KR20220104528A - YAG synthesis method using PVA polymer solution method - Google Patents

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이상진
임현호
박예은
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목포대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a YAG synthesis method using a PVA polymer solution method. More specifically, the YAG synthesis method using a PVA polymer solution method includes the steps of: preparing a first metal nitrate containing Y positive ions and a second metal nitrate containing Al positive ions; dissolving the first metal nitrate and the second metal nitrate in prepared distilled water to produce a metal nitrate aqueous solution; generating a mixed solution by adding a certain amount of PVA polymer solution to the metal nitrate aqueous solution; generating a YAG precursor by gelling the resulting mixed solution while stirring at a constant temperature; drying the gelled YAG precursor; calcining the dried and gelled YAG precursor to produce a YAG precursor powder in which reaction gas is removed and PVA polymer is degreased; and heating the YAG precursor powder at a constant temperature to synthesize YAG powder. The synthesized YAG powder is controlled in particle size and shape according to the molecular weight of the PVA polymer and the amount of PVA polymer solution added. Synthesis of YAG powder is possible easily at low temperature.

Description

PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법{YAG synthesis method using PVA polymer solution method}YAG synthesis method using PVA polymer solution method

본 발명은 PVA(Polyvinyl Achol) 폴리머 용액법을 이용한 YAG(Yttrium Aluminum Garnet, Y3Al5O12) 합성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내 플라즈마성이 우수하여 최근 Y2O3(Yttrium)의 대체 물질로 반도체 공정 내 챔버 코팅재로 사용될 수 있는 YAG의 합성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a YAG (Yttrium Aluminum Garnet, Y 3 Al 5 O 12 ) synthesis method using a PVA (Polyvinyl Achol) polymer solution method. More specifically, it has excellent plasma resistance and recently Y 2 O 3 (Yttrium) It relates to a method for synthesizing YAG that can be used as a chamber coating material in a semiconductor process as an alternative material for

급변하고 있는 반도체 시장에서 3D-NAND 사업이 본격화됨에 따라 반도체 장비 산업의 중요도가 높아지고 있으며, 증착 및 식각 등과 같은 반도체 제조 주요 공정들이 더욱 가혹한 공정 환경에서 진행되면서 관련 내플라즈마 소재 부품의 수요가 증가하고 있다. As the 3D-NAND business is in full swing in the rapidly changing semiconductor market, the importance of the semiconductor equipment industry is increasing, and as major semiconductor manufacturing processes such as deposition and etching are carried out in a harsher process environment, the demand for related plasma-resistant material parts is increasing. have.

특히, 플라즈마 공정이 진행되는 반도체 제조공정에서 초미세 선폭화가 진행됨에 따라 챔버 내벽의 물리적 식각뿐만 아니라 화학적 식각에 의해 오염입자의 발생을 유발하고 소재의 화학적 반응을 촉진시키므로 반도체 내벽의 식각에 의한 오염입자 유입을 막기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다.In particular, as ultra-fine line width progresses in the semiconductor manufacturing process in which the plasma process proceeds, not only physical etching of the inner wall of the chamber, but also the generation of contaminant particles by chemical etching and accelerating the chemical reaction of the material, contamination by etching of the inner wall of the semiconductor Various studies are being conducted to prevent particle ingress.

현재 챔버 내벽으로 가장 많이 쓰이는 내플라즈마 소재로 Y2O3를 용사코팅하여 사용하고 있으나, 고순도의 이트리아는 가격이 비싸고 코팅 공정도 간단하지 않은 단점이 있다. Currently, Y 2 O 3 is used by thermal spray coating as the most commonly used plasma-resistant material for the inner wall of the chamber, but high-purity yttria has disadvantages in that it is expensive and the coating process is not simple.

이를 대체하기 위해 기존의 Y2O3보다 가격이 저렴하면서 내플라즈마성이 우수한 Y2O3계 복합산화물을 이용한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.To replace this, research and development using Y 2 O 3 composite oxides that are cheaper than the existing Y 2 O 3 and have excellent plasma resistance are being actively conducted.

대표적인 Y2O3계 복합산화물은 YAG(Yttrium Aluminum Garnet, Y3Al5O12)이며, 이는 입방정의 Garnet 결정구조를 지니는 화합물로서 우수한 크립 저항, 열안정성, 내식성 및 광학적 특성으로 인해 넓은 분야에서 이용되고 있다. A representative Y 2 O 3 composite oxide is YAG (Yttrium Aluminum Garnet, Y 3 Al 5 O 12 ), which is a compound having a cubic Garnet crystal structure and is widely used in a wide range of fields due to its excellent creep resistance, thermal stability, corrosion resistance and optical properties. is being used

또한, 내플라즈마성도 우수하여 Y2O3의 대체 물질로 반도체 공정 내 챔버 코팅재로 사용되고 있다.In addition, due to its excellent plasma resistance, it is used as a chamber coating material in a semiconductor process as a substitute material for Y 2 O 3 .

한편, 기존 YAG는 Yttria(Y2O3)와 Alumina(Al2O3) 화합물로서 비교적 공정이 간단하고 사용 YAG의 합성에 주로 이용되는 고상반응법으로 제조되어 왔으나, 이 방식은 입자의 크기를 줄이는데 한계가 있었다. On the other hand, conventional YAG is a compound of Yttria (Y 2 O 3 ) and Alumina (Al 2 O 3 ), which is relatively simple and has been manufactured by a solid-phase reaction method mainly used for the synthesis of YAG. reduction was limited.

Yttria와 Alumina계에는 최종물인 YAG 이외에도 페롭스카이트 구조의 YAM(Y4Al2O9, Yttrium Aluminium monoclicnic)과 육방정계 구조의 YAP(YAlO3, Yttrium Aluminium Perovstite) 상이 불순물 상으로 존재하기 때문에 순수한 조성의 YAG 결정을 얻는 것이 쉽지 않다. In Yttria and Alumina, in addition to YAG, which is the final product, YAM (Y 4 Al 2 O 9 , Yttrium Aluminum monoclicnic) and YAP (YAlO 3 , Yttrium Aluminum Perovstite) having a hexagonal structure exist as impurity phases. It is not easy to get YAG crystals.

특히, 합성을 위한 1,600~1,800℃ 정도의 고온 열처리와 미세 분말을 얻기 위한 밀링공정을 필요로 하고 있기 때문에 입자의 응집을 초래하고, 입자상이 불균일 해지며 표면과 격자의 결함이 생겨 광학적 및 기계적 성질을 감소시키게 되는 문제점이 있었다.In particular, since it requires a high-temperature heat treatment of about 1,600~1,800℃ for synthesis and a milling process to obtain fine powder, it causes particle aggregation, the particle shape becomes non-uniform, and defects in the surface and lattice occur, resulting in optical and mechanical properties There was a problem to reduce the .

본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로, PVA 폴리머 용액법을 이용하여 낮은 온도에서 용이하게 YAG 분말의 합성이 가능하고, YAG 분말의 입자크기를 sub-micron까지 줄일 수 있으며 치밀한 표면 미세구조를 가지면서 다공성인 YAG 합성방법 제공을 목적으로 한다.The YAG synthesis method using the PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention was devised to solve the above problems, and it is possible to easily synthesize YAG powder at a low temperature using the PVA polymer solution method, and YAG powder It aims to provide a method for synthesizing YAG that can reduce the particle size of the particle size to sub-micron and is porous while having a dense surface microstructure.

한편, 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, Y 양이온을 포함하는 제1금속질산염과 Al 양이온을 포함하는 제2금속질산염을 준비하는 단계, 상기 제1금속질산염 및 제2금속질산염을 준비된 증류수에 용해시켜 금속질산염 수용액을 생성하는 단계, 상기 금속질산염 수용액에 일정량의 PVA 폴리머 용액을 첨가하여 혼합액을 생성하는 단계, 생성된 상기 혼합액을 일정온도에서 교반하면서 겔화시켜 YAG 전구체를 생성하는 단계, 겔화된 상기 YAG 전구체를 건조시키는 단계, 건조 및 겔화된 상기 YAG 전구체를 하소시켜 반응가스 제거 및 PVA 폴리머가 탈지된 YAG 전구체 분말을 생성하는 단계 및 상기 YAG 전구체 분말을 일정온도에서 열처리 하여 YAG 분말을 합성하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of preparing a first metal nitrate containing a Y cation and a second metal nitrate containing an Al cation, dissolving the first metal nitrate and the second metal nitrate in distilled water prepared to produce a metal nitrate aqueous solution, adding a certain amount of PVA polymer solution to the metal nitrate aqueous solution to create a mixed solution, gelling the resulting mixed solution at a constant temperature while stirring to produce a YAG precursor, the gelled Drying the YAG precursor, calcining the dried and gelled YAG precursor to remove the reactive gas and degreased the PVA polymer to produce a YAG precursor powder, and heat-treating the YAG precursor powder at a constant temperature to synthesize YAG powder may include

바람직하게 합성된 상기 YAG 분말은 상기 PVA 폴리머의 분자량 및 PVA 폴리머 용액의 첨가량에 따라 입자크기 및 형태가 조절될 수 있다.The particle size and shape of the preferably synthesized YAG powder may be adjusted according to the molecular weight of the PVA polymer and the amount of the PVA polymer solution added.

바람직하게 상기 제1금속질산염은 Y(NO3)3·6H2O 이며, 제2금속질산염은 Al(NO3)3·9H2O 일 수 있다.Preferably, the first metal nitrate may be Y(NO 3 ) 3 .6H 2 O, and the second metal nitrate may be Al(NO 3 ) 3 .9H 2 O.

바람직하게 상기 PVA 폴리머 용액은 증류수 95cc 당 5g의 PVA 분말이 용해될 수 있다.Preferably, 5 g of PVA powder per 95 cc of distilled water may be dissolved in the PVA polymer solution.

바람직하게 생성된 상기 혼합액을 일정온도에서 교반하면서 겔화시켜 YAG 전구체를 생성하는 단계는 200℃의 핫플레이트에서 교반하면서 겔화시켜 YAG 전구체를 생성할 수 있다.Preferably, in the step of gelling the resulting mixture while stirring at a constant temperature to produce a YAG precursor, the YAG precursor may be produced by gelling while stirring on a hot plate at 200°C.

바람직하게 겔화된 상기 YAG 전구체를 건조시키는 단계는 건조기 온도를 200℃로 24시간 유지하여 수행될 수 있다.Preferably, the drying of the gelled YAG precursor may be performed by maintaining the dryer temperature at 200° C. for 24 hours.

바람직하게 건조 및 겔화된 상기 YAG 전구체를 하소시켜 반응가스 제거 및 PVA 폴리머가 탈지된 YAG 전구체 분말을 생성하는 단계는 공기분위기에서 5℃/min의 승온속도로 600℃까지 가온 후 1시간 동안 유지될 수 있다.Preferably, the step of calcining the dried and gelled YAG precursor to remove the reactive gas and to produce a YAG precursor powder from which the PVA polymer is degreased is heated to 600° C. at a temperature increase rate of 5° C./min in an air atmosphere and maintained for 1 hour. can

바람직하게 상기 YAG 전구체 분말을 일정온도에서 열처리 하여 YAG 분말을 합성하는 단계는 하소 이후, 공기분위기에서 5℃/min의 승온속도로 1,000℃까지 가온 후 1시간 동안 유지될 수 있다.Preferably, in the step of synthesizing the YAG powder by heat-treating the YAG precursor powder at a constant temperature, it may be heated to 1,000° C. at a temperature increase rate of 5° C./min in an air atmosphere after calcination, and then maintained for 1 hour.

바람직하게 상기 YAG 전구체 분말을 일정온도에서 열처리 하여 YAG 분말을 합성하는 단계 이후, 합성된 YAG 분말의 응집입자 분쇄단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, after the step of synthesizing the YAG powder by heat-treating the YAG precursor powder at a predetermined temperature, the method may further include pulverizing the aggregated particles of the synthesized YAG powder.

바람직하게 상기 합성된 YAG 분말의 응집입자 분쇄단계는 5mm 직경을 갖는 지르코니아 볼과 이소프로필알콜 용매를 이용하여 150rpm으로 볼 밀링한 후, 150mesh 체를 통과시켜 분쇄될 수 있다.Preferably, in the step of pulverizing the aggregated particles of the synthesized YAG powder, ball milling at 150 rpm using a zirconia ball having a diameter of 5 mm and an isopropyl alcohol solvent may be used and then pulverized by passing through a 150 mesh sieve.

바람직하게 합성된 상기 YAG 분말의 응집입자 분쇄단계 이후, 상기 YAG 분말을 일정형상으로 성형하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, after the step of pulverizing the aggregated particles of the synthesized YAG powder, the method may further include molding the YAG powder into a predetermined shape.

바람직하게 상기 YAG 분말을 일정형상으로 성형하는 단계는 50 MPa의 압력으로 일축가압하여 직경 15mm의 pellet 형태로 성형한 후, 200 MPa로 냉간 정수압 성형될 수 있다.Preferably, in the step of molding the YAG powder into a predetermined shape, it may be uniaxially pressed at a pressure of 50 MPa to form a pellet having a diameter of 15 mm, and then cold isostatically pressed to 200 MPa.

바람직하게 YAG 분말을 일정형상으로 성형하는 단계 이후, 성형된 상기 YAG 분말을 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, after molding the YAG powder into a predetermined shape, the method may further include sintering the molded YAG powder.

바람직하게 성형된 상기 YAG 분말을 소결하는 단계는 공기분위기에서 3℃/min 의 승온속도로 1,700℃까지 가온한 후 6시간 동안 유지한 다음 냉각될 수 있다.Preferably, in the step of sintering the molded YAG powder, it may be heated to 1,700° C. at a temperature increase rate of 3° C./min in an air atmosphere, maintained for 6 hours, and then cooled.

본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 PVA 폴리머 용액법을 이용하여 낮은 온도에서 용이하게 YAG 분말의 합성이 가능하고, PVA 폴리머의 분자량 및 PVA 폴리머 용액의 첨가량에 따라 YAG 분말의 입자크기를 sub-micron까지 줄일 수 있으며 치밀한 표면 미세구조를 가지면서 다공성인 YAG 분말을 합성할 수 있는 우수한 효과가 있다.In the YAG synthesis method using the PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention, YAG powder can be easily synthesized at a low temperature using the PVA polymer solution method. The particle size of the powder can be reduced to sub-micron, and there is an excellent effect of synthesizing porous YAG powder with a dense surface microstructure.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법의 전체 공정도다.
도 2는 PVA(Mw. 146,000 ~ 186,000) 폴리머 용액법으로 제조 된 전구체 겔의 DTA/TG 결과를 보여주는 그래프다.
도 3 내지 5는 PVA 첨가량과 분자량에 따라 합성 된 YAG 분말의 XRD 패턴을 보여주는 이미지다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시 예를 통해 합성된 YAG 분말을 12시간 밀링 후 미세구조를 나타낸 이미지다.
도 8 및 9는 PVA 분자량과 첨가량을 달리하여 합성한 YAG 분말을 이용하여 소결한 소결체 표면의 SEM 미세구조를 나타낸 이미지다.
도 10은 볼 밀링을 하지 않은 YAG 분말(a)과 20시간(b) 및 30시간(c) 볼 밀링한 YAG 분말의 SEM 미세구조를 보여주는 이미지다.
도 11은 볼 밀링하지 않은 YAG 분말(a)과 20시간(b) 및 30시간(c) 볼 밀링한 YAG 분말을 동일한 조건으로 소결한 소결체 표면의 SEM 미세구조를 나타내는 이미지다.
도 12는 도 11에서 치밀화를 보인 도 11(b) 및 도 11(c) 소결체의 파단면의 미세구조를 나타내는 이미지다.
1 is an overall process diagram of a YAG synthesis method using a PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the DTA/TG results of the precursor gel prepared by the PVA (Mw. 146,000 ~ 186,000) polymer solution method.
3 to 5 are images showing the XRD patterns of YAG powder synthesized according to the PVA addition amount and molecular weight.
6 and 7 are images showing the microstructure after milling the YAG powder synthesized according to an embodiment of the present invention for 12 hours.
8 and 9 are images showing the SEM microstructure of the surface of the sintered body sintered using YAG powder synthesized by varying the molecular weight and addition amount of PVA.
10 is an image showing the SEM microstructure of YAG powder without ball milling (a) and YAG powder after 20 hours (b) and 30 hours (c) ball milling.
11 is an image showing the SEM microstructure of the surface of a sintered body obtained by sintering YAG powder without ball milling (a) and YAG powder milled for 20 hours (b) and 30 hours (c) under the same conditions.
12 is an image showing the microstructure of the fracture surface of the sintered body of FIGS. 11 ( b ) and 11 ( c ) showing densification in FIG. 11 .

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다. The terms used in the present invention have been selected as widely used general terms as possible, but in certain cases, there are also terms arbitrarily selected by the applicant. should be taken into account to understand its meaning.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

이와 관련하여 먼저, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법의 전체 공정도다.In this regard, first, FIG. 1 is an overall process diagram of a YAG synthesis method using a PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG(Yttrium Aluminum Garnet, Y3Al5O12) 합성방법은 Y 양이온을 포함하는 제1금속질산염과 Al 양이온을 포함하는 제2금속질산염을 준비하는 단계(S100) 및 상기 제1금속질산염 및 제2금속질산염을 준비된 증류수에 용해시켜 금속질산염 수용액을 생성하는 단계(S200)를 포함한다.1, the YAG (Yttrium Aluminum Garnet, Y 3 Al 5 O 12 ) synthesis method using the PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention includes a first metal nitrate containing a Y cation and an Al cation. preparing a second metal nitrate (S100) and dissolving the first metal nitrate and the second metal nitrate in prepared distilled water to generate an aqueous metal nitrate solution (S200).

이때, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제1금속질산염은 Y(NO3)3·6H2O 이며, 제2금속질산염은 Al(NO3)3·9H2O 이다.At this time, the first metal nitrate according to an embodiment of the present invention is Y(NO 3 ) 3 ·6H 2 O, and the second metal nitrate is Al(NO 3 ) 3 ·9H 2 O.

아울러, 상기 금속질산염 수용액을 생성하는 단계(S200)는 상기 제1 및 제2금속질산염을 정량비에 맞춰 준비된 증류수에 용해시키는 단계(S200)이다. In addition, the step of generating the metal nitrate aqueous solution (S200) is a step (S200) of dissolving the first and second metal nitrates in distilled water prepared according to a quantitative ratio.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 PVA(Polyvinyl Achol) 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 상술한 단계(S200) 이후, 상기 금속질산염 수용액에 일정량의 PVA 폴리머 용액을 첨가하여 혼합액을 생성하는 단계(S300)를 포함한다.On the other hand, in the YAG synthesis method using the PVA (Polyvinyl Achol) polymer solution method according to an embodiment of the present invention, after the above-described step (S200), a predetermined amount of the PVA polymer solution is added to the aqueous metal nitrate solution to generate a mixed solution ( S300).

이때, 상기 PVA 폴리머 용액은 다양한 PVA 폴리머 용액을 이용할 수 있으나, 본 발명의 실시 예에 있어서 상기 PVA 폴리머 용액은 증류수 95cc 당 5g의 PVA 분말이 용해된 것을 이용하며, 상기 PVA 폴리머 용액의 첨가를 통해 금속 양이온의 균질한 분산을 유도할 수 있다.At this time, various PVA polymer solutions may be used as the PVA polymer solution, but in an embodiment of the present invention, 5 g of PVA powder per 95 cc of distilled water is dissolved in the PVA polymer solution, and through the addition of the PVA polymer solution It can lead to homogeneous dispersion of metal cations.

아울러, 상기 PVA 폴리머는 합성되는 YAG 분말의 입자크기 및 형태를 조절하기 위하여 다양한 분자량을 갖는 PVA 폴리머를 이용하며, 보다 상세하게는 9,000~10,000Mw(Molecular weight) 또는 146,000~186,000Mw의 분자량을 갖는 PVA 폴리머를 이용한다.In addition, the PVA polymer uses a PVA polymer having various molecular weights to control the particle size and shape of the synthesized YAG powder, and more specifically, has a molecular weight of 9,000 ~ 10,000Mw (Molecular weight) or 146,000 ~ 186,000Mw. PVA polymer is used.

한편, 본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 금속질산염 수용액에 첨가되는 PVA 폴리머 용액의 첨가량은 금속 양이온들의 총 원자가 비에 대해 4:1, 2:1의 비율로 첨가된다.Meanwhile, in an embodiment of the present invention, the amount of the PVA polymer solution added to the aqueous metal nitrate solution is added in a ratio of 4:1 and 2:1 with respect to the total valence ratio of the metal cations.

이에 대해 상세하게 설명하면, 금속 양이온(Y 및 Al)을 기준하여 1개의 -(OH) functional group을 갖는 PVA monomer에 대한 금속 양이온의 원자가 비로써 혼합비율을 정하였으며, 일실시 예로 이트륨(Y) 이온과 알루미늄(Al) 이온은 PVA에 대해 3배의 전자가 차이를 보이기 때문에 4:1의 몰 비로 첨가할 경우 전하량의 차이에 의하여 이트륨 및 알루미늄 이온간의 PVA 실제비율은 각각 12:1이 된다. In detail, the mixing ratio was determined as the valence ratio of the metal cation to the PVA monomer having one -(OH) functional group based on the metal cations (Y and Al), and in one embodiment, yttrium (Y) Since ions and aluminum (Al) ions show a difference in electrons three times that of PVA, when added in a molar ratio of 4:1, the actual ratio of PVA between yttrium and aluminum ions becomes 12:1, respectively, due to the difference in charge.

따라서 4:1의 비율을 맞추기 위하여 실제로는 Al3+ : PVA 및 Y3+ : PVA 비율이 각각 4:3 되도록 5wt% PVA 용액을 첨가하였으며 PVA 첨가량이 더 많은 2:1 비율일 경우, 각 이온에 대한 PVA 비율이 2:3이 되도록 PVA 용액을 첨가한다.Therefore, in order to match the ratio of 4:1, 5wt% PVA solution was added so that the ratio of Al 3+ : PVA and Y 3+ : PVA was 4:3, respectively. The PVA solution is added so that the PVA to PVA ratio is 2:3.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 생성된 상기 혼합액을 일정온도에서 교반하면서 겔화시켜 YAG 전구체를 생성하는 단계(S400)를 포함한다.On the other hand, the YAG synthesis method using the PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention includes the step (S400) of generating a YAG precursor by gelling the resulting mixture while stirring at a constant temperature.

이때, YAG 전구체를 생성하는 단계(S400)는 다양한 장치 및 방법을 통해서 수행될 수 있으나, 본 발명의 실시 예에 있어서는 200℃의 핫플레이트에서 교반하면서 겔화시킨다.In this case, the step (S400) of generating the YAG precursor may be performed through various devices and methods, but in an embodiment of the present invention, gelation is performed while stirring on a hot plate at 200°C.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 겔화된 상기 YAG 전구체를 건조시키는 단계(S500)를 포함한다. Meanwhile, the YAG synthesis method using the PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention includes drying the gelled YAG precursor (S500).

이때, 상술한 건조 단계(S500)는 다양한 건조기를 이용하여 온도를 200℃로 24시간 유지하여 수행된다.In this case, the above-described drying step (S500) is performed by maintaining the temperature at 200° C. for 24 hours using various dryers.

한편, 본 발명은 상술한 건조단계 이후 건조 및 겔화된 상기 YAG 전구체를 하소시켜 반응가스 제거 및 PVA 폴리머가 탈지된 YAG 전구체 분말을 생성하는 단계(S600)를 포함한다.Meanwhile, the present invention includes a step (S600) of calcining the dried and gelled YAG precursor after the above-described drying step to remove the reactive gas and produce a YAG precursor powder in which the PVA polymer is degreased.

이때, 상기 반응가스는 NOX 가스이며, 본 단계는 공기분위기에서 5℃/min의 승온속도로 600℃까지 가온 후 1시간 동안 유지되며, 본 발명은 상기 PVA 폴리머의 탈지현상을 이용하여 다공성의 YAG 분말을 합성할 수 있다.At this time, the reaction gas is NO X gas, and this step is maintained for 1 hour after heating to 600° C. at a temperature increase rate of 5° C./min in an air atmosphere. YAG powder can be synthesized.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 상기 YAG 전구체 분말을 일정온도에서 열처리 하여 YAG 분말을 합성하는 단계(S700)를 포함하며, 이때 YAG 분말을 합성하는 단계(S700)는 하소 이후, 공기분위기에서 5℃/min의 승온속도로 1,000℃까지 가온 후 1시간 동안 유지된다.On the other hand, the YAG synthesis method using the PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention comprises the step (S700) of synthesizing the YAG powder by heat-treating the YAG precursor powder at a certain temperature, in which case the YAG powder is synthesized ( S700) after calcination, is maintained for 1 hour after heating to 1,000 ℃ in an air atmosphere at a temperature increase rate of 5 ℃ / min.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 상기 YAG 전구체 분말을 일정온도에서 열처리 하여 YAG 분말을 합성하는 단계(S700) 이후, 합성된 YAG 분말의 응집입자 분쇄단계를 더 포함한다. On the other hand, in the YAG synthesis method using the PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention, the YAG precursor powder is heat-treated at a predetermined temperature to synthesize the YAG powder (S700), followed by the crushing of the aggregated particles of the synthesized YAG powder. include more

이때, 상기 응집입자 분쇄단계는 다양한 방식 및 장치를 이용하여 수행될 수 있으나, 본 발명의 실시 예에 있어서는 5mm 직경을 갖는 지르코니아 볼과 이소프로필알콜 용매를 이용하여 150rpm으로 볼 밀링한 후, 150mesh 체를 통과시켜 분쇄된다.At this time, the agglomerated particle grinding step may be performed using various methods and devices, but in an embodiment of the present invention, after ball milling at 150 rpm using a zirconia ball having a diameter of 5 mm and an isopropyl alcohol solvent, a 150 mesh sieve is passed through and crushed.

한편, 본 발명은 합성된 상기 YAG 분말의 응집입자 분쇄단계 이후, 상기 YAG 분말을 일정형상으로 성형하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 본 단계는 50 MPa의 압력으로 일축가압하여 직경 15mm의 pellet 형태로 성형한 후, 200 MPa로 냉간 정수압 성형(Cold isostatic press)된다.On the other hand, the present invention may further include the step of molding the YAG powder into a certain shape after the pulverizing the aggregated particles of the synthesized YAG powder. After forming with a furnace, cold isostatic pressing is performed at 200 MPa.

아울러, 본 발명은 상술한 YAG 분말의 성형단계 이후, 성형된 상기 YAG 분말을 소결하는 단계를 더 포함하며, 본 단계는 공기분위기에서 3℃/min 의 승온속도로 1,700℃까지 가온한 후 6시간 동안 유지한 다음 냉각됨을 특징으로 한다.In addition, the present invention further includes a step of sintering the molded YAG powder after the above-described forming of the YAG powder, and this step is heated to 1,700° C. at a temperature increase rate of 3° C./min in an air atmosphere for 6 hours. It is maintained for a while and then cooled.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따라 합성된 AG 분말의 특성에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the characteristics of the AG powder synthesized according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 전구체 하소 시 발현되는 온도에 따른 열분해 특징을 고찰하기 위해 열분석기(TG-DTA, Labsys Evo TG-DTA, SETARAM, France)를 이용하여 900℃까지 10℃/min의 승온속도로 공기 분위기에서 실시하였다. First, in order to examine the thermal decomposition characteristics according to the temperature expressed during the calcination of the precursor, a thermal analyzer (TG-DTA, Labsys Evo TG-DTA, SETARAM, France) was used in an air atmosphere at a temperature increase rate of 10°C/min to 900°C. carried out.

이때, 폴리머 분자량 변화에 따른 결정화 거동을 알아보기 위하여 X-선 회절장치(XRD, SmartLab, Rigaku, Japan)를 사용하여 Cu-Kα(λ-1.542Å) 특성파장을 사용하여, 40 kV, 30 mA에서 4°/min 속도의 scan speed 조건으로 분석하였고, 소결체의 밀도는 Archimedesm법으로 측정하였으며, 상대밀도는 YAG의 이론밀도 4.56 g/cm3로부터 계산하였다. At this time, using an X-ray diffraction apparatus (XRD, SmartLab, Rigaku, Japan) to investigate the crystallization behavior according to the change in the molecular weight of the polymer, using the Cu-Kα (λ-1.542Å) characteristic wavelength, 40 kV, 30 mA was analyzed under the scan speed condition of 4°/min speed, the density of the sintered body was measured by Archimedesm method, and the relative density was calculated from the theoretical density of YAG 4.56 g/cm 3 .

제조된 분말과 소결체의 morphology를 관찰하기 위하여 전계방출주사전자현미경(FE-SEM, JSM-7100F, Jeol, Japan)을 사용하여 미세구조를 관찰하였으며, 소결체의 경우 표면을 연마 한 후 열 에칭한 후 미세구조를 관찰하였다. The microstructure was observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, JSM-7100F, Jeol, Japan) to observe the morphology of the prepared powder and sintered body. The microstructure was observed.

분말과 소결체는 알루미늄 홀더에 카본 테이프를 이용하여 샘플을 고정시키고 Pt sputter로 코팅하여 미세구조를 관찰하였다.The powder and sintered compact were fixed with carbon tape on an aluminum holder and coated with Pt sputter to observe the microstructure.

이와 관련하여 PVA(Mw. 146,000 ~ 186,000) 폴리머 용액법으로 제조 된 전구체 겔의 DTA/TG 결과를 보여주는 그래프인 도 2를 참조하면, 상온에서의 전구체 겔은 금속질산염의 영향으로 의해 수분흡수가 일어나다가 온도가 올라가면 표면의 수분이 제거되면서 약간의 무게감소를 보이기 시작하였다. In this regard, referring to FIG. 2, which is a graph showing the DTA/TG results of the precursor gel prepared by the PVA (Mw. 146,000 ~ 186,000) polymer solution method, the precursor gel at room temperature absorbs moisture under the influence of metal nitrate. As the temperature increased, the surface moisture was removed and the weight began to decrease slightly.

이후 온도가 상승함에 따라 무게감소는 지속되는데, 300℃부터 급격하게 중량감소가 나타나는 원인은 전구체 내 NOx 가스 제거와 폴리머의 열 분해에 의한 것으로 보인다. Thereafter, as the temperature rises, the weight loss continues. The cause of the rapid weight loss from 300°C seems to be the removal of NOx gas in the precursor and thermal decomposition of the polymer.

이때는 흡열 반응을 동반하고 있으며, 이후에 관찰되는 발열반응은 열분해 후 남은 탄소의 산화반응에 의한 것으로 이에 따른 무게감량은 약 500℃까지 지속되었다. At this time, an endothermic reaction is accompanied, and the exothermic reaction observed thereafter is due to the oxidation reaction of the carbon remaining after thermal decomposition, and the weight loss continued up to about 500°C.

이후에는 더 이상의 무게감량이 관찰되지 않았으며, 이러한 결과를 토대로 전구체의 하소온도를 600℃로 정하였다.After that, no further weight loss was observed, and based on these results, the calcination temperature of the precursor was set at 600°C.

한편, PVA 용액합성에서 용액을 제거하는 건조 공정 중에 전구체의 부피가 몇 배 이상으로 증가하는 현상이 나타났으며, 이러한 현상은 폴리머의 분자량과 첨가량에 따라 다소 차이를 보였다. On the other hand, during the drying process of removing the solution in PVA solution synthesis, a phenomenon was observed in which the volume of the precursor was increased several times or more, and this phenomenon was slightly different depending on the molecular weight of the polymer and the amount added.

한편, 첨부된 도 3 내지 5는 PVA 첨가량과 분자량에 따라 합성 된 YAG 분말의 XRD 패턴을 보여주는 이미지다.On the other hand, attached Figures 3 to 5 are images showing the XRD pattern of the YAG powder synthesized according to the PVA addition amount and molecular weight.

먼저, 상기 도 3은 상대적으로 분자량이 높은 146,000~186,000의 분자량을 갖는 PVA를 사용하여 제조된 전구체를 800℃(a), 1,000℃(b)에서 열처리하여 얻은 결과를 나타내고 있다. First, FIG. 3 shows the results obtained by heat-treating a precursor prepared using PVA having a relatively high molecular weight of 146,000 to 186,000 at 800° C. (a) and 1,000° C. (b).

1,000℃에서 합성된 분말은 YAG 피크만이 관찰되었지만, 800℃에서는 소량의 YAP(YAlO3)이 부반응 물질로 관찰되었고, 이는 충분치 못한 합성온도로 인해 YAG 결정상의 전이가 충분히 일어나지 않았기 때문으로 판단된다. In the powder synthesized at 1,000 ° C, only the YAG peak was observed, but at 800 ° C, a small amount of YAP (YAlO 3 ) was observed as a side reaction material. .

종래 고상반응법으로 YAG 분말을 합성할 경우 최소 1,200℃ 이상의 합성온도를 요구하고, 그 이하의 온도에서는 완전한 YAG로의 상전이가 이루어지지 못하고 부반응물인 YAM과 YAP이 관찰되었으며, 종래 분무열분해법으로 YAG 분말을 합성할 경우, 최소 1,100℃ 이상의 온도와 5시간의 열처리 시간이 필요하였다.In the case of synthesizing YAG powder by the conventional solid-phase reaction method, a synthesis temperature of at least 1,200°C is required, and at a temperature below that, a complete phase transition to YAG did not occur, and YAM and YAP, which are side reactants, were observed. When synthesizing the powder, a temperature of at least 1,100° C. and a heat treatment time of 5 hours were required.

한편, 상기 도 4를 참조하면, 도 4는 분자량 146,000~186,000의 PVA를 2:1(a) 및 4:1(b)의 첨가비로 첨가하여 1000℃에서 합성한 분말의 XRD 회절피크로, 두 가지 모두 부반응 물질들은 관찰되지 않았고 순수한 YAG 상만이 관찰되었으며, 첨가량이 높을 때 (2:1의 첨가비) 피크의 결정상 강도는 증가하는 경향을 보였다. Meanwhile, referring to FIG. 4, FIG. 4 is an XRD diffraction peak of a powder synthesized at 1000° C. by adding PVA having a molecular weight of 146,000 to 186,000 at an addition ratio of 2:1 (a) and 4:1 (b). No side-reacted substances were observed in any of the branches, only the pure YAG phase was observed, and when the addition amount was high (addition ratio of 2:1), the crystalline phase intensity of the peak showed a tendency to increase.

아울러, 상기 도 5는 동일한 열처리 온도와 PVA 첨가량 조건에서 PVA 분자량((a)는 Mw. 9,000~10,000 이고 (b)는 Mw. 146,000~186,000)을 변수로 합성된 분말의 XRD 결과를 보여주고 있으며, 합성된 두 분말 모두 부반응 물질들은 관찰되지 않았고 YAG 결정상만이 관찰되었으나, 분자량이 높은 PVA를 사용하였을 경우, 더욱 발달된 결정상 피크를 확인할 수 있었다. In addition, Figure 5 shows the XRD results of the synthesized powder with the PVA molecular weight ((a) Mw. , In both of the synthesized powders, side reaction materials were not observed and only the YAG crystal phase was observed, but when PVA having a high molecular weight was used, a more developed crystal phase peak could be confirmed.

상술한 결과를 볼 때, PVA 폴리머 방법에 의한 YAG 합성은 PVA의 분자량이 크고, 그 첨가량을 증가시킬 때, 그리고 1000℃ 이상의 온도의 열처리에 의해 원활한 합성이 발현됨을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that YAG synthesis by the PVA polymer method has a large molecular weight of PVA, and smooth synthesis is expressed when the amount of PVA is increased and heat treatment at a temperature of 1000° C. or higher is performed.

한편, 도 6 및 7은 본 발명의 실시 예를 통해 합성된 YAG 분말을 12시간 밀링 후 미세구조를 나타낸 이미지로, 이때 상기 도 6은 9,000~10,000의 저분자량을 갖는 PVA의 첨가량을 달리하여 합성한 YAG 분말의 미세구조를 나타내었다. Meanwhile, FIGS. 6 and 7 are images showing the microstructure of YAG powder synthesized according to an embodiment of the present invention after milling for 12 hours. The microstructure of one YAG powder is shown.

PVA 2:1(a) 비율로 합성된 YAG 분말은 PVA 4:1(b) 비율로 합성된 분말에 비하여 큰 응집이 상대적으로 적게 관찰되며, 2:1 비율로 합성된 YAG 분말은 약 3 μm의 크기로 관찰된 반면 4:1 비율은 약 5 μm 크기로 관찰되어 PVA 첨가량이 증가할수록 1차 입자의 크기도 작음을 확인할 수 있었다.The YAG powder synthesized in the PVA 2:1 (a) ratio showed relatively little large agglomeration compared to the PVA 4:1 (b) ratio, and the YAG powder synthesized in the 2:1 ratio was about 3 μm. On the other hand, the 4:1 ratio was observed to have a size of about 5 μm, confirming that the size of the primary particles was smaller as the amount of PVA added increased.

결과적으로 PVA 첨가량이 감소할수록 합성된 YAG 분말의 입자 크기는 증가하였으며, 형태는 각진 형태를 나타내었다.As a result, as the amount of PVA added decreased, the particle size of the synthesized YAG powder increased, and the shape showed an angular shape.

한편, 상기 도 7은 146,000~186,000의 고분자량을 갖는 PVA를 이용하여 각기 다른 첨가량으로 합성된 YAG 분말의 미세구조를 나타내었다. Meanwhile, FIG. 7 shows the microstructure of YAG powder synthesized in different amounts using PVA having a high molecular weight of 146,000 to 186,000.

PVA 2:1(a) 비율로 합성된 분말은 약 2 μm의 입자 크기를 보였고, PVA 4:1(b) 비율로 합성된 분말은 약 3 μm의 입자크기로 관찰되었고 고분자량의 PVA를 이용하여 합성된 YAG 분말은 저분자량의 PVA를 이용하여 합성된 YAG 분말보다 볼밀링을 거친 후 상대적으로 작은 입자크기를 보였다. The powder synthesized in the PVA 2:1(a) ratio showed a particle size of about 2 μm, and the powder synthesized in the PVA 4:1(b) ratio was observed to have a particle size of about 3 μm, and high molecular weight PVA was used. The synthesized YAG powder showed a relatively smaller particle size after ball milling than the YAG powder synthesized using low molecular weight PVA.

또한, PVA 2:1 첨가량으로 합성된 YAG 분말의 경우, 입도분포 결과에서 sub-micron 크기의 분말이 관찰되고 있으며, 이는 고분자량의 PVA가 다량 첨가된 경우, 상대적으로 부드러운 다공성의 분말이 합성되고, 분쇄공정을 통해 매우 미세한 입자로 분쇄됨을 보여주고 있다. In addition, in the case of YAG powder synthesized with PVA 2:1 addition amount, sub-micron size powder was observed in the particle size distribution result. , shows that it is pulverized into very fine particles through the pulverization process.

한편, 소결조제로서 MgO, SiO2는 YAG 소결시 치밀화를 향상시켜 이론밀도에 가까운 소결체를 얻을 수 있으며, 결정립 성장도 촉진시킨다고 알려져 있다.On the other hand, as a sintering aid, MgO, SiO 2 is known to improve densification during YAG sintering to obtain a sintered body close to the theoretical density, and also promotes grain growth.

종래 연구에 의하면 MgO나 TEOS와 같은 소결조제를 첨가하여 1,650℃에서 약 99%의 소결밀도를 얻었으며, 1,750℃에서 20시간 진공소결하여 투명 YAG 소결체를 제조한 결과가 보고되어있다.According to a previous study, it has been reported that a sintering density of about 99% was obtained at 1,650°C by adding a sintering aid such as MgO or TEOS, and a transparent YAG sintered body was prepared by vacuum sintering at 1,750°C for 20 hours.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 PVA 폴리머 용액법으로 YAG 분말을 합성한 뒤 소결조제를 첨가하지 않고 치밀화가 되는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the YAG synthesis method using the PVA polymer solution method according to an embodiment of the present invention is characterized in that the YAG powder is synthesized by the PVA polymer solution method and then densified without adding a sintering aid.

한편, 상기 표 1은 PVA 분자량과 첨가량에 따라 제조하고 12시간 분쇄한 분말을 이용하여 성형체를 제조하고 공기분위기에서 1,700℃, 6시간 동안 소결한 소결체의 상대밀도를 나타낸다.On the other hand, Table 1 shows the relative density of the sintered body prepared according to the molecular weight and addition amount of PVA, prepared using a powder pulverized for 12 hours, and sintered at 1,700° C. in an air atmosphere for 6 hours.

PVA content ratioPVA content ratio PVA Mw.PVA Mw. Relative density (%)Relative density (%)
2:1

2:1
9,0009,000 91.891.8
146,000146,000 95.795.7
4:1

4:1
9,0009,000 72.372.3
146,000146,000 82.482.4

상기 표 1을 참조하면, PVA 분자량 146,000 및 2:1첨가량에서 소결체의 상대밀도는 95.7%로 가장 높은 값을 나타내었으며 이는 PVA 분자량과 함량이 높을수록 합성 분말의 입자 크기는 작아지고 비교적 둥근 입자 형태를 보여 유리한 소결 조건으로 높은 밀도를 나타낸 것으로 판단된다. Referring to Table 1 above, the relative density of the sintered compact at 146,000 PVA molecular weight and 2:1 addition amount was 95.7%, indicating the highest value. It is judged that high density was exhibited under favorable sintering conditions.

반대로 분자량이 낮은 PVA를 상대적으로 소량 혼합하였을 경우는, 합성분말의 입자가 각이 지고 응집도 심하게 발생하였고(도 6(b) 참조), 이로인해 72.3%의 낮은 상대밀도를 나타내었다.Conversely, when a relatively small amount of PVA having a low molecular weight was mixed, the particles of the synthetic powder were angular and agglomerated severely (see FIG. 6(b)), which resulted in a low relative density of 72.3%.

한편, 도 8(PVA 분자량 (Mw. 9,000~10,000) (a)는 2:1,(b)는 4:1) 및 9(PVA 분자량 (Mw. 146,000~186,000) (a)는 2:1,(b)는 4:1)는 PVA 분자량과 첨가량을 달리하여 합성한 YAG 분말을 이용하여 소결한 소결체 표면의 SEM 미세구조를 나타내는 이미지로, 낮은 분자량의 PVA를 사용하여 얻은 소결 결과인 도 8에서 PVA 첨가량이 많은 경우 (2:1) 좀 더 치밀한 미세구조를 보이고 있으며, 1~3 μm의 결정립 크기가 관찰되었다. On the other hand, Figure 8 (PVA molecular weight (Mw. 9,000 ~ 10,000) (a) is 2:1, (b) is 4:1) and 9 (PVA molecular weight (Mw. 146,000 ~ 186,000) (a) is 2:1, (b) 4:1) is an image showing the SEM microstructure of the surface of a sintered body sintered using YAG powder synthesized by varying the molecular weight and addition amount of PVA. When the amount of PVA added was large (2:1), a more dense microstructure was observed, and a grain size of 1-3 μm was observed.

한편, 도 9에서 높은 분자량의 PVA를 사용한 경우에도 비슷한 결과를 보여주는데, 2:1의 PVA 첨가량에서 95.7% 상대밀도를 반영하듯 상대적으로 치밀한 미세구조를 보여주고 있다. On the other hand, in FIG. 9 , similar results are shown even when high molecular weight PVA is used, showing a relatively dense microstructure as if reflecting 95.7% relative density at a PVA addition amount of 2:1.

결정립의 크기는 입성장이 충분히 발현되어 2~5 μm의 결정립 크기가 관찰되었다. As for the size of the grains, grain growth was sufficiently expressed, and a grain size of 2-5 μm was observed.

한편, 합성된 YAG 분말은 PVA 용액 합성법으로 말미암아 매우 부드럽고 다공성의 특성을 보이고 있는데, 볼 밀링 조건에 따라 분말의 입자크기와 형태가 쉽게 변할 수 있다.On the other hand, the synthesized YAG powder is very soft and porous due to the PVA solution synthesis method, and the particle size and shape of the powder can be easily changed depending on the ball milling conditions.

높은 분자량의 PVA를 2:1 비율로 첨가하여 합성된 YAG 분말의 경우, 분말의 다공성이 더 두드러져 볼 밀링 효과는 더욱 크게 나타났다(도 7(a)). In the case of YAG powder synthesized by adding high molecular weight PVA in a 2:1 ratio, the porosity of the powder was more pronounced, and the ball milling effect was larger (Fig. 7(a)).

이러한 결과를 토대로, 볼 밀링 분쇄시간을 달리하여 준비된 분말이 최종 소결체에 미치는 영향을 고찰하기 위해 YAG 분말 합성 후 볼 밀링을 하지 않은 분말과 볼 밀링 시간을 증가시킨 분말을 사용하여 비교실험을 진행하였다. Based on these results, in order to examine the effect of the powder prepared by varying the ball milling grinding time on the final sintered body, a comparative experiment was conducted using a powder without ball milling after synthesizing YAG powder and a powder with an increased ball milling time. .

한편, 도 10은 볼 밀링을 하지 않은 YAG 분말(a)과 20시간(b) 및 30시간(c) 볼 밀링한 YAG 분말의 SEM 미세구조를 보여주는 이미지로, 볼 밀링 하지 않은 YAG 분말(a)은 다공성의 약 100 μm 크기의 입자가 관찰되었고, 볼 밀링한 YAG 분말은 12시간 볼밀링한 YAG 분말보다 더욱 미세한 평균입경 약 1 μm로 관찰되었으며, sub-micron 범위의 입자들이 더욱 증가됨을 알 수 있었다. On the other hand, Figure 10 is an image showing the SEM microstructure of YAG powder without ball milling (a) and 20 hours (b) and 30 hours (c) ball milling YAG powder, YAG powder without ball milling (a) Silver porous particles of about 100 μm in size were observed, and the ball milled YAG powder was observed to have a finer average particle diameter of about 1 μm than the YAG powder that was ball milled for 12 hours. there was.

또한, 20시간 이상의 볼 밀링은 분쇄효과에 미치는 영향이 크지 않은 것을 알 수 있었다. In addition, it was found that ball milling for more than 20 hours had no significant effect on the grinding effect.

한편, 도 11은 볼 밀링하지 않은 YAG 분말(a)과 20시간(b) 및 30시간(c) 볼 밀링한 YAG 분말을 동일한 조건으로 소결한 소결체 표면의 SEM 미세구조를 나타내는 이미지로, 볼 밀링 하지 않은 분말을 이용한 소결체의 경우 거대 기공이 다수 관찰되었으며, 상대밀도는 80.3%의 값을 보였다. On the other hand, FIG. 11 is an image showing the SEM microstructure of the surface of a sintered body obtained by sintering YAG powder without ball milling (a) and YAG powder milled for 20 hours (b) and 30 hours (c) under the same conditions. In the case of the sintered compact using the untreated powder, a large number of large pores were observed, and the relative density showed a value of 80.3%.

이는 불균질한 크기의 거대 입자로 말미암아 성형 시 불균질한 응집을 초래하여 나타난 결과라 판단된다. This is considered to be the result of inhomogeneous agglomeration during molding due to large particles of inhomogeneous size.

한편, 20시간 및 30시간 볼 밀링한 분말을 이용한 소결체는 12시간 볼 밀링한 결과(도 9)에 비하여 치밀한 미세구조를 보이고 있으며, 상대밀도는 각각 97.8%와 97.2%의 값을 보이는 것을 확인하였다.On the other hand, it was confirmed that the sintered compact using the powder milled for 20 hours and 30 hours showed a dense microstructure compared to the result of ball milling for 12 hours (FIG. 9), and the relative densities showed values of 97.8% and 97.2%, respectively. .

한편, 도 12는 도 11에서 치밀화를 보인 도 11(b) 및 도 11(c) 소결체의 파단면의 미세구조를 나타내는 이미지((a)는 20시간 밀링, (b)는 30시간 밀링)로, 소결체의 표면과는 달리 소결체 내부에서는 기공과 함께 입내 파괴가 주로 관찰되었다.On the other hand, FIG. 12 is an image showing the microstructure of the fracture surface of the sintered body of FIGS. 11 (b) and 11 (c) showing densification in FIG. 11 ((a) is 20 hours milling, (b) is 30 hours milling). In contrast to the surface of the sintered body, intragranular fractures along with pores were mainly observed inside the sintered body.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법은 상술한 기술적 구성들을 통해 낮은 온도에서 용이하게 YAG 분말의 합성이 가능하고, PVA 폴리머의 분자량 및 PVA 폴리머 용액의 첨가량에 따라 YAG 분말의 입자크기를 sub-micron까지 줄일 수 있으며 치밀한 표면 미세구조를 가지면서 다공성인 YAG 분말을 합성할 수 있는 우수한 효과가 있다.As a result, the YAG synthesis method using the PVA polymer solution method according to the embodiment of the present invention can easily synthesize YAG powder at a low temperature through the above-described technical configurations, and the molecular weight of the PVA polymer and the amount of the PVA polymer solution added Accordingly, the particle size of YAG powder can be reduced to sub-micron, and there is an excellent effect of synthesizing porous YAG powder with a dense surface microstructure.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다 할 것이다.As described above, the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, but it is not limited to the above-described embodiments and is not limited to those of ordinary skill in the art to which the invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

Claims (13)

Y 양이온을 포함하는 제1금속질산염과 Al 양이온을 포함하는 제2금속질산염을 준비하는 단계;
상기 제1금속질산염 및 제2금속질산염을 준비된 증류수에 용해시켜 금속질산염 수용액을 생성하는 단계;
상기 금속질산염 수용액에 일정량의 PVA 폴리머 용액을 첨가하여 혼합액을 생성하는 단계;
생성된 상기 혼합액을 일정온도에서 교반하면서 겔화시켜 YAG 전구체를 생성하는 단계;
겔화된 상기 YAG 전구체를 건조시키는 단계;
건조 및 겔화된 상기 YAG 전구체를 하소시켜 반응가스 제거 및 PVA 폴리머가 탈지된 YAG 전구체 분말을 생성하는 단계; 및
상기 YAG 전구체 분말을 일정온도에서 열처리 하여 YAG 분말을 합성하는 단계를 포함하되, 합성된 상기 YAG 분말은 상기 PVA 폴리머의 분자량 및 PVA 폴리머 용액의 첨가량에 따라 입자크기 및 형태가 조절되는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
Preparing a first metal nitrate containing a Y cation and a second metal nitrate containing an Al cation;
dissolving the first metal nitrate and the second metal nitrate in distilled water to produce an aqueous metal nitrate solution;
adding a predetermined amount of a PVA polymer solution to the aqueous metal nitrate solution to create a mixed solution;
generating a YAG precursor by gelling the resulting mixture while stirring at a constant temperature;
drying the gelled YAG precursor;
calcining the dried and gelled YAG precursor to produce a YAG precursor powder in which the reaction gas is removed and the PVA polymer is degreased; and
Comprising the step of synthesizing the YAG powder by heat-treating the YAG precursor powder at a certain temperature, the synthesized YAG powder is characterized in that the particle size and shape are controlled according to the molecular weight of the PVA polymer and the amount of the PVA polymer solution added. YAG synthesis method using PVA polymer solution method.
제 1 항에 있어서,
상기 제1금속질산염은 Y(NO3)3·6H2O 이며, 제2금속질산염은 Al(NO3)3·9H2O 인 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
The method of claim 1,
The first metal nitrate is Y(NO 3 ) 3 ·6H 2 O, and the second metal nitrate is Al(NO 3 ) 3 ·9H 2 O YAG synthesis method using a PVA polymer solution method, characterized in that.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 PVA 폴리머 용액은 증류수 95cc 당 5g의 PVA 분말이 용해된 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
3. The method of claim 1 or 2,
The PVA polymer solution is a YAG synthesis method using a PVA polymer solution method, characterized in that 5 g of PVA powder per 95 cc of distilled water is dissolved.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
생성된 상기 혼합액을 일정온도에서 교반하면서 겔화시켜 YAG 전구체를 생성하는 단계는 200℃의 핫플레이트에서 교반하면서 겔화시켜 YAG 전구체를 생성하는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
3. The method of claim 1 or 2,
YAG synthesis method using a PVA polymer solution method, characterized in that in the step of generating the YAG precursor by gelling the resulting mixture while stirring at a constant temperature, the YAG precursor is produced by gelling while stirring on a hot plate at 200°C.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
겔화된 상기 YAG 전구체를 건조시키는 단계는 건조기 온도를 200℃로 24시간 유지하여 수행되는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
3. The method of claim 1 or 2,
The drying of the gelled YAG precursor is a YAG synthesis method using a PVA polymer solution method, characterized in that it is performed by maintaining the dryer temperature at 200° C. for 24 hours.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
건조 및 겔화된 상기 YAG 전구체를 하소시켜 반응가스 제거 및 PVA 폴리머가 탈지된 YAG 전구체 분말을 생성하는 단계는 공기분위기에서 5℃/min의 승온속도로 600℃까지 가온 후 1시간 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
3. The method of claim 1 or 2,
The step of calcining the dried and gelled YAG precursor to remove the reactive gas and to produce a YAG precursor powder from which the PVA polymer is degreased is heated to 600° C. at a temperature increase rate of 5° C./min in an air atmosphere and maintained for 1 hour. YAG synthesis method using the PVA polymer solution method.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 YAG 전구체 분말을 일정온도에서 열처리 하여 YAG 분말을 합성하는 단계는 하소 이후, 공기분위기에서 5℃/min의 승온속도로 1,000℃까지 가온 후 1시간 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
3. The method of claim 1 or 2,
In the step of synthesizing the YAG powder by heat-treating the YAG precursor powder at a certain temperature, the PVA polymer solution method, characterized in that after calcining, heating to 1,000° C. YAG synthesis method using.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 YAG 전구체 분말을 일정온도에서 열처리 하여 YAG 분말을 합성하는 단계 이후, 합성된 YAG 분말의 응집입자 분쇄단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
After synthesizing the YAG powder by heat-treating the YAG precursor powder at a predetermined temperature, the YAG synthesis method using the PVA polymer solution method, characterized in that it further comprises a step of pulverizing the aggregated particles of the synthesized YAG powder.
제 8 항에 있어서,
상기 합성된 YAG 분말의 응집입자 분쇄단계는 5mm 직경을 갖는 지르코니아 볼과 이소프로필알콜 용매를 이용하여 150rpm으로 볼 밀링한 후, 150mesh 체를 통과시켜 분쇄되는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
9. The method of claim 8,
YAG using a PVA polymer solution method, characterized in that the milling step of the agglomerated particles of the synthesized YAG powder is ball milled at 150 rpm using zirconia balls having a diameter of 5 mm and isopropyl alcohol solvent, and then passed through a 150 mesh sieve to be pulverized. synthesis method.
제 8 항에 있어서,
합성된 상기 YAG 분말의 응집입자 분쇄단계 이후, 상기 YAG 분말을 일정형상으로 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
9. The method of claim 8,
YAG synthesis method using a PVA polymer solution method, characterized in that it further comprises the step of molding the YAG powder into a predetermined shape after the pulverizing the aggregated particles of the synthesized YAG powder.
제 10 항에 있어서,
상기 YAG 분말을 일정형상으로 성형하는 단계는 50 MPa의 압력으로 일축가압하여 직경 15mm의 pellet 형태로 성형한 후, 200 MPa로 냉간 정수압 성형되는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
11. The method of claim 10,
The step of molding the YAG powder into a certain shape is a YAG synthesis method using a PVA polymer solution method, characterized in that it is uniaxially pressed at a pressure of 50 MPa to form a pellet having a diameter of 15 mm, and then cold isostatically pressed at 200 MPa.
제 10 항에 있어서,
YAG 분말을 일정형상으로 성형하는 단계 이후, 성형된 상기 YAG 분말을 소결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
11. The method of claim 10,
YAG synthesis method using a PVA polymer solution method, further comprising the step of sintering the molded YAG powder after the step of molding the YAG powder into a predetermined shape.
제 12 항에 있어서,
성형된 상기 YAG 분말을 소결하는 단계는 공기분위기에서 3℃/min 의 승온속도로 1,700℃까지 가온한 후 6시간 동안 유지한 다음 냉각되는 것을 특징으로 하는 PVA 폴리머 용액법을 이용한 YAG 합성방법.
13. The method of claim 12,
The sintering of the molded YAG powder is a YAG synthesis method using a PVA polymer solution method, characterized in that after heating to 1,700° C. at a temperature increase rate of 3° C./min in an air atmosphere, maintaining for 6 hours, and then cooling.
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