
After the sintering process, the furnace temperature was lowered to unload the machinable ceramic composite. The furnace cooling shuts down the furnace power, allowing the furnace to cool in its natural state.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 밀도를 측정한 그래프로서, 10개의 샘플에 대하여 밀도(density)를 측정하여 나타내었다. Figure 1 is a graph measuring the density of the machinable ceramic composite prepared according to Example 1, it was shown by measuring the density (density) for 10 samples.

도 1을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체는 4.15?4.18 g/㎤ 범위의 밀도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 1, the machinable ceramic composite prepared according to Example 1 was confirmed to have a density in the range of 4.15 to 4.18 g / cm 3.

도 2는 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 꺾임강도(flexural strength)를 측정한 그래프로서, 10개의 샘플에 대하여 꺾임강도를 측정하여 나타내었다. FIG. 2 is a graph measuring flexural strength of a machinable ceramic composite prepared according to Example 1, and is shown by measuring bending strength of 10 samples.

도 2를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체는 130?150 MPa 범위의 꺾임강도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 2, the machinable ceramic composite prepared according to Example 1 was found to have a bending strength in the range of 130 to 150 MPa.

도 3은 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 열팽창계수(thermal coefficient)를 측정한 그래프로서, 10개의 샘플에 대하여 열팽창계수를 측정하여 나타내었다. FIG. 3 is a graph of measuring thermal coefficients of machinable ceramic composites prepared according to Example 1, and the coefficients of thermal expansion of ten samples were measured.

도 3을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체는 7.0?7.48×10-6 ℃ 범위의 열팽창계수를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
Referring to Figure 3, the machinable ceramic composite prepared according to Example 1 was confirmed to have a thermal expansion coefficient of 7.0 ~ 7.48 × 10 -6 ℃ range.

도 4는 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 기계적 가공성을 확인하기 위하여 직경 60㎛ 크기의 홀(hole)을 가공하여 나타낸 사진이다. FIG. 4 is a photograph showing processing holes having a diameter of 60 μm in order to confirm mechanical machinability of the machinable ceramic composite prepared according to Example 1. FIG.

도 4를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체는 가공시 홀(hole) 주변에 깨짐이 거의 발생하지 않았으며 기계적 가공성이 우수하여 의도하는데로 미세 홀을 가공할 수 있었다.
Referring to FIG. 4, the machinable ceramic composite prepared according to Example 1 hardly generated cracks around holes during machining, and was able to process fine holes as intended because of excellent mechanical workability.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체와 흑색화를 위한 탄소계 분말인 그라파이트 분말을 도가니에 담고, 상기 도가니를 퍼니스(Furnace)에 장입하였다. 상기 머시너블 세라믹 복합체와 상기 그라파이트 분말은 1:1의 부피비로 도가니에 담았으며, 상기 그라파이트 분말은 0.5㎛의 평균 입경을 갖는 분말을 사용하였다. 상기 도가니는 그라파이트 재질로 이루어진 도가니를 사용하였다.The machinable ceramic composite prepared according to Example 1 and graphite powder, which is a carbon-based powder for blackening, were placed in a crucible, and the crucible was charged in a furnace. The machinable ceramic composite and the graphite powder were contained in a crucible in a volume ratio of 1: 1, and the graphite powder was used as a powder having an average particle diameter of 0.5 μm. The crucible was a crucible made of graphite material.

퍼니스 내에 존재하는 불순물 가스를 제거하고 진공 상태를 만들기 위하여 로터리 펌프(미도시)를 작동시켜 5×10-2 Torr 정도의 진공 상태로 만들었다. In order to remove the impurity gas present in the furnace and create a vacuum, a rotary pump (not shown) was operated to obtain a vacuum of about 5 × 10 −2 Torr.

퍼니스의 둘레를 감싸고 있는 가열 수단(미도시)에 전원을 공급하여 퍼니스를 가열하여 열처리 온도인 1700℃로 상승시켰다. 이때, 퍼니스의 진공 상태는 5×10-2 Torr 정도로 그대로 유지하였으며, 퍼니스의 승온 속도는 5℃/min 정도 였다. The electric power was supplied to the heating means (not shown) surrounding the circumference of the furnace, and the furnace was heated to raise the heat treatment temperature to 1700 ° C. At this time, the vacuum state of the furnace was maintained as it is about 5 × 10 -2 Torr, the temperature increase rate of the furnace was about 5 ℃ / min.

퍼니스의 온도를 1700℃로 상승시킨 후, 2시간 동안을 유지하여 흑색화를 위한 열처리를 실시하였다. 열처리되는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 5×10-2 Torr 정도로 일정하게 유지하였다.After raising the temperature of the furnace to 1700 ℃, it was maintained for 2 hours to perform a heat treatment for blackening. During the heat treatment, the pressure inside the furnace was kept constant at about 5 × 10 −2 Torr.

열처리 공정을 수행한 후, 상기 퍼니스 온도를 하강시켜 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 언로딩하였다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하였다.
After the heat treatment process, the furnace temperature was lowered to unload the machinable black ceramic composite. The furnace cooling shuts down the furnace power, allowing the furnace to cool in its natural state.

도 5는 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이다. 5 is a Scanning Electron Microscope (SEM) photograph showing the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2. FIG.

도 5를 참조하면, 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 질화붕소(BN)와 지르코니아(ZrO2)가 주성분을 이루면서 고르게 분산되어 있는 모습을 볼 수 있다.
Referring to FIG. 5, the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2 can be seen that boron nitride (BN) and zirconia (ZrO 2 ) are uniformly dispersed as a main component.

도 6은 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 밀도를 측정한 그래프로서, 10개의 샘플에 대하여 밀도(density)를 측정하여 나타내었다. 6 is a graph measuring the density of the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2, and shows the density (density) of 10 samples.

도 6을 참조하면, 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 4.15?4.18 g/㎤ 범위의 밀도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 6, the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2 was confirmed to have a density in the range of 4.15 to 4.18 g / cm 3.

도 7은 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 꺾임강도(flexural strength)를 측정한 그래프로서, 10개의 샘플에 대하여 꺾임강도를 측정하여 나타내었다. 7 is a graph measuring the flexural strength of the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2, and the bending strength was measured for 10 samples.

도 7을 참조하면, 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 110?140 MPa 범위의 꺾임강도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 7, the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2 was found to have a bending strength in the range of 110 to 140 MPa.

도 8은 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 열팽창계수(thermal coefficient)를 측정한 그래프로서, 10개의 샘플에 대하여 열팽창계수를 측정하여 나타내었다. FIG. 8 is a graph illustrating a thermal coefficient of thermal expansion of a machinable black ceramic composite prepared according to Example 2, and the coefficient of thermal expansion of ten samples was measured.

도 8을 참조하면, 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 7.0?7.48×10-6 ℃ 범위의 열팽창계수를 갖는 것을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 8, the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2 was confirmed to have a thermal expansion coefficient in the range of 7.0 to 7.48 × 10 −6 ° C.

도 9는 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체와 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 백색도(whiteness)를 보여주는 그래프이다. 도 9에서, (a)는 상대적인 비교를 위한 백색시편의 백색도이고, (b)는 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체의 백색도이며, (c)는 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 백색도이다. 백색도는 컬러미터(colormeter)를 이용하여 측정하였으며, 백색도는 100 일때는 완전한 백색, 0 일때는 완전한 흑색을 나타내는 것을 표현된다. 9 is a graph showing the whiteness of the machinable ceramic composite prepared according to Example 1 and the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2. FIG. In Figure 9, (a) is the whiteness of the white specimen for relative comparison, (b) is the whiteness of the machinable ceramic composite prepared according to Example 1, (c) is machinable prepared according to Example 2 Whiteness of the black ceramic composite. Whiteness was measured using a colormeter, and the whiteness is expressed as 100 at full white and 0 at full black.

도 9를 참조하면, 상대적인 비교를 위한 백색시편의 경우 백색도가 85 정도이고, 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체는 백색도가 70 정도이며, 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 백색도가 40 정도 였다. 이로부터 흑색화 공정에 의해 실시예 2에 따라 제조된 머시너블 흑색 세라믹 복합체는 실시예 1에 따라 제조된 머시너블 세라믹 복합체에 비하여 명도가 낮아졌음을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 9, in the case of a white specimen for comparative comparison, the whiteness is about 85, and the machinable ceramic composite prepared according to Example 1 has a whiteness of about 70, and the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2 The whiteness was about 40 degrees. From this, it was confirmed that the machinable black ceramic composite prepared according to Example 2 by the blackening process was lower in brightness than the machinable ceramic composite prepared according to Example 1.

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)

지르코니아(ZrO2), 질화붕소(BN), 산화이트륨(Y2O3) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하며, 상기 지르코니아(ZrO2)와 상기 질화붕소(BN)는 78?96 중량% 함유되고, 상기 산화이트륨(Y2O3)은 3?12 중량% 함유되며, 상기 알루미나(Al2O3)는 1?10 중량% 함유되고, 꺾임강도가 100?160 MPa 정도이고, 열팽창계수는 6.0?9.0×10-6/℃ 범위 이며, 백색도가 30?50 범위인 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체.
Zirconia (ZrO 2 ), boron nitride (BN), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ), the zirconia (ZrO 2 ) and the boron nitride (BN) is 78 to 96 weight %, The yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is contained 3 to 12% by weight, the alumina (Al 2 O 3 ) is contained 1 to 10% by weight, the bending strength is about 100 ~ 160 MPa, thermal expansion A machinable black ceramic composite, wherein the modulus is in the range of 6.0 to 9.0 × 10 −6 / ° C., and the degree of whiteness is in the range of 30 to 50.
제1항에 있어서, 상기 지르코니아(ZrO2)와 상기 질화붕소(BN)는 중량비로 1:0.8?1:1.2 범위를 이루는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체.
The machinable black ceramic composite of claim 1, wherein the zirconia (ZrO 2 ) and the boron nitride (BN) form a weight ratio of 1: 0.8 to 1: 1.2.
(a) 지르코니아(ZrO2) 분말과 질화붕소(BN) 분말 78?96중량%, 산화이트륨(Y2O3) 분말 3?12 중량% 및 알루미나(Al2O3) 분말 1?10중량%를 혼합하는 단계;
(b) 지르코니아(ZrO2) 분말, 질화붕소(BN) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말 및 알루미나(Al2O3) 분말의 혼합분말을 퍼니스에 구비된 몰드에 장입하는 단계;
(c) 상기 퍼니스의 온도를 지르코니아(ZrO2)와 질화붕소(BN)의 용융 온도보다 낮은 목표하는 소결 온도로 상승시키고, 상기 소결 온도에서 상기 혼합분말에 압력을 가하면서 소결시키는 단계;
(d) 퍼니스를 냉각하여 머시너블 세라믹 복합체를 얻는 단계;
(e) 상기 머시너블 세라믹 복합체와 흑색화를 위한 탄소계 분말을 도가니에 담고, 상기 도가니를 퍼니스에 장입하는 단계;
(f) 펌프를 작동시켜 퍼니스 내에 존재하는 불순물 가스를 배기하는 단계;
(g) 퍼니스의 온도를 목표하는 열처리 온도로 상승시키고, 상기 열처리 온도에서 유지하여 흑색화를 위한 열처리를 실시하는 단계; 및
(h) 퍼니스를 냉각하여 머시너블 흑색 세라믹 복합체를 얻는 단계를 포함하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
(a) 78 to 96% by weight of zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN) powder, 3 to 12% by weight of yttrium (Y 2 O 3 ) powder and 1 to 10% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) powder Mixing;
(b) charging a mixed powder of zirconia (ZrO 2 ) powder, boron nitride (BN) powder, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and alumina (Al 2 O 3 ) powder into a mold provided in the furnace;
(c) raising the temperature of the furnace to a target sintering temperature lower than the melting temperature of zirconia (ZrO 2 ) and boron nitride (BN), and sintering while applying pressure to the mixed powder at the sintering temperature;
(d) cooling the furnace to obtain a machinable ceramic composite;
(e) placing the machinable ceramic composite and carbonaceous powder for blackening in a crucible and charging the crucible into a furnace;
(f) operating the pump to exhaust the impurity gas present in the furnace;
(g) raising the temperature of the furnace to a target heat treatment temperature and maintaining the heat treatment temperature to perform heat treatment for blackening; And
(h) cooling the furnace to obtain a machinable black ceramic composite.
제3항에 있어서, 상기 (a) 단계에서,
상기 지르코니아(ZrO2) 분말과 상기 질화붕소(BN) 분말은 1:0.8?1:1.2의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 3, wherein in step (a),
Zirconia (ZrO 2 ) powder and The boron nitride (BN) powder is a method of manufacturing a machinable black ceramic composite, characterized in that the mixing in a weight ratio of 1: 0.8 ~ 1: 1.2.
제3항에 있어서, 상기 열처리 온도는 1600?1800℃ 범위 이고, 상기 열처리를 실시하는 동안에 퍼니스 내의 압력은 1×10-1?1×10-5 Torr 범위로 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
4. The machine according to claim 3, wherein the heat treatment temperature is in the range of 1600-1800 ° C, and the pressure in the furnace is kept constant in the range of 1x10 -1 -1x10 -5 Torr during the heat treatment. Method for producing a nibble black ceramic composite.
제3항에 있어서, 상기 탄소계 분말은 카본 블랙, 그라파이트 및 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 이상의 분말을 사용하고, 상기 머시너블 세라믹 복합체와 상기 탄소계 분말은 부피비로 1:0.5?1:10의 비율로 상기 도가니에 담는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the carbon-based powder is used at least one powder selected from carbon black, graphite and carbon nanotubes, and the machinable ceramic composite The carbon-based powder is a method of manufacturing a machinable black ceramic composite, characterized in that the crucible is contained in the crucible in a ratio of 1: 0.5 to 1:10.
제3항에 있어서, 상기 도가니는 탄소(C) 성분으로 이루어진 그라파이트 재질로 이루어진 도가니를 사용하는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the crucible is a crucible made of a graphite material including carbon (C).
제3항에 있어서, 상기 소결 온도는 1550?1800℃ 범위 이고, 상기 소결은 소결체의 미세구조 및 기계적 특성을 고려하여 10분?6시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the sintering temperature is in a range of 1550 ° C. to 1800 ° C., and the sintering is performed for 10 minutes to 6 hours in consideration of the microstructure and mechanical properties of the sintered body. .
제3항에 있어서, 상기 혼합분말에 가해지는 압력은 20?60MPa 범위이고, 상기 몰드의 상부와 하부에서 상하 양방향 압축을 실시하는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the pressure applied to the mixed powder is in a range of 20 to 60 MPa, and the bidirectional compression is performed in the upper and lower portions of the mold.
제3항에 있어서, 상기 몰드는 그라파이트 재질로 이루어진 몰드를 사용하고, 상기 소결은 질소(N2) 가스 분위기에서 수행되며, 질소 가스는 200?2000sccm 범위의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
The mold of claim 3, wherein the mold is formed of a graphite material, and the sintering is performed in a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere, and the nitrogen gas is supplied at a flow rate in the range of 200 to 2000 sccm. Method for producing a black ceramic composite.
제3항에 있어서, 상기 혼합은 습식 볼 밀링 공정을 이용하며,
상기 습식 볼 밀링 공정은 지르코니아 또는 알루미나 볼을 사용하고, 습식 볼 밀링이 이루어지는 포트는 테프론 재질로 이루어진 포트를 사용하며, 볼의 크기는 1㎜?30㎜ 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50?500rpm 범위로 설정하며, 볼 밀링은 1?48 시간 수행하는 것을 특징으로 하는 머시너블 흑색 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the mixing uses a wet ball milling process,
The wet ball milling process uses a zirconia or alumina ball, the port in which the wet ball mill is made using a port made of Teflon material, the size of the ball is set in the range of 1mm ~ 30mm, the rotation speed of the ball mill It is set in the range of 50 ~ 500rpm, ball milling method for producing a machinable black ceramic composite, characterized in that performed for 1 to 48 hours.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108863353A (en) * 2018-06-28 2018-11-23 东莞信柏结构陶瓷股份有限公司 black ceramic material and preparation method thereof
CN116375495A (en) * 2023-04-20 2023-07-04 宜兴市凯宏陶瓷有限公司 Preparation method of black microporous breathable antistatic ceramic plate

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101635944B1 (en) 2014-04-22 2016-07-04 한국세라믹기술원 Method of fabricating ordered structure of ceramic composites and ceramic composites fabricated by the method
CN104550837B (en) * 2014-12-16 2016-08-24 哈尔滨工业大学 A kind of method of hot-work die steel material surface modification based on CIM technique
CN110615685B (en) * 2019-10-09 2022-03-15 景德镇陶瓷大学 Black ceramic and preparation method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6465073A (en) * 1987-09-04 1989-03-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Ceramic material for constructing sliding part working at high temperature
JPH064516B2 (en) * 1990-01-19 1994-01-19 新日本製鐵株式会社 Ceramics sintered body for molten metal and manufacturing method
JP3368090B2 (en) * 1994-04-22 2003-01-20 品川白煉瓦株式会社 Zirconia-based sintered body, method for producing the same, crushing component material and orthodontic bracket material
TWI276618B (en) * 2003-09-25 2007-03-21 Sumitomo Metal Ind Machinable ceramic

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108863353A (en) * 2018-06-28 2018-11-23 东莞信柏结构陶瓷股份有限公司 black ceramic material and preparation method thereof
CN116375495A (en) * 2023-04-20 2023-07-04 宜兴市凯宏陶瓷有限公司 Preparation method of black microporous breathable antistatic ceramic plate
CN116375495B (en) * 2023-04-20 2024-05-03 宜兴市凯宏陶瓷有限公司 Preparation method of black breathable antistatic ceramic plate

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