KR20180130164A - A compostion for preparing a liquid phase sintered silicon carbide porous body, the liquid phase sintered silicon carbide porous body using the composition having high strength and resistivity and a method for manufacturing thereof - Google Patents

A compostion for preparing a liquid phase sintered silicon carbide porous body, the liquid phase sintered silicon carbide porous body using the composition having high strength and resistivity and a method for manufacturing thereof Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a composition including a sintering aid containing silicon carbide and an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof, a silicon carbide porous body produced by the composition, and a manufacturing method thereof. More specifically, a sintering aid containing an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof is prepared. The sintering aid and silicon carbide are mixed at a predetermined ratio to prepare a mixed powder. A silicon carbide molded product formed of the mixed powder is sintered at a low temperature of 1,400 to 1,600°C to obtain a silicon carbide pore body having a porosity of 40% or more, an average pore size of 1 to 50 μm, a constant pore size distribution, three-point bending strength of 45 MPa or more, and a volume resistivity of 10^8 Ω·cm or more. An object of the present invention is to provide the silicon carbide porous body which simultaneously satisfies high porosity, ease of controlling the average pore size, excellent bending strength, and volume resistance.

Description

액상소결 탄화규소 다공체 제조용 조성물, 상기 조성물로 제조된 고강도 및 고저항 특성을 갖는 액상소결 탄화규소 다공체 및 이의 제조방법{A COMPOSTION FOR PREPARING A LIQUID PHASE SINTERED SILICON CARBIDE POROUS BODY, THE LIQUID PHASE SINTERED SILICON CARBIDE POROUS BODY USING THE COMPOSITION HAVING HIGH STRENGTH AND RESISTIVITY AND A METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a liquid phase sintered silicon carbide porous body having high strength and high resistance characteristics and a method for producing the same. BODY USING THE COMPOSITION HAVING HIGH STRENGTH AND RESISTIVITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 탄화규소와 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 함유하는 소결조제를 포함하는 조성물, 상기 조성물로 제조된 탄화규소 다공체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a composition comprising a sintering assistant containing silicon carbide and an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y) and combinations thereof, a silicon carbide porous body made of the composition, .

탄화규소는 고온 안정성, 내열충격성 및 열전도성 등의 열적 특성이 우수하고, 고온 강도, 내부식성, 내화학석, 내마모성 등의 물리화학적 물성이 뛰어나 기간 산업 및 첨단 산업에서 가장 폭 넓게 사용되고 있는 대표적인 비산화물계 세라믹 재료이다.Silicon carbide is excellent in thermal properties such as high temperature stability, thermal shock resistance and thermal conductivity, and excellent physical and chemical properties such as high temperature strength, corrosion resistance, chemical resistance and abrasion resistance, and is the most widely used fissile material It is a cargo-based ceramic material.

그 중 탄화규소 다공체는 탄화규소의 물리화학적 특성을 이용한 기능성 다공성 복합소재로서, 고온 부식성 환경 및 극심한 마모 환경 등 가혹한 환경에서 안정적으로 작동하는 것이 요구되는 에너지 산업용 고온 분진필터, 디젤 엔진용 분진 필터, 촉매 담지체, 멤브레인 분리막, 방음재, 단열재, 진공척 등 다양한 분야에서 핵심 소재로 사용되고 있다.Among them, the silicon carbide porous body is a functional porous composite material using physicochemical properties of silicon carbide. It is a high temperature dust filter for the energy industry, a dust filter for a diesel engine, a dust filter for a diesel engine and the like, which are required to operate stably in a harsh environment such as a high temperature corrosive environment, Is used as a core material in various fields such as a catalyst carrier, a membrane separation membrane, a soundproofing material, a heat insulation material, and a vacuum chuck.

그러나 지금까지의 탄화규소 다공체에 대한 연구는 대부분이 기공율, 기공 크기 및 파괴 강도에 관한 것이었으며, 구체적으로 평균 기공 크기가 1㎛ ~ 50㎛이고, 체적저항이 높으며, 고강도 및 고기공률을 동시에 만족하는 탄화규소 다공체에 대한 특허 및 기술은 보고되고 있지 않다.However, most studies on the silicon carbide porous body until now have been about porosity, pore size and fracture strength. Specifically, the average pore size is 1 to 50 μm, the volume resistance is high, the high strength and the high porosity are simultaneously satisfied There is no report on the patent and the technology for the silicon carbide porous body.

국내등록특허 제10-0838825호(특허문헌1)는 용융 규소의 침윤을 통하여 반응소결 탄화규소를 제조하였다. 특허문헌1은 섬유상을 혼합하여 기계적 강도를 향상시켰으나 기공 크기 분포에 관한 정보가 없으며 소결체 내의 잔류 규소 때문에 전지저항이 낮다는 한계가 있다.Korean Patent No. 10-0838825 (Patent Document 1) prepared reaction-sintered silicon carbide through infiltration of molten silicon. Patent Document 1 improves mechanical strength by mixing fibrous phases, but there is no information on the pore size distribution, and there is a limit that battery resistance is low due to residual silicon in the sintered body.

또한 국내공개특허 제10-2005-0063482호(특허문헌2)는 알루미늄 보라이드를 0.3중량% ~ 0.5중량% 첨가하고, 2,000℃ ~ 2200℃ 이상의 고온 소결을 통해 재결정화시켜 높은 굽힘 강도를 갖는 탄화규소 다공체를 제조하였다. 다만 특허문헌2는 균일한 기공 크기 분포를 갖는 다공체의 제조 및 기공 크기의 제어가 어렵고, 고온에서 열처리가 진행됨에 따라 경제성이 떨어진다는 한계가 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open No. 10-2005-0063482 (Patent Document 2) discloses a process for producing a carbon black having a high bending strength by adding 0.3 to 0.5% by weight of aluminum boride and recrystallizing at a high temperature sintering temperature of 2,000 ° C. to 2200 ° C. A silicon porous body was prepared. However, in Patent Document 2, it is difficult to manufacture a porous article having a uniform pore size distribution and control the pore size, and there is a limit in that the economic efficiency is lowered as the heat treatment proceeds at a high temperature.

US 7,670,979 B2(특허문헌3)는 1㎛ ~ 10㎛ 크기의 알파 탄화규소 분말에 소결조제로 보론 카바이드 분말을 첨가하여 성형체를 제조한 후 불활성 분위기 하에서 2,100℃ ~ 2,300℃로 소결하여 기공 크기가 1㎛ 이하이고, 기공율이 45% ~ 65% 인 고강도 탄화규소 다공체를 제조하였다. 그러나 특허문헌3은 다양한 기공 크기를 갖는 고저항 탄화규소 다공체를 경제성이 높게 제조할 수 있는 기술은 아닌 것으로 나타났다.US 7,670,979 B2 (Patent Document 3) discloses a process for producing a shaped body by adding boron carbide powder as a sintering aid to a 1 to 10 탆 sized alpha silicon carbide powder, sintering the powder at 2,100 ° C to 2,300 ° C under an inert atmosphere, Mu m or less and a porosity of 45% to 65%. However, Patent Document 3 shows that a high resistance silicon carbide porous body having various pore sizes is not a technique capable of manufacturing economically high.

국내공개특허 제10-2004-0104958호(특허문헌4)는 탄화규소 입자와 규소, 알루미늄, 알카리 토 금속류의 금속 원소를 포함하는 산화물상을 원료로 하는 필터용 탄화규소 다공체를 보고하였다. 그러나 특허문헌4는 아노사이트, 코디어라이트, 뮬라이트 등을 선택하여 탄화규소 다공체를 제조하였고, 굽힘 강도가 15㎫ ~ 30㎫로 만족할만한 물성을 보여주지는 못하였다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2004-0104958 (Patent Document 4) reported a silicon carbide porous body for a filter using an oxide phase containing silicon carbide particles and metallic elements of silicon, aluminum, and alkaline earth metals as raw materials. However, in Patent Document 4, a silicon carbide porous body was produced by selecting an anosite, cordierite, mullite, or the like, and the bending strength was not satisfactory at 15 MPa to 30 MPa.

국내공개특허 제10-2000-0006202호(특허문헌5) 및 제10-2010-0077203호(특허문헌6)는 높은 전기 저항을 갖는 탄화규소 소결체를 제조하기 위하여 질소/붕소 원자를 도핑하는 방법과 제조된 재결정 탄화규소 소결체를 플루오르화 수소 수용액에서 침지시킨 상태로 열처리하는 방법을 보고한바 있으나, 두 특허문헌 모두 1,900℃ 이상의 온도에서 소결을 진행해야하는 단점이 있고, 특히 특허문헌6은 유독한 플루오르화 수소 수용액을 추가로 사용하여야 한다는 단점이 있다.Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-2000-0006202 and 10-2010-0077203 disclose a method of doping a nitrogen / boron atom to produce a silicon carbide sintered body having high electrical resistance and a method of doping nitrogen / The sintered recrystallized silicon carbide thus produced has been reported to be subjected to heat treatment in a state in which it is immersed in an aqueous solution of hydrogen fluoride. However, both of the patent documents have a disadvantage in that sintering must be carried out at a temperature of 1,900 캜 or higher. In particular, Patent Document 6 discloses a method of producing toxic fluorinated There is a disadvantage that an aqueous hydrogen solution must be additionally used.

이와 같이 다양한 크기의 기공을 갖고, 기공률이 높으며, 굽힘 강도가 우수하고, 체적저항이 뛰어난 탄화규소 다공체 및 경제성이 높은 이의 제조방법에 대한 기술 개발이 절실히 필요한 실정이다.It is inevitable to develop a technology for manufacturing a silicon carbide porous body having various sizes of pores, high porosity, excellent bending strength, excellent volume resistance, and high economic efficiency.

국내등록특허 제10-0838825호Korean Patent No. 10-0838825 국내공개특허 제10-2005-0063482호Korean Patent Publication No. 10-2005-0063482 US 7,670,979 B2US 7,670,979 B2 국내공개특허 제10-2004-0104958호Korean Patent Publication No. 10-2004-0104958 국내공개특허 제10-2000-0006202호Korean Patent Publication No. 10-2000-0006202 국내공개특허 제10-2010-0077203호Korean Patent Publication No. 10-2010-0077203

본 발명은 높은 기공률, 평균 기공 크기 조절의 용이성, 우수한 굽힘 강도 및 체적저항을 동시에 만족하는 탄화규소 다공체를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a silicon carbide porous body which simultaneously satisfies a high porosity, an ease of controlling an average pore size, an excellent bending strength and a volume resistance.

또한 본 발명은 위와 같은 특성의 탄화규소 다공체를 제조하는데 사용되는 조성물을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a composition for use in producing a silicon carbide porous body having the above characteristics.

또한 본 발명은 상기 조성물을 이용하여 위와 같은 특성의 탄화규소 다공체를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a silicon carbide porous body having the above characteristics using the above composition.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object. The object of the present invention will become more apparent from the following description, which will be realized by means of the appended claims and their combinations.

본 발명에 따른 탄화규소 다공체 제조용 조성물은 탄화규소 70vol% ~ 95vol% 및 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 함유하는 소결조제 5vol% ~ 30vol%를 포함할 수 있다.The composition for preparing a silicon carbide porous article according to the present invention is characterized by containing 5 vol% to 30 vol% of a sintering auxiliary containing 70 vol% to 95 vol% of silicon carbide and an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y) .

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 탄화규소는 평균 입경이 5㎛ ~ 100㎛일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the silicon carbide may have an average particle diameter of 5 탆 to 100 탆.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 소결조제는 Al2O3 45중량% ~ 70중량%, SiO2 5중량% ~ 25중량% 및 Y2O3 10중량% ~ 35중량%를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the sintering aid may comprise 45% to 70% by weight of Al 2 O 3 , 5% to 25% by weight of SiO 2 and 10% to 35% by weight of Y 2 O 3 have.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 소결조제의 평균 입경이 상기 탄화규소의 평균 입경보다 작고, 구체적으로 상기 탄화규소의 평균 입경의 0.05배 ~ 0.7배일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the average particle size of the sintering aid may be smaller than the average particle size of the silicon carbide, specifically 0.05 to 0.7 times the average particle size of the silicon carbide.

본 발명에 따른 탄화규소 다공체는 골재가 되는 탄화규소 입자; 및 상기 탄화규소 입자 간 계면에 위치하는 유리질 세라믹, 미반응 알루미나 입자 및 미반응 이트리아 입자 중 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The silicon carbide porous body according to the present invention comprises silicon carbide particles as an aggregate; And at least one selected from glassy ceramics, unreacted alumina particles and unreacted yttria particles located at the interface between the silicon carbide particles.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 유리질 세라믹은 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the glassy ceramic may comprise an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 다공체는 기공률이 40% 이상이고, 평균 기공 크기가 1㎛ ~ 50㎛이며, 3점 굽힘 강도가 45㎫ 이상이고, 체적저항이 108Ω·㎝ 이상일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the silicon carbide porous body has a porosity of 40% or more, an average pore size of 1 탆 to 50 탆, a 3-point bending strength of 45 MPa or more, and a volume resistivity of 10 8 Ω · cm Or more.

본 발명에 따른 탄화규소 다공체의 제조방법은 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 포함하는 소결조제를 준비하는 단계, 상기 소결조제 5vol% ~ 30vol%와 탄화규소 70vol% ~ 95vol%를 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계, 상기 혼합분말을 소정의 형상으로 성형하여 탄화규소 성형체를 제조하는 단계 및 상기 탄화규소 성형체를 소결하는 단계를 포함할 수 있다.The method for producing a silicon carbide porous body according to the present invention comprises the steps of preparing a sintering auxiliary containing an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y) and a combination thereof, 5 to 30 vol% And 70 vol.% To 95 vol.% Of silicon carbide to prepare a mixed powder, molding the mixed powder into a predetermined shape to produce a silicon carbide molded body, and sintering the silicon carbide molded body.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 소결조제는 Al2O3 45중량% ~ 70중량%, SiO2 5중량% ~ 25중량% 및 Y2O3 10중량% ~ 35중량%로 습식 또는 건식으로 혼합한 뒤 건조하여 준비할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the sintering assistant comprises 45 wt% to 70 wt% of Al 2 O 3 , 5 wt% to 25 wt% of SiO 2 , and 10 wt% to 35 wt% of Y 2 O 3, And then dried.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 성형체는 상기 혼합분말을 금형을 이용한 일축 가압 성형 또는 정수압 성형하여 제조할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the silicon carbide formed body can be manufactured by uniaxial pressing or hydrostatic pressing the mixed powder using a metal mold.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 성형체를 불활성 또는 산화성 분위기에서 1 ~ 20 ℃/min 승온 속도로 1,400℃ ~ 1,600℃까지 가열하고 1시간 ~ 4시간 유지하여 소결할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the silicon carbide molded body can be sintered by heating it to 1,400 ° C to 1,600 ° C at an elevating rate of 1 to 20 ° C / min in an inert or oxidizing atmosphere and holding it for 1 to 4 hours.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 다공체의 기공률 및 평균 기공 크기는 상기 탄화규소와 상기 소결조제의 평균 입경을 통해 조절할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the porosity and average pore size of the silicon carbide porous body can be controlled through the average particle size of the silicon carbide and the sintering aid.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 탄화규소 다공체의 3점 굽힘 강도는 상기 소결조제의 함량, 상기 탄화규소의 평균 입경 또는 소결 온도를 통해 조절할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the three-point bending strength of the silicon carbide porous body can be controlled through the content of the sintering aid, the average particle diameter of the silicon carbide, or the sintering temperature.

본 발명에 따르면 높은 기공률, 평균 기공 크기 조절의 용이성, 우수한 굽힘 강도 및 체적저항을 동시에 만족하는 탄화규소 다공체를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a silicon carbide porous body satisfying both high porosity, ease of controlling an average pore size, excellent bending strength and volume resistance.

또한 본 발명에 따르면 목적하는 바에 맞게 탄화규소 다공체의 기공률, 평균 기공 크기, 굽힘 강도, 체적저항을 쉽게 조절할 수 있다.Also, according to the present invention, the porosity, average pore size, bending strength, and volume resistance of the silicon carbide porous body can be easily adjusted according to the purpose.

또한 본 발명은 낮은 소결 온도로 탄화규소 다공체를 제조하므로 가격 경쟁력 확보에 큰 도움이 될 수 있다.In addition, since the present invention produces a silicon carbide porous body at a low sintering temperature, it can be a great help in securing price competitiveness.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. It should be understood that the effects of the present invention include all reasonably possible effects in the following description.

도 1은 본 발명에 따른 탄화규소 다공체의 미세구조를 주사전자현미경(scanning electron microscope)으로 분석한 결과이다.
도 2는 도 1의 특정 지점(+)에 위치하는 입자의 성분을 분석한 결과이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄화규소 다공체의 미세구조를 주사전자현미경(scanning electron microscope)으로 분석한 결과이다.
도 4는 도 3의 특정 지점(+)에 위치하는 입자의 성분을 분석한 결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 탄화규소 다공체의 공기 투과도를 측정한 결과이다.
도 6은 본 발명에 따른 탄화규소 다공체의 기공 크기 분포를 측정한 결과이다.
1 is a result of analysis of the microstructure of the silicon carbide porous body according to the present invention by a scanning electron microscope.
Fig. 2 is a result of analyzing the components of particles located at a specific point (+) in Fig.
3 is a result of analysis of the microstructure of the silicon carbide porous body according to the present invention by a scanning electron microscope.
FIG. 4 is a result of analyzing the components of particles located at a specific point (+) in FIG.
5 shows the results of measurement of the air permeability of the silicon carbide porous body according to the present invention.
6 shows the results of measurement of the pore size distribution of the silicon carbide porous body according to the present invention.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. The embodiments of the present invention can be modified into various forms as long as the gist of the invention is not changed. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments.

본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되면 공지 구성 및 기능에 대한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention. As used herein, " comprising "means that other elements may be included unless otherwise specified.

본 발명에 따른 탄화규소 다공체 제조용 조성물(이하, '조성물'이라 함)은 탄화규소; 및 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 함유하는 소결조제를 포함한다.The composition for preparing a silicon carbide porous article according to the present invention (hereinafter referred to as a "composition") is a composition containing silicon carbide; And sintering aids containing elements selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof.

상기 조성물은 탄화규소 및 소결조제를 포함하는바, 이는 상기 탄화규소가 강한 공유결합을 형성하고 있는 난소결성 세라믹스이기 때문이다.The composition includes silicon carbide and sintering aids because the silicon carbide is an ovoid-formed ceramic that forms strong covalent bonds.

상기 조성물을 이용하여 탄화규소 다공체를 형성하면 상기 탄화규소는 탄화규소 다공체의 골재가 되고, 특정 원소를 함유하는 상기 소결조제는 골재를 형성하는 상기 탄화규소의 입자 간 계면에 위치하는 유리질 세라믹과 미반응 산화물 입자가 되는바 그에 따라 상기 탄화규소 다공체의 기공률, 평균 기공 크기, 굽힘 강도 및 체적저항의 향상 또는 조절이 가능해 진다.When the silicon carbide porous body is formed using the above composition, the silicon carbide becomes an aggregate of a silicon carbide porous body, and the sintering auxiliary containing a specific element is composed of a vitreous ceramic positioned at an interface between particles of the silicon carbide forming an aggregate, As a result, the porosity, the average pore size, the bending strength and the volume resistance of the silicon carbide porous body can be improved or adjusted.

상기 탄화규소는 탄화규소 다공체를 형성하는데 사용되는 일반적인 탄화규소라면 어떠한 것도 사용할 수 있으나, 바람직하게는 알파 탄화규소(α-SiC)를 사용할 수 있다.The silicon carbide may be any ordinary silicon carbide used for forming the silicon carbide porous body, but alpha-silicon carbide (? -SiC) may be preferably used.

상기 탄화규소의 평균 입경은 상기 탄화규소 다공체가 사용되는 분야에서 요구되는 기공 크기에 맞게 결정되기 때문에 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 5㎛ ~ 100㎛, 자세히는 30㎛ ~ 100㎛, 더 자세히는 30㎛ ~ 65㎛일 수 있다. 탄화규소의 평균 입경이 5㎛ 미만이면 탄화규소 다공체의 강도가 약해질 수 있고, 100㎛를 초과하면 기공률이 낮아지고 평균 기공 크기가 작아져 탄화규소 다공체의 성질이 발휘되지 않을 수 있다.The average particle diameter of the silicon carbide is not particularly limited, since it is determined according to the pore size required in the field in which the silicon carbide porous body is used, but is preferably 5 탆 to 100 탆, more specifically 30 탆 to 100 탆, Lt; RTI ID = 0.0 > um < / RTI > If the average particle diameter of the silicon carbide is less than 5 탆, the strength of the silicon carbide porous body may be weakened, and if it exceeds 100 탆, the porosity may be low and the average pore size may be small.

상기 소결조제는 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 함유할 수 있다. The sintering aid may contain an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof.

구체적으로 상기 소결조제는 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 산화규소(SiO2) 분말, 산화이트륨(Y2O3) 분말 및 이들의 조합으로부터 선택된 산화물 분말일 수 있고, 더욱 구체적으로 산화알루미늄(Al2O3) 분말 25중량% ~ 70중량%, 산화규소(SiO2) 분말 5중량% ~ 25중량% 및 산화이트륨(Y2O3) 분말 10중량% ~ 35중량%를 포함할 수 있다.Specifically, the sintering aid may be an oxide powder selected from aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, silicon oxide (SiO 2 ) powder, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder and combinations thereof, (Al 2 O 3) powder 25% by weight to 70% by weight, silicon oxide (SiO 2) powder 5% to 25% by weight of yttrium oxide by weight of (Y 2 O 3) may comprise a powder of 10% by weight to 35% by weight have.

상기 소결조제의 조성이 위와 같을 때, 기존보다 낮은 소결온도에서 상기 소결조제의 공융 액상이 형성되어 상기 탄화규소의 소결을 촉진할 수 있고, 상기 탄화규소의 입자 간 계면에 세라믹 유리질 및 미반응 알루미나 입자가 공존하도록 할 수 있다.When the composition of the sintering auxiliary agent is as described above, a eutectic liquid phase of the sintering auxiliary agent is formed at a lower sintering temperature than the conventional sintering assistant agent to promote the sintering of the silicon carbide, and ceramic glassy matter and unreacted alumina Particles can coexist.

또한 상기 소결조제를 준비함에 있어서, 상기 소결조제의 함량을 적절히 조절하여 조성물을 준비하고 적절한 조건 하에서 열처리하여 탄화규소 다공체를 형성하였을 때 입자 간 계면에 미반응 알루미나 입자 및/또는 미반응 이트리아 입자가 분포되어 있도록 하는 것이 상기 탄화규소 다공체의 기공률, 평균 기공 크기, 굽힘 강도 및 체적저항의 향상 또는 조절을 위해 바람직할 수 있다.In preparing the sintering auxiliary agent, when the composition is prepared by appropriately adjusting the content of the sintering auxiliary agent and heat treatment is performed under appropriate conditions to form a silicon carbide porous body, unreacted alumina particles and / or unreacted yttria particles May be preferable for improving or controlling the porosity, the average pore size, the bending strength and the volume resistance of the porous silicon carbide article.

상기 소결조제는 상기 탄화규소의 평균 입경에 비해 작은 크기의 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로 상기 탄화규소의 평균 입경의 0.05배 ~ 0.7배 크기의 평균 입경을 갖는 소결조제를 사용할 수 있고, 이를 위해 상기 소결조제를 구성하는 각 성분의 평균 입경을 적절히 조절하여 준비할 수 있다.It is preferable that the sintering assistant has a size smaller than the average particle size of the silicon carbide. Specifically, a sintering auxiliary having an average particle size of 0.05 to 0.7 times the average particle diameter of the silicon carbide can be used. For this purpose, the average particle diameter of each component constituting the sintering auxiliary can be adjusted appropriately.

상기 조성물은 탄화규소 70vol% ~ 95vol% 및 소결조제 5vol% ~ 30vol%를 포함할 수 있는바, 상기 조성물이 위와 같은 조성일 때 탄화규소 다공체의 기공률, 평균 기공 크기, 굽힘 강도 및 체적저항을 향상 또는 조절할 수 있다.
The composition may contain 70 vol% to 95 vol% of silicon carbide and 5 vol% to 30 vol% of sintering aids. When the composition has the above composition, the porosity, average pore size, bending strength and volume resistance of the silicon carbide porous body may be improved Can be adjusted.

본 발명에 따른 탄화규소 다공체의 제조방법은 상기 조성물을 이용하여 탄화규소 다공체, 정확히는 액상소결 탄화규소 다공체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 포함하는 소결조제를 준비하는 단계, 상기 소결조제 5vol% ~ 30vol%와 탄화규소 70vol% ~ 95vol%를 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계, 상기 혼합분말을 소정의 형상으로 성형하여 탄화규소 성형체를 제조하는 단계 및 상기 탄화규소 성형체를 소결하는 단계를 포함한다.The present invention also relates to a method for producing a silicon carbide porous body, specifically a liquid phase sintered silicon carbide porous body using the above composition, Preparing a sintering auxiliary containing an element selected from the group consisting of a combination of 5 vol% to 30 vol% of the sintering auxiliary and 70 vol% to 95 vol% of silicon carbide to prepare a mixed powder, molding the mixed powder into a predetermined shape Thereby producing a silicon carbide molded body, and sintering the silicon carbide molded body.

상기 탄화규소 다공체의 제조방법에 있어서, 각 성분의 특징, 함량 등에 대한 구체적인 설명 중 이하 생략된 것은 전술한 바와 같기 때문으로 이를 참작하여 상기 제조방법을 파악해야 할 것이다.In the method for producing the silicon carbide porous body, among the detailed descriptions of the characteristics, contents, etc. of each component, those which are omitted below are as described above.

상기 소결조제의 준비단계는 산화알루미늄(Al2O3) 분말 25중량% ~ 70중량%, 산화규소(SiO2) 분말 5중량% ~ 25중량% 및 산화이트륨(Y2O3) 분말 10중량% ~ 35중량%를 용매 내에서 분산 및 혼합하는 습식공정 또는 분말을 밀링 등의 방법으로 기계적으로 혼합하는 건식공정으로 혼합한 뒤 건조하는 단계일 수 있다. 또한 소결조제의 평균 입경을 조절하기 위하여 상기 건조된 분말을 분쇄하고 특정 메쉬의 채로 걸러내어 소결조제를 준비하는 것이 바람직할 수 있다.The preparation step of the sintering assistant is a step of mixing 25 wt% to 70 wt% of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, 5 wt% to 25 wt% of silicon oxide (SiO 2 ) powder and 10 wt% of yttria (Y 2 O 3 ) % To 35% by weight in a solvent, or a dry process in which powders are mechanically mixed by a method such as milling and the like, followed by drying. In order to adjust the average particle diameter of the sintering aid, it is preferable to prepare the sintering auxiliary agent by pulverizing the dried powder and sieving the powder with a specific mesh.

상기 혼합분말의 제조단계는 상기 소결조제 5vol% ~ 30vol%와 탄화규소 70vol% ~ 95vol%를 습식 또는 건식으로 균일하게 혼합하는 단계이다. 이 때 상기 혼합분말에 소량의 결합제를 더 첨가할 수 있다. 상기 결합제는 특별히 한정된 것을 사용해야 하는 것은 아니나, 예를 들어 1% 농도의 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol, PVA)을 사용할 수 있다.The step of preparing the mixed powder is a step of uniformly mixing 5 vol% ~ 30 vol% of the sintering auxiliary and 70 vol% ~ 95 vol% silicon carbide by wet or dry method. At this time, a small amount of binder may be further added to the mixed powder. The binder is not particularly limited, but polyvinyl alcohol (PVA) having a concentration of 1% may be used, for example.

상기 탄화규소 성형체의 제조단계는 상기 혼합분말을 금형을 이용한 일축 가압 성형 또는 정수압 성형하여 소정의 형상을 지니도록 하는 단계이다. 상기 탄화규소 성형체의 형상은 특별히 한정되지 않고 그 용도나 목적하는 바에 따라 성형할 수 있다. 다만 이동이 가능할 정도의 성형 강도를 갖도록 제조하는 것이 바람직할 것이다. 상기 탄화규소 성형체는 소결 전 충분한 시간을 들여 건조하는 단계를 더 거칠 수 있다.The step of preparing the silicon carbide molded article is a step of forming the mixed powder by uniaxial pressing or hydrostatic pressing using a metal mold to have a predetermined shape. The shape of the silicon carbide molded body is not particularly limited, and the silicon carbide molded body can be molded according to its application and purpose. However, it may be preferable to manufacture it so as to have a molding strength enough to allow movement. The silicon carbide molded body may be further subjected to a step of drying for a sufficient time before sintering.

상기 소결단계는 상기 탄화규소 성형체를 불활성 또는 산화성 분위기에서 1 ~ 20 ℃/min 승온 속도로 1,400℃ ~ 1,600℃까지 가열하고 1시간 ~ 4시간 유지하여 탄화규소 다공체를 얻는 단계이다.The sintering step is a step of heating the silicon carbide formed body in an inert or oxidizing atmosphere at a temperature raising rate of 1 to 20 ° C / min to 1,400 ° C to 1,600 ° C and holding the silicon carbide molded body for 1 to 4 hours to obtain a silicon carbide porous body.

본 발명에 따른 조성물은 특정한 조성의 소결조제를 포함하므로 1,400℃ ~ 1,600℃의 낮은 온도에서 상기 소결단계를 수행할 수 있다. 그에 따라 상기 탄화규소 다공체를 경제적으로 생산할 수 있는바, 가격 경쟁력의 확보 등에 있어서 유리한 위치를 점할 수 있다.
Since the composition according to the present invention includes a sintering aid having a specific composition, the sintering step can be performed at a low temperature of 1,400 ° C to 1,600 ° C. Accordingly, the silicon carbide porous body can be economically produced, which is advantageous in securing price competitiveness.

본 발명에 따른 탄화규소 다공체는 골재가 되는 탄화규소 입자 및 상기 탄화규소 입자 간 계면에 위치하는 유리질 세라믹과 미반응 알루미나 입자를 포함한다.The silicon carbide porous body according to the present invention includes silicon carbide particles as an aggregate and glassy ceramics located at the interface between the silicon carbide particles and unreacted alumina particles.

상기 유리질 세라믹은 소결조제로부터 기인한 것으로서, 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 원소를 포함할 수 있다.The glassy ceramics originate from a sintering aid and may include an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof.

상기 탄화규소 다공체는 전술한 조성물을 이용하여 위와 같은 제조방법으로 제조되는바, 기공률이 40% 이상이고; 평균 기공 크기가 1㎛ ~ 50㎛이며; 3점 굽힘 강도가 30㎫ 이상, 자세히는 45㎫ 이상, 더욱 자세히는 60㎫ 이상이고; 체적저항이 108Ω·㎝ 이상, 자세히는 3.0×108Ω·㎝ 이상, 더욱 자세히는 5.0×108Ω·㎝ 이상일 수 있다.
The silicon carbide porous body is produced by the above-described method using the above-mentioned composition, and has a porosity of 40% or more; An average pore size of 1 탆 to 50 탆; The three-point bending strength is at least 30 MPa, more preferably at least 45 MPa, more particularly at least 60 MPa; The volume resistance may be 10 8 Ω · cm or more, more specifically 3.0 × 10 8 Ω · cm or more, and more specifically 5.0 × 10 8 Ω · cm or more.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, these examples are for illustrating the present invention and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예1Example 1

(1) 소결조제 준비단계(1) Preparation step of sintering auxiliary agent

표 1과 같은 함량이 되도록 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 산화규소(SiO2) 분말 및 산화이트륨(Y2O3) 분말을 칭량한 뒤, 에탄올 용매가 들어있는 알루미나 자(jar)에 투입하였다. 상기 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 산화규소(SiO2) 분말 및 산화이트륨(Y2O3) 분말의 평균 입경은 각각 0.5㎛, 7㎛ 및 36㎛였다. 알루미나 볼을 사용하여 약 200RPM의 속도로 상온에서 약 12시간 동안 상기 산화물 분말을 충분히 분산 및 혼합하였다. 약 60℃에서 약 12시간 이상 건조하였다. 건조한 분말을 200메쉬의 채로 스크리닝(screening)하여 소결조제를 준비하였다.The aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, the silicon oxide (SiO 2 ) powder and the yttria (Y 2 O 3 ) powder were weighed so as to have the contents as shown in Table 1, and then an alumina jar Respectively. The average particle diameters of the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, the silicon oxide (SiO 2 ) powder and the yttria (Y 2 O 3 ) powder were 0.5 μm, 7 μm and 36 μm, respectively. The oxide powder was sufficiently dispersed and mixed at a rate of about 200 RPM using alumina balls at room temperature for about 12 hours. Lt; RTI ID = 0.0 > 60 C < / RTI > The dried powder was screened with 200 mesh to prepare a sintering auxiliary agent.

(2) 혼합분말의 제조단계(2) Preparation of mixed powder

표 1과 같은 vol%가 되도록 탄화규소와 소결조제를 준비하였다. 상기 탄화규소로는 평균 입경이 65㎛인 알파 탄화규소 분말을 사용하였다. 상기 탄화규소와 소결조제를 기계적으로 균질하게 혼합하였다. 이 때 1%의 PVA 용액을 전체 혼합분말의 질량 대비 약 9중량% 첨가 및 혼합하여 혼합분말을 제조하였다.Silicon carbide and sintering auxiliary agent were prepared so as to have a vol% as shown in Table 1. As the silicon carbide, an alpha-silicon carbide powder having an average particle size of 65 μm was used. The silicon carbide and sintering aids were mixed mechanically homogeneously. At this time, 1% PVA solution was added and mixed in an amount of about 9 wt% based on the mass of the entire mixed powder to prepare a mixed powder.

(3) 탄화규소 성형체의 제조단계(3) Production step of silicon carbide molded article

상기 혼합분말을 직경 200㎜의 금형 몰드에 투입한 뒤, 약 40㎫의 압력으로 일축 가압하여 성형하고, 약 60℃의 온도에서 약 24시간 동안 건조하여 탄화규소 성형체를 얻었다.The mixed powder was charged into a mold mold having a diameter of 200 mm, molded by uniaxial pressing at a pressure of about 40 MPa, and dried at a temperature of about 60 캜 for about 24 hours to obtain a silicon carbide molded body.

(4) 소결단계 - 탄화규소 다공체의 제조단계(4) Sintering Step - Production of silicon carbide porous article

상기 탄화규소 성형체를 질화붕소(BN)가 코팅된 흑연 도가니에 위치시킨 뒤 흑연 진공로에 장입하였다. 아르곤 기체 분위기 하에서 상기 탄화규소 성형체를 약 10℃/min의 승온 속도로 1,500℃까지 가열한 뒤, 약 1시간 동안 열처리(소결)하여 탄화규소 다공체를 얻었다.The silicon carbide molded body was placed in a graphite crucible coated with boron nitride (BN), and charged into a graphite vacuum furnace. The silicon carbide molded body was heated to 1,500 占 폚 at a heating rate of about 10 占 폚 / min in an argon gas atmosphere, and then heat-treated (sintered) for about 1 hour to obtain a silicon carbide porous body.

구분division 소결조제의 조성[중량%]Composition of sintering auxiliary [wt.%] 조성물의 성분[vol%(중량%)]The components [vol% (wt%)] Al2O3 Al 2 O 3 SiO2 SiO 2 Y2O3 Y 2 O 3 소결조제Sintering auxiliary 탄화규소Silicon carbide 시편1Psalm 1 58.658.6 23.023.0 18.418.4 15 (17.4)15 (17.4) 85 (82.6)85 (82.6) 시편2Psalm 2 58.758.7 23.023.0 18.318.3 20 (23.0)20 (23.0) 80 (77.0)80 (77.0) 시편3Psalm 3 57.857.8 23.623.6 18.618.6 25 (28.0)25 (28.0) 75 (72.0)75 (72.0) 시편4Psalm 4 58.758.7 23.023.0 18.318.3 30 (33.9)30 (33.9) 70 (66.1)70 (66.1)

(5) 탄화규소 다공체의 주사전자현미경(scanning electron microscope) 분석 및 성분 분석 결과(5) Scanning electron microscope analysis and component analysis of silicon carbide porous body

도 1은 주사전자현미경으로 상기 시편1에 따른 탄화규소 다공체를 분석하여 얻은 미세구조이다. 도 2는 도 1의 특정 지점(+)에 위치하는 입자의 성분을 분석한 결과이다. 도 2를 참조하면 미량의 규소(Si) 원소가 검출되기는 하나, 알루미늄(Al) 및 산소(O) 원자가 주된 성분으로 분석되는바, 도 1의 특정 지점에 위치하는 물질은 미반응 알루미나 입자임을 알 수 있다.Fig. 1 is a microstructure obtained by analyzing a silicon carbide porous body according to the above-mentioned Specimen 1 with a scanning electron microscope. Fig. 2 is a result of analyzing the components of particles located at a specific point (+) in Fig. 2, aluminum (Al) and oxygen (O) atoms are analyzed as main components, although a trace amount of silicon (Si) element is detected. As a result, .

도 3은 주사전자현미경으로 상기 시편1에 따른 탄화규소 다공체를 분석하여 얻은 미세구조이다. 도 4는 도 3의 특정 지점(+)에 위치하는 입자의 성분을 분석한 결과이다. 도 4를 참조하면, 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 산소(O)가 검출되는바, 도 3의 특정 지점에 위치하는 물질은 유리질 세라믹임을 알 수 있다.3 is a microstructure obtained by analyzing the silicon carbide porous body according to the above-mentioned Specimen 1 with a scanning electron microscope. FIG. 4 is a result of analyzing the components of particles located at a specific point (+) in FIG. Referring to FIG. 4, aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and oxygen (O) are detected, and the material located at a specific point in FIG. 3 is glassy ceramic.

결과적으로 도 1 내지 도 4를 통해 본 발명에 따른 탄화규소 다공체는 골재를 이루는 탄화규소 입자; 및 상기 탄화규소 입자 간 계면에 위치하는 유리질 세라믹 및 미반응 알루미나 입자를 포함함을 확인할 수 있다.As a result, the silicon carbide porous body according to the present invention comprises silicon carbide particles constituting an aggregate; And glassy ceramics and unreacted alumina particles located at the interface between the silicon carbide grains.

(6) 탄화규소 다공체의 공기 투과도 측정(6) Measurement of air permeability of silicon carbide porous body

도 5는 상기 시편1에 따른 탄화규소 다공체의 공기 투과도를 측정한 결과이다. 상기 탄화규소 다공체에 주입되는 공기의 압력(x축)이 증가함에 따라 상기 탄화규소 다공체를 통과하는 공기의 양(y축)이 선형적으로 증가하므로 상기 탄화규소 다공체의 기공이 제대로 형성되었음을 알 수 있다.5 shows the results of measurement of the air permeability of the silicon carbide porous body according to the above-described Specimen 1. Fig. (Y-axis) of the air passing through the silicon carbide porous body linearly increases as the pressure of the air (x axis) injected into the silicon carbide porous body is increased, it is understood that the pores of the porous silicon carbide body are properly formed have.

(7) 탄화규소 다공체의 물성 측정(7) Measurement of physical properties of silicon carbide porous body

상기 시편1 내지 시편4에 따른 탄화규소 다공체의 3점 굽힘 강도, 기공률, 평균 기공 크기, 체적저항을 측정하였다.The three-point bending strength, porosity, average pore size, and volume resistance of the porous silicon carbide according to the test pieces 1 to 4 were measured.

3점 굽힘 강도는 탄화규소 다공체로부터 3× 4×35㎜의 크기의 시험편을 제작하여 측정하였다. 겉보기 기공률은 굽힘 강도 측정 후 파괴된 시험편을 사용하여 아르키메데스 법으로 측정하였다. 수은 압입법을 통해 평균 기공 크기를 측정하였고, 상온 체적저항을 측정하였다. 그 결과는 표 2와 같다.The 3-point bending strength was measured by making a test piece having a size of 3 x 4 x 35 mm from a silicon carbide porous body. The apparent porosity was measured by the Archimedes method using the fractured specimen after measuring the bending strength. The average pore size was measured by mercury porosimetry and the volume resistivity at room temperature was measured. The results are shown in Table 2.

구분division 겉보기 기공률
[%]
Apparent porosity
[%]
3점 굽힘 강도
[㎫]
3 point bending strength
[MPa]
체적저항
[×108Ω·㎝]
Volume resistance
[× 10 8 Ω · cm]
평균 기공 크기
[㎛]
Average pore size
[Mu m]
시편1Psalm 1 42.542.5 38.038.0 4.984.98 18.2218.22 시편2Psalm 2 41.841.8 45.945.9 3.013.01 17.0617.06 시편3Psalm 3 40.240.2 46.246.2 3.023.02 17.6917.69 시편4Psalm 4 39.139.1 50.850.8 3.043.04 18.3118.31

표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 탄화규소 다공체의 겉보기 기공률은 소결조제의 함량이 증가함에 따라(시편1->시편4) 감소하였으며, 3점 굽힘 강도는 크게 증가하였음을 알 수 있다. Referring to Table 2, the apparent porosity of the silicon carbide porous body according to the present invention was decreased as the content of the sintering assistant was increased (specimen 1 -> specimen 4), and the three point bending strength was greatly increased.

본 발명은 탄화규소 다공체의 체적저항을 향상시키기 위하여 특정 조성의 금속 산화물 분말을 소결조제로 사용하였는바, 상기 탄화규소 다공체의 체적저항이 108Ω·㎝ 이상으로 크게 향상되었음을 알 수 있다. 또한 상기 체적저항은 소결조제의 함량에는 큰 영향을 받지 않음을 확인할 수 있다.
In order to improve the volume resistivity of the silicon carbide porous body, the metal oxide powder of a specific composition was used as a sintering auxiliary agent, and it was found that the volume resistance of the silicon carbide porous body was greatly improved to 10 8 Ω · cm or more. Also, it can be confirmed that the volume resistivity is not significantly influenced by the content of the sintering auxiliary agent.

실시예2Example 2

상기 실시예1의 시편2와 동일한 조성 및 방법으로 탄화규소 다공체를 제조하되, 소결단계의 소결 온도를 1,400℃, 1,600℃로 변경하였다.A silicon carbide porous body was produced by the same composition and method as in Specimen 2 of Example 1 except that the sintering temperature in the sintering step was changed to 1,400 ° C and 1,600 ° C.

그에 따라 얻어진 탄화규소 다공체의 3점 굽힘 강도, 기공률, 평균 기공 크기, 체적저항을 측정하였다. 그 결과는 표 3과 같다.The three-point bending strength, porosity, average pore size and volume resistance of the obtained silicon carbide porous body were measured. The results are shown in Table 3.

소결온도
[℃]
Sintering temperature
[° C]
겉보기 기공률
[%]
Apparent porosity
[%]
3점 굽힘 강도
[㎫]
3 point bending strength
[MPa]
체적저항
[×108Ω·㎝]
Volume resistance
[× 10 8 Ω · cm]
평균 기공 크기
[㎛]
Average pore size
[Mu m]
1,4001,400 42.842.8 31.231.2 4.994.99 14.7014.70 1,5001,500 41.841.8 45.945.9 3.013.01 17.0617.06 1,6001,600 40.540.5 64.364.3 3.123.12 22.0922.09

표 3을 참조하면, 소결온도가 1,400℃로 감소함에 따라 겉보기 기공률이 소폭 증가하였고, 3점 굽힘 강도는 크게 감소하였음을 알 수 있다. 반대로 소결온도가 1,600℃로 증가함에 따라 겉보기 기공률이 감소하였고, 3점 굽힘 강도가 64.3㎫로 크게 증가하였음을 알 수 있다.Referring to Table 3, the apparent porosity was slightly increased and the three-point bending strength was greatly decreased as the sintering temperature was decreased to 1,400 ° C. Conversely, as the sintering temperature increased to 1,600 ℃, the apparent porosity decreased and the three point bending strength increased to 64.3 MPa.

다만 상기 탄화규소 다공체의 체적저항은 소결온도가 증가하여도 큰 증가를 나타내지 않았다.
However, the volume resistivity of the silicon carbide porous body did not show a large increase even when the sintering temperature was increased.

실시예3Example 3

10㎛ 이하의 평균 기공 크기를 갖는 탄화규소 다공체를 다음과 같은 방법으로 제조하였다.A silicon carbide porous body having an average pore size of 10 탆 or less was prepared by the following method.

(1) 소결조제 준비단계(1) Preparation step of sintering auxiliary agent

표 4와 같은 함량이 되도록 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 산화규소(SiO2) 분말 및 산화이트륨(Y2O3) 분말을 칭량한 뒤, 에탄올 용매가 들어있는 알루미나 자(jar)에 투입하였다. 상기 산화알루미늄(Al2O3) 분말, 산화규소(SiO2) 분말 및 산화이트륨(Y2O3) 분말의 평균 입경은 각각 0.5㎛, 4 및 9㎛였다. 알루미나 볼을 사용하여 약 200RPM의 속도로 상온에서 약 12시간 동안 상기 산화물 분말을 충분히 분산 및 혼합하였다. 약 60℃에서 약 12시간 이상 건조하였다. 건조한 분말을 200메쉬의 채로 스크리닝(screening)하여 소결조제를 준비하였다.The aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, the silicon oxide (SiO 2 ) powder and the yttria (Y 2 O 3 ) powder were weighed so as to have the contents as shown in Table 4, and then an alumina jar containing an ethanol solvent Respectively. The average particle sizes of the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, the silicon oxide (SiO 2 ) powder and the yttria (Y 2 O 3 ) powder were 0.5 μm, 4 and 9 μm, respectively. The oxide powder was sufficiently dispersed and mixed at a rate of about 200 RPM using alumina balls at room temperature for about 12 hours. Lt; RTI ID = 0.0 > 60 C < / RTI > The dried powder was screened with 200 mesh to prepare a sintering auxiliary agent.

(2) 혼합분말의 제조단계(2) Preparation of mixed powder

표 4와 같은 vol%가 되도록 탄화규소와 소결조제를 준비하였다. 상기 탄화규소로는 평균 입경이 30㎛인 알파 탄화규소 분말을 사용하였다. 상기 탄화규소와 소결조제를 기계적으로 균질하게 혼합하였다. 이 때 1%의 PVA 용액을 전체 혼합분말의 질량 대비 약 9중량% 첨가 및 혼합하여 혼합분말을 제조하였다.Silicon carbide and sintering auxiliary agent were prepared so as to have a vol% as shown in Table 4. As the silicon carbide, an alpha-silicon carbide powder having an average particle diameter of 30 mu m was used. The silicon carbide and sintering aids were mixed mechanically homogeneously. At this time, 1% PVA solution was added and mixed in an amount of about 9 wt% based on the mass of the entire mixed powder to prepare a mixed powder.

(3) 탄화규소 성형체의 제조단계(3) Production step of silicon carbide molded article

상기 혼합분말을 직경 50㎜의 금형 몰드에 투입한 뒤, 약 40㎫의 압력으로 일축 가압하여 성형하고, 약 60℃의 온도에서 약 24시간 동안 건조하여 탄화규소 성형체를 얻었다.The mixed powder was charged into a mold mold having a diameter of 50 mm, uniaxially pressed at a pressure of about 40 MPa, and dried at a temperature of about 60 캜 for about 24 hours to obtain a silicon carbide molded article.

(4) 소결단계 - 탄화규소 다공체의 제조단계(4) Sintering Step - Production of silicon carbide porous article

상기 탄화규소 성형체를 질화붕소(BN)가 코팅된 흑연 도가니에 위치시킨 뒤 흑연 진공로에 장입하였다. 아르곤 기체 분위기 하에서 상기 탄화규소 성형체를 약 10℃/min의 승온 속도로 1,500℃까지 가열한 뒤, 약 1시간 동안 열처리(소결)하여 탄화규소 다공체를 얻었다.The silicon carbide molded body was placed in a graphite crucible coated with boron nitride (BN), and charged into a graphite vacuum furnace. The silicon carbide molded body was heated to 1,500 占 폚 at a heating rate of about 10 占 폚 / min in an argon gas atmosphere, and then heat-treated (sintered) for about 1 hour to obtain a silicon carbide porous body.

구분division 소결조제의 조성[중량%]Composition of sintering auxiliary [wt.%] 조성물의 성분[vol%(중량%)]The components [vol% (wt%)] Al2O3 Al 2 O 3 SiO2 SiO 2 Y2O3 Y 2 O 3 소결조제Sintering auxiliary 탄화규소Silicon carbide 시편5Psalm 5 58.658.6 23.023.0 18.418.4 15 (17.4)15 (17.4) 85 (82.6)85 (82.6) 시편6Psalm 6 58.758.7 23.023.0 18.318.3 20 (23.0)20 (23.0) 80 (77.0)80 (77.0) 시편7Psalm 7 57.857.8 23.623.6 18.618.6 25 (28.0)25 (28.0) 75 (72.0)75 (72.0)

(5) 탄화규소 다공체의 기공 크기 분포 측정(5) Measurement of pore size distribution of porous silicon carbide

도 6은 상기 시편5의 탄화규소 성형체의 기공 크기 분포를 수은압입법으로 측정한 결과이다. 이를 참조하면, 기공 크기 분포가 넓게 퍼져 있지 않은바 기공이 일정한 크기로 고르게 잘 형성되었음을 알 수 있다.6 shows the results of measurement of the pore size distribution of the silicon carbide molded body of the above-mentioned Specimen 5 by mercury porosimetry. As a result, it can be seen that the pore size distribution, which is not widely spread, is uniformly formed at a uniform size.

(6) 탄화규소 다공체의 물성 측정(6) Measurement of physical properties of silicon carbide porous body

상기 시편5 내지 시편7에 따른 탄화규소 다공체의 3점 굽힘 강도, 기공률, 평균 기공 크기, 체적저항을 측정하였다. 그 결과는 표 5와 같다.The three-point bending strength, porosity, average pore size and volume resistance of the silicon carbide porous body according to Specimen 5 to Specimen 7 were measured. The results are shown in Table 5.

구분division 겉보기 기공률
[%]
Apparent porosity
[%]
3점 굽힘 강도
[㎫]
3 point bending strength
[MPa]
체적저항
[×108Ω·㎝]
Volume resistance
[× 10 8 Ω · cm]
평균 기공 크기
[㎛]
Average pore size
[Mu m]
시편5Psalm 5 43.343.3 60.2160.21 4.954.95 7.857.85 시편6Psalm 6 42.942.9 62.2262.22 5.975.97 7.817.81 시편7Psalm 7 41.941.9 64.7264.72 5.015.01 7.467.46

표 5를 참조하면, 상기 탄화규소 다공체의 평균 기공 크기를 10㎛ 이하임을 알 수 있다. 이를 통해 탄화규소의 평균 입경, 소결조제의 원료 물질의 평균 입경 등을 조절하여 탄화규소 다공체의 평균 기공 크기를 목적하는 바에 따라 조절할 수 있음을 알 수 있다.Referring to Table 5, it can be seen that the average pore size of the silicon carbide porous body is 10 μm or less. It can be seen that the average pore size of the silicon carbide porous body can be controlled as desired by adjusting the average particle diameter of the silicon carbide and the average particle size of the raw material of the sintering auxiliary agent.

또한 표 5를 통해 탄화규소 다공체의 겉보기 기공률은 소결조제의 함량이 증가함에 따라 감소하였으며, 골재로 사용된 탄화규소 분말의 평균 입경이 감소함에 따라 3점 굽힘 강도는 전반적으로 60㎫ 이상으로 크게 증가하였음을 알 수 있다. 다만 체적저항은 큰 변화가 없었다.
As shown in Table 5, the apparent porosity of the porous silicon carbide decreased as the content of the sintering aid increased. As the average particle diameter of the silicon carbide powder used as the aggregate decreased, the three-point bending strength increased greatly to over 60 MPa . However, volume resistance did not change much.

상기 실시예1 내지 실시예3을 통해 본 발명에 따르면 기공률과 평균 기공 크기의 조절이 용이하며, 3점 굽힘 강도 및 체적저항이 굉장히 뛰어난 탄화규소 다공체를 제조할 수 있음을 확인하였다.It was confirmed through the above Examples 1 to 3 that the porous silicon carbide porous body having excellent porosity and average pore size can be easily controlled and 3-point bending strength and volume resistance can be remarkably improved.

또한 상기 탄화규소와 상기 소결조제의 평균 입경을 조절하면 탄화규소 다공체의 기공률 및 평균 기공 크기를 조절할 수 있음을 확인하였다.It was also confirmed that the porosity and the average pore size of the silicon carbide porous body can be controlled by controlling the average particle size of the silicon carbide and the sintering aid.

또한 상기 소결조제의 함량, 상기 탄화규소의 평균 입경, 소결 온도를 조절하면 상기 탄화규소 다공체의 3점 굽힘 강도를 조절할 수 있음을 확인하였다.
Also, it was confirmed that the three point bending strength of the silicon carbide porous body can be controlled by adjusting the content of the sintering auxiliary agent, the average particle diameter of the silicon carbide, and the sintering temperature.

이상으로 본 발명의 실험예 및 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실험예 및 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Various modifications and improvements of those skilled in the art are also within the scope of the present invention.

본 발명에 따른 탄화규소 다공체는 반도체/디스플레이 산업 공정용 진공척 소재 등 전자/반도체 산업뿐만 아니라 정유/발전 산업용 고온 분진 필터용 소재 및 디젤자동차 분진 필터 소재 등 폭넓은 산업분야에 적용할 수 있다.The silicon carbide porous body according to the present invention can be applied not only to the electronic / semiconductor industry such as a vacuum chuck material for a semiconductor / display industry process, but also to a wide range of industrial fields such as a high temperature dust filter material for a refinery / power generation industry and a diesel vehicle dust filter material.

Claims (19)

탄화규소 70vol% ~ 95vol%; 및
알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 함유하는 소결조제 5vol% ~ 30vol%를 포함하는 탄화규소 다공체 제조용 조성물.
70 vol% to 95 vol% of silicon carbide; And
And 5 vol% to 30 vol% of a sintering auxiliary containing an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof.
제1항에 있어서,
상기 탄화규소는 평균 입경이 5㎛ ~ 100㎛인 탄화규소 다공체 제조용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon carbide has an average particle diameter of 5 mu m to 100 mu m.
제1항에 있어서,
상기 소결조제는
Al2O3 45중량% ~ 70중량%;
SiO2 5중량% ~ 25중량%; 및
Y2O3 10중량% ~ 35중량%를 포함하는 탄화규소 다공체 제조용 조성물.
The method according to claim 1,
The sintering aid
45% by weight to 70% by weight of Al 2 O 3 ;
5 wt% to 25 wt% of SiO 2 ; And
And 10 wt% to 35 wt% of Y 2 O 3 .
제1항에 있어서,
상기 소결조제의 평균 입경이 상기 탄화규소의 평균 입경보다 작은 탄화규소 다공체 제조용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the average particle diameter of the sintering auxiliary agent is smaller than the average particle diameter of the silicon carbide.
제1항에 있어서,
상기 소결조제의 평균 입경이 상기 탄화규소의 평균 입경의 0.05배 ~ 0.7배인 탄화규소 다공체 제조용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the average particle diameter of the sintering auxiliary agent is 0.05 to 0.7 times the average particle diameter of the silicon carbide.
골재가 되는 탄화규소 입자; 및
상기 탄화규소 입자 간 계면에 위치하는 유리질 세라믹, 미반응 알루미나 입자 및 이트리아 입자 중 어느 하나 이상을 포함하는 탄화규소 다공체.
Silicon carbide particles as aggregates; And
A silicon carbide porous body containing at least one of glassy ceramics, unreacted alumina particles, and yttria particles located at an interface between the silicon carbide grains.
제6항에 있어서,
상기 유리질 세라믹은 알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 포함하는 탄화규소 다공체.
The method according to claim 6,
Wherein the glassy ceramic comprises an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof.
제6항에 있어서,
상기 탄화규소 다공체는 기공률이 40% 이상이고, 평균 기공 크기가 1㎛ ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 탄화규소 다공체.
The method according to claim 6,
Wherein the silicon carbide porous body has a porosity of 40% or more and an average pore size of 1 to 50 占 퐉.
제6항에 있어서,
상기 탄화규소 다공체는 3점 굽힘 강도가 45㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 탄화규소 다공체.
The method according to claim 6,
Wherein the silicon carbide porous body has a three-point bending strength of 45 MPa or more.
제6항에 있어서,
상기 탄화규소 다공체는 체적저항이 108Ω·㎝ 이상인 것을 특징으로 하는 탄화규소 다공체.
The method according to claim 6,
Wherein the silicon carbide porous body has a volume resistivity of 10 < 8 > OMEGA .cm or more.
알루미늄(Al), 규소(Si), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로부터 선택된 원소를 포함하는 소결조제를 준비하는 단계;
상기 소결조제 5vol% ~ 30vol%와 탄화규소 70vol% ~ 95vol%를 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계;
상기 혼합분말을 소정의 형상으로 성형하여 탄화규소 성형체를 제조하는 단계; 및
상기 탄화규소 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 탄화규소 다공체의 제조방법.
Preparing a sintering auxiliary comprising an element selected from aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and combinations thereof;
Mixing 5 vol% to 30 vol% of the sintering aid and 70 vol% to 95 vol% silicon carbide to prepare a mixed powder;
Molding the mixed powder into a predetermined shape to produce a silicon carbide molded body; And
And sintering the silicon carbide formed body.
제11항에 있어서,
상기 소결조제는 Al2O3 45중량% ~ 70중량%, SiO2 5중량% ~ 25중량% 및 Y2O3 10중량% ~ 35중량%를 습식 또는 건식으로 혼합한 뒤 건조하여 준비하는 상기 소결조제는 탄화규소 다공체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The sintering aid may be prepared by mixing 45 wt% to 70 wt% of Al 2 O 3 , 5 wt% to 25 wt% of SiO 2 , and 10 wt% to 35 wt% of Y 2 O 3, Wherein the sintering aid is a process for producing a silicon carbide porous article.
제11항에 있어서,
상기 탄화규소는 평균 입경이 5㎛ ~ 100㎛인 알파 탄화규소인 탄화규소 다공체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the silicon carbide is an alpha silicon carbide having an average particle diameter of 5 to 100 占 퐉.
제11항에 있어서,
상기 소결조제의 평균 입경이 상기 탄화규소의 평균 입경의 0.05배 ~ 0.7배인 탄화규소 다공체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the average particle diameter of the sintering assistant is 0.05 to 0.7 times the average particle diameter of the silicon carbide.
제11항에 있어서,
상기 탄화규소 성형체는 상기 혼합분말을 금형을 이용한 일축 가압 성형 또는 정수압 성형하여 제조되는 탄화규소 다공체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the silicon carbide formed body is manufactured by uniaxial pressing or hydrostatic pressing the mixed powder using a metal mold.
제11항에 있어서,
상기 탄화규소 성형체를 불활성 또는 산화성 분위기에서 1 ~ 20 ℃/min 승온 속도로 1,400℃ ~ 1,600℃까지 가열하고 1시간 ~ 4시간 유지하여 소결하는 탄화규소 다공체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the silicon carbide formed body is heated in an inert or oxidizing atmosphere at a temperature raising rate of 1 to 20 占 폚 / min to 1,400 to 1,600 占 폚 and held for 1 to 4 hours to sinter the silicon carbide formed body.
제11항에 있어서,
상기 탄화규소와 상기 소결조제의 평균 입경을 조절하여 상기 탄화규소 다공체의 기공률 및 평균 기공 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 다공체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the porosity and the average pore size of the silicon carbide porous body are controlled by controlling an average particle size of the silicon carbide and the sintering auxiliary agent.
제11항에 있어서,
상기 소결조제의 함량, 상기 탄화규소의 평균 입경 또는 소결 온도를 조절하여 상기 탄화규소 다공체의 3점 굽힘 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 다공체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the three-point bending strength of the silicon carbide porous body is controlled by controlling the content of the sintering auxiliary agent, the average particle diameter of the silicon carbide, or the sintering temperature.
제11항에 있어서,
상기 탄화규소 다공체는 기공률이 40% 이상이고, 평균 기공 크기가 1㎛ ~ 50㎛이며, 3점 굽힘 강도가 45㎫ 이상이고, 체적저항이 108Ω·㎝ 이상인 것을 특징으로 하는 탄화규소 다공체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the silicon carbide porous body has a porosity of 40% or more, an average pore size of 1 탆 to 50 탆, a 3-point bending strength of 45 MPa or more, and a volume resistivity of 10 8 Ω · cm or more Gt;
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