표제지

중간보고서 초록

목차

Ⅰ. 총괄과제 : 고융점/백금족 희유금속의 초고순도화 기술개발 10

제1장 서론 10

제1절 개발기술의 개요 10

1. 개발기술 필요성 10

2. 국내ㆍ외 관련기술의 현황 12

3. 기술개발시 예상되는 파급효과 및 활용방안 16

제2절 개발기술 목표 18

1. 최종목표 18

2. 세부과제별 최종 기술개발 목표 18

3. 세부과제별 당해년도(2차년도) 기술개발 목표 19

제3절 기술개발 내용 20

1. 세부과제 1 - 전략희유금속 복합가치창출형 고순도화 기술 20

2. 세부과제 2 - 고융점 희유금속 복합용해 정련기술 20

3. 세부과제 3 - 고융점 희유금속 침입형원소 임계제어기술 21

4. 세부과제 4 - 고순도 희유금속 선택적 상제어 소재화 기술 22

5. 세부과제 5 - 백금족 촉매소재의 임계성능 극대화 기술 22

제2장 본론 23

제1절 2차년도 추진현황 23

1. 기술개발 추진일정 23

2. 해당연도 (2차년도) 수행실적 28

3. 기술개발 결과 (종합) 35

제2절 수행주체별 담당내용 및 협력 41

1. 수행주체별 담당내용 및 수행실적 41

2. 수행주체별 협력 수행실적 44

3. 수행주체별 인력 및 연구기자재 시설의 투입 실적 46

제3장 결론 및 차년도 계획 47

제1절 결론 47

1. 전략희유금속 복합가치창출형 고순도화 기술개발 (세부1) 48

2. 고융점 희유금속 복합용해 정련기술 (세부2) 48

3. 고융점 희유금속 침입형원소 임계제어 (세부3) 49

4. 고순도 희유금속 선택적 상제어 소재화 기술 (세부4) 50

5. 백금족 촉매소재의 임계성능 극대화 기술 (세부5) 50

제2절 차년도 계획 51

1. 전략희유금속 복합가치창출형 고순도화 기술개발 (세부1) 51

2. 고융점 희유금속 복합용해 정련기술 (세부2) 52

3. 고융점 희유금속 침입형원소 임계제어 (세부3) 52

4. 고순도 희유금속 선택적 상제어 소재화 기술 (세부4) 53

5. 백금족 촉매소재의 임계성능 극대화 기술 (세부5) 54

Ⅱ. 세부과제 55

Ⅱ-1. 제1세부과제 : 전략희유금속 복합가치 창출형 고순도화 기술개발 (한국지질자원연구원) 55

제1장 서론 55

제1절 세부과제 개요 55

제2절 기술개발 목표 56

1. 최종목표 56

2. 2차년도 개발목표 56

제3절 기술개발 내용 56

1. 공정물질순환형 친환경 용해화기술 56

2. 백금의 초고순도 시스템화 기술 56

3. 초고순도 루테늄 금속분말 소재화 기술 57

4. 공정고도순환기술 57

제2장 본론 58

제1절 해당 연도 추진현황 58

1. 기술개발의 추진일정 58

2. 해당 연도 수행실적 59

3. 기술개발 결과(종합) 62

제2절 수행주체별 담당내용 및 협력 65

1. 수행주체별 담당내용 수행실적 65

가. 주관기관 수행실적 65

나. 위탁기관 수행실적 87

2. 수행주체별 협력 수행실적 109

3. 수행주체별 인력 및 연구기자재ㆍ시설의 투입 실적 110

제3장 결론 및 차년도 계획 115

제1절 결론 115

1. 주관기관 결론 115

2. 위탁기관 결론 117

제2절 차년도 계획 118

1. 주관기관 차년도 계획 118

2. 위탁기관 차년도 계획 119

부록(논문, 특허, 시험성적서 등 연구실적물 첨부) 120

Ⅱ-2. 제2세부과제 : 고융점 희유금속 복합용해 정련기술(포항산업과학연구원) 125

제1장 서론 125

제1절 세부과제 개요 125

제2절 기술개발 목표 126

제3절 기술개발 내용 126

제2장 본론 127

제1절 해당 연도 추진현황 127

1. 기술개발의 추진일정 127

2. 해당 연도 수행실적 128

3. 기술개발 결과(종합) 129

제2절 수행주체별 담당내용 및 협력 131

1. 수행주체별 담당내용 수행실적 131

가. 세부주관 : 포항산업과학연구원 131

나. 위탁기관 : 경북대학교 155

2. 수행주체별 협력 수행실적 172

3. 수행주체별 인력 및 연구기자재ㆍ시설의 투입 실적 173

제3장 결론 및 차년도 계획 174

제1절 결론 174

1. 세부주관기관 : 포항산업과학연구원 174

2. 위탁기관 : 경북대학교 174

제2절 차년도 계획 176

1. 세부주관기관: 포항산업과학연구원 176

2. 위탁기관 : 경북대학교 176

부록(논문, 특허, 시험성적서 등 연구실적물 첨부) 178

Ⅱ-3. 제3세부과제 : 고융점 희유금속 침입형원소 임계제어 (재료연구소) 185

제1장 서론 185

제1절 세부과제 개요 185

제2절 기술개발 목표 189

1. 최종 목표 189

2. 당해년도 목표 189

제3절 기술개발 내용 190

1. 주관기관 190

2. 위탁기관 191

제2장 본론 193

제1절 해당 연도 추진 현황 193

1. 기술개발의 추진일정 193

2. 해당 연도 수행실적 194

3. 기술개발 결과(종합) 196

제2절 수행주체별 담당내용 및 협력 199

1. 수행주체별 담당내용 수행실적 199

가. 주관기관(KIMS) 수행실적 199

나. 위탁기관 1(금오공대) 수행실적 225

다. 위탁기관 2(모나쉬대) 수행실적 259

라. 위탁기관 3(한양대학교) 수행실적 283

2. 수행주체별 협력 수행실적 314

3. 수행주체별 인력 및 연구기자재ㆍ시설의 투입 실적 316

제3장 결론 및 차년도 계획 317

제1절 세부 주관 (KIMS) 317

제2절 위탁기관 1 (금오공대) 318

제3절 위탁기관 2 (모나쉬대) 319

제4절 위탁기관 3 (한양대) 320

제5절 차년도 계획 321

부록(논문, 특허, 시험성적서 등 연구실적물 첨부) 322

Ⅱ-4. 제4세부과제 : 고순도 희유금속 선택적 상제어 소재화기술 (한국생산기술연구원) 341

제1장 서론 341

제1절 세부과제 개요 341

제2절 기술개발 목표 341

제3절 기술개발 내용 342

제2장 본론 344

제1절 해당 연도 추진현황 344

1. 기술개발의 추진일정 344

2. 해당 연도 수행실적 345

3. 기술개발 결과(종합) 345

제2절 수행주체별 담당내용 및 협력 349

1. 수행주체별 담당내용 수행실적 349

가. 주관기관 349

나. 위탁기관 1 (송도 TP) 419

다. 위탁기관 2 (세종대학교) 420

라. 위탁기관 3 (고등기술원) 421

2. 수행주체별 협력 수행실적 423

3. 수행주체별 인력 및 연구기자재ㆍ시설의 투입 실적 424

제3장 결론 및 차년도 계획 426

1. 제 2차년도 결론 426

2. 제 3차년도 개발목표 및 연구내용 427

부록(논문, 특허, 시험성적서 등 연구실적물) 429

Ⅱ-5. 제5세부과제 : 백금족 촉매소재의 임계성능 극대화 기술(한국화학연구원) 434

제1장 서론 434

제1절 세부과제 개요 434

제2절 기술개발 목표 434

1. 최종 개발 목표 434

2. 2차년도 개발 목표 435

제3절 기술개발 내용 436

제2장 본론 437

제1절 해당 연도 추진 현황 437

1. 기술개발의 추진일정 437

2. 해당 연도 수행실적 437

3.기술개발 결과(종합) 439

제2절 수행주체별 담당내용 및 협력 441

1. 수행주체별 담당내용 수행실적 441

가. 주관기관 : 한국화학연구원 441

나. 위탁연구: 서울시립대학교 449

2. 수행주체별 협력 수행실적 460

3. 수행주체별 인력 및 연구기자재ㆍ시설의 투입 실적 461

제3장 결론 및 차년도 계획 463

1. 결론 463

2. TRL (Technology Readiness Level) 463

3. 차년도 계획 463

부록(논문, 특허, 시험성적서 등 연구실적물 첨부) 465

Ⅰ. 총괄과제 : 고융점/백금족 희유금속의 초고순도화 기술개발 14

[표 Ⅰ-1] 희유금속 기술분야별 국내ㆍ외 기술수준 비교 14

[표 Ⅰ-2] 세부과제별 최종 기술개발 목표 18

[표 Ⅰ-3] 세부과제별 2차년도 기술개발 목표 19

[표 Ⅰ-4] 수행주체간 담당내용과 수행실적 요약 43

Ⅱ-1. 제1세부과제 : 전략희유금속 복합가치 창출형 고순도화 기술개발 (한국지질자원연구원) 71

Table 1-1. Chemical composition of leaching solution of spent auto-catalyst 71

Table 1-2. Chemical composition of eluent solution through extraction D2EHPA resin chromatography column. 74

Table 1-3. Chemical composition of eluent solution through extraction TBP resin chromatography column. 76

Table 1-4. EDS result of element mass percentage (180 ℃, 4 hrs). 81

Ⅱ-2. 제2세부과제 : 고융점 희유금속 복합용해 정련기술(포항산업과학연구원) 136

[표 2-1] N type과 R type cold crucible에서 부양력과 Joule 발열량 136

[표 2-2] GD-MS를 이용한 3N, 4N 몰리브덴 중 주요 불순물 분석 결과 153

[표 2-3] Crude MoO3의 성분분석표. 155

[표 2-4] 공업용 MoO3의로부터 환원한 금속 Mo의 성분. 170

Ⅱ-3. 제3세부과제: 고융점 희유금속 침입형원소 임계제어 (재료연구소) 206

표 3-1. Ti 분말의 입자간 마찰 시험 및 유동도 측정 결과 206

표 3-2. Ti 분말의 화학성분 분석 결과 206

표 3-3. 분말 크기 및 롤 간격에 따른 스트립 밀도 특성 215

표 3-4. 분말 크기 및 롤 간격에 따른 Ti 판재의 소결 후 밀도 218

표 3-5. 분말 크기 및 롤 간격에 따른 Ti 소결 판재의 기공분율 219

표 3-6. 분말 크기 및 롤 간격에 따른 Ti 재압연 판재의 기공분율 및 밀도 221

표 3-7. 원소재 분말 및 소결 후 Ti 판재의 침입형원소 함량 분석결과 221

Table 3-8. 위탁기술 정량적 목표 달성도 225

Table 3-9 Particle size characters of -200 Mesh and -400 Mesh CP-Ti powders 230

Table 3-10. Chemical Composition of -400 Mesh CP-Ti Powders 231

Table 3-11: Compaction constants andintercepts calculated from the density/pressure relationship for the variousfractions 261

Table 3-12: Oxygen, nitrogen and hydrogen levels achieved after different heat treatments. 263

Table 3-13: Konopicky and Heckel analysesfor the oxygenated powders. 271

Table 3-14: Results from the Konopickyand Heckel analyses for the nitrogenated and hydrogenated powders. 272

Table 3-15: Estimations of relative density based on the chemical analyses of the treated powders, and the density compensated green strength values. 280

Table 1. 공정변수에 따른 유한요소해석 결과 289

표 1. DPR 공정변수 (KIMS 실험조건과 동일) 303

Ⅱ-4. 제4세부과제 : 고순도 희유금속 선택적 상제어 소재화기술 (한국생산기술연구원) 427

표 1. 공정에 따른 텅스텐 후판소재의 특성 비교 427

Ⅱ-5. 제5세부과제 : 백금족 촉매소재의 임계성능 극대화 기술(한국화학연구원) 444

표 5-1. ICP-AES 분석 결과 444

표 5-2. 설정온도에 따른 각각의 구조체의 저항 측정 값 455

표 5-3. 설정온도에 따른 구조체의 인가전압. 456

표 5-4. ICP-AES 분석 결과 460

Ⅰ. 총괄과제 : 고융점/백금족 희유금속의 초고순도화 기술개발 11

[그림 I-1 ] 희유금속의 고순도화에 따른 부품소재 용도 11

Ⅱ-1. 제1세부과제 : 전략희유금속 복합가치 창출형 고순도화 기술개발 (한국지질자원연구원) 66

Fig 1-1. 공정물질순환형 백금용해/QCM 용해속도 측정 시스템의 모식도. 66

Fig 1-2. 공정물질순환형 백금용해/QCM 용해속도 측정 시스템의 사진. 66

Fig 1-3. 염산농도에 따른 백금의 용해곡선변화 (용액온도 60 ℃, 용존염소농도 15 mmol L-1) 67

Fig 1-4. 용존염소농도 따른 백금의 용해속도변화 (용액온도 60 ℃, 염산농도 5 mol L-1) 68

Fig 1-5. Scheme of chromatography apparatus 72

Fig 1-6. Chromatogram of leaching solution through D2EPHA resin column 73

Fig 1-7. Chromatogram of leaching solution through TBP resin column 76

Fig 1-8. Photograph of chemical electrochemical dissolution distillation system (CEDDS). 77

Fig 1-9. Flow sheet of ruthenium leaching by Chemical Electrochemical Dissolution Distillation System (CEDDS). 78

Fig 1-10. Change of ruthenium percentage concentration with reaction time at pH 10 (2 A, 70 ℃, ozone : 0.16 g/h). 79

Fig 1-11. Photograph of Ruthenium chemical-electrochemical combined dissolution distillation technology (CECDD Tech.). 79

Fig 1-12. EDS result of ruthenium(Ⅲ) chloride (180 ℃, 4 hrs). 80

Fig 1-13. Schematic diagram of hydrogen reduction apparatus. 82

Fig 1-14. Photograph of hydrogen reduction apparatus. 82

Fig 1-15 XRD pattern of reduction products for commercial RuCl3 nH2O on the variation of temperatures. 83

Fig 1-16. XRD pattern of reduction products for prepared RuCl3 nH2O in this study on the variation of temperatures. 84

Fig 1-17. Weight losses of reduction products on the variation of temperatures. 85

Fig 1-18. EDX results of Ru metal after the hydrogen reduction experiment. 86

Fig 1-19. Schematic diagram of resin synthesis 88

Fig 1-20. SEM images of extraction resins using TBP 90

Fig 1-21. Chromatogram of Rh, Pd, Pt mixture (TBP-1M HCl) 90

Fig 1-22. Chromatogram of Rh, Pd, Pt mixture (TBP-1.5M HCl) 91

Fig 1-23. SEM images of extraction resins using Alamine 336 92

Fig 1-24. Chromatogram of Rh, Pd, Pt mixture (Alamine 336-1M HCl) 92

Fig 1-25. Schematic diagram of continuous column test. 94

Fig 1-26. Variation in the concentration fraction with bed volume from the mixed solution of 0.01 M HCl with 3 g PC88A resin.([PtCl4]=0.001M,[FeCl3]=0.005M,[AlCl3]=0.005M) 96

Fig 1-27. Variation in the concentration fraction with bed volume from the mixed solution of 0.01 M HCl with 10 g PC88A resin. ([PtCl4]=0.001M, [FeCl3] =0.005M, [AlCl3] =0.005M) 97

Fig 1-28. Variation in the concentration fraction with bed volume from the mixed solution of 0.001 M HCl and 10 g PC88A resin. ([PtCl4]=0.001M, [FeCl3] =0.005M, [AlCl3] =0.005M) 98

Fig 1-29. Variation in the concentration fraction of Pt(IV) and Al(III) with bed volume from the mixed solution of 0.001 M HCl with 10 g PC88A resin. ([PtCl4] = 0.001M，[AlCl3] = 0.005M) 99

Fig 1-30. Effect of Alamine336 and HCl concentration on the extraction of metals from the mixed solutions of Pt(IV) and Pd(II). ([PtCl4] = 0.001 M, [PdCl2] = 0.001 M) 100

Fig 1-31. Effect of Alamine336 concentration on the separation factor between Pd(II) and Pt(IV) at various HCl concentrations. ([PtCl4] = 0.001 M, [PdCl2] = 0.001 M) 101

Fig 1-32. Effect of Alamine336 and HCl concentration on the extraction of metals from the mixed chloride solutions of Pt(IV), Pd(II) and Cu(II). ([PtCl4] = 0.001 M, [PdCl2] = 0.001 M, [CuCl2] = 0.001 M) 102

Fig 1-33. Variation of the separation factor between Pt(IV) and Pd(II) from the mixded chloride solutions containing Cu(II). 103

Fig 1-34. Effect of Alamine336 and HCl concentration on the extraction of metals from the mixed solutions of Pt(IV), Pd(II) and Al(III). ([PtCl4] = 0.001 M, [PdCl2] = 0.001 M, [AlCl3] = 0.001 M) 104

Fig 1-35. Variation of the separation factor between Pt and Pd from the mixed chloride solutions of Pt(IV), Pd(II) and Al(III). 105

Fig 1-36. Test product of Micro-channel reactor for decomposition of ammonia/ammonia water. 107

Ⅱ-2. 제2세부과제 : 고융점 희유금속 복합용해 정련기술(포항산업과학연구원) 125

[그림 2-1] 고진공 복합 용해 정련 기술 및 분무조주기술 125

[그림 2-2] Arc plasma 장치를 이용하여 용해한 시편 131

[그림 2-3] Arc plasma 장치를 이용하여 용해한 시편의 ICP 성분 분석 131

[그림 2-4] 위탁기관 제공 Mo 시료의 플라즈마 용해 정련후 시료 132

[그림 2-5] 3N 급 Mo 금속소재를 이용하여 전자기 부양용해 실험 결과 133

[그림 2-6] 전자기 부양용해 실험후 시료의 ICP 분석결과 133

[그림 2-7] 플라즈마용해와 전자기 부양용해의 복합용해 정련장치 134

[그림 2-8] N type cold crucible의 유도 전류 분포 135

[그림 2-9] R type cold crucible의 유도전류 분포 136

[그림 2-10] R type cold crucible의 설계 도면 138

[그림 2-11] Schematic droplet mass flux profile in the spray cone 141

[그림 2-12] Position vectors illustrating relationship between gas atomizer, spray cone, growing preformt, and moving pattern. 145

[그림 2-13] Incremental change of preform shape during growth of preform 149

[그림 2-14] CAM Profile #2 적용할 경우 기판 위에 적층되는 스프레이의 적층 빈도 계산 149

[그림 2-15] CAM Profile #2 적용할 경우 기판 위에 적층되는 스프레이의 적층 빈도 계산 150

[그림 2-16] CAM Profile #2 적용할 경우 기판 위에 성장하는 잉곳성형체의 시간에 따른 성장 형상 단면 및 3차원 렌더링 형상 150

[그림 2-17] 몰리브덴 불순물 분석 프로세스 151

[그림 2-18] 추출 조건에 따른 불순원소 회수율(a. pH의 영향, b, 질산 농도의 영향) 152

[그림 2-19] 182W의 ICP-MS 검량선(R=0.9998) 153

[그림 2-20]/[그림 96] a. Thermo사의 GD-MS, b. glow discharge 플라즈마 및 이온화 원리 154

[그림 2-21]/[그림 2-20] 실험장치 모식도. 156

[그림 2-22]/[그림 2-21] 1차환원반응 평형상수의 온도에 따른 변화. 157

[그림 2-23]/[그림 2-22] 2차환원반응의 P H2O/P H2의 온도에 따른 변화. 158

[그림 2-24]/[그림 2-23] 온도변화에 따른 H2O발생거동과 환원율 변화. 160

[그림 2-25]/[그림 2-24] MoO3의 1차환원 반응에 미치는 온도의 영향. 161

[그림 2-26]/[그림 2-25] MoO3의 1차환원 반응에 미치는 온도의 영향. 161

[그림 2-27]/[그림 2-26] MoO3의 1차환원 반응 생성물의 X-선 분석결과. 162

[그림 2-28]/[그림 2-7] 1차 환원반응생성물 SEM 관찰결과. 163

[그림 2-29]/[그림 2-28] 수소가스 분압에 따른 수증기 H2O 발생거동. 164

[그림 2-30]/[그림 2-29] 수소가스 분압에 따른 반응율 변화. 165

[그림 2-31]/[그림 2-30] MoO3 1차환원반응속도 상수의 Arrhenius plot. 166

[그림 2-32]/[그림 2-31] 시약 MoO2의 환원반응에 미치는 온도의 영향. 167

[그림 2-33]/[그림 2-32] 시약 MoO2의 환원율에 미치는 온도의 영향. 167

[그림 2-34]/[그림 2-33] 시약 MoO2의 2차환원반응속도 상수의 Arrhenius plot. 168

[그림 2-35]/[그림 2-34] MoO2 환원반응 생성물의 SEM 관찰 결과. 169

[그림 2-36]/[그림 2-35] MoO2를 850 ℃에서 환원한 경우의 X-선회절 결과. 170

Ⅱ-3. 제3세부과제: 고융점 희유금속 침입형원소 임계제어 (재료연구소) 186

그림 3-1. 분말 압연을 이용한 타이타늄판재 제조 공정도 186

그림 3-2. 고융점 희유금속 침입형원소 임계제어기술의 최종 목표 190

그림 3-3. 분말압연용 롤간격 제어 및 롤교체 시스템 199

그림 3-4. strip 제조를 위한 일반적인 분말압연용 호퍼 200

그림 3-5. 일정분말 공급을 위한 분말압연용 호퍼시스템 개략도 201

그림 3-6. 100mesh Ti 분말의 크기 및 형상 202

그림 3-7. 325mesh Ti 분말의 크기 및 형상 202

그림 3-8. Ti 분말의 입도분포 분석결과 204

그림 3-9/그림 3-8. Ti 분말의 입자간 마찰(interparticle friction) 측정방법 205

그림 3-10/그림 3-9. Ti 분말의 입도별 입자간 마찰 시험 결과 205

그림 3-11/그림 3-10. Ti 분말 공급조건에 따른 스트립 두께 분포 208

그림 3-12/그림 3-11. Ti 분말 공급조건에 따른 시간당 분말 공급량 변화 209

그림 3-13/그림 3-12. 롤속도에 따른 스트립 밀도 및 두께변화 210

그림 3-14/그림 3-13. 롤 속도에 따른 스트립 제조 형상 211

그림 3-15/그림 3-14. 롤 간격에 따른 스트립 균열 213

그림 3-16/그림 3-15. 휘발성 용액을 이용한 스트립 제조 장치 개략도 213

그림 3-17/그림 3-16. 최적 공정변수를 적용한 200mesh Ti 스트립 214

그림 3-18/그림 3-17. 최적 공정변수를 적용한 325 mesh Ti 스트립 214

그림 3-19/그림 3-18. 알루미나를 분리판으로 사용시 EPMA 분석결과 216

그림 3-20/그림 3-19. 분리판과 이형재 사용시 원소 확산이 없는 EPMA 분석결과 217

그림 3-21/그림 3-20. 소결 후 Ti 판재 시험편 형상 218

그림 3-22/그림 3-21. 소결 후 Ti 판재 미세조직 분석결과 219

그림 3-23/그림 3-22. 재압연 후 Ti 판재 미세조직 분석결과 220

그림 3-24/그림 3-23. 재압연 후 Ti 판재 경도 분석결과 222

그림 3-25/그림 3-24. 재압연 후 Ti 판재 인장특성 분석결과 222

그림 3-26/그림 3-25. 재압연 후 Ti 판재 미세조직 분석결과 223

그림 3-27/그림 3-26. 재압연 후 Ti 판재 미세조직 분석결과 224

그림 3-28/그림 3-27. 압연판의 등방성을 나타내는 EBSD 패턴과 Pole figure. 224

Fig. 3-29/Fig. 3-26. Schematic Diagram of hopper for cold roll compaction strip 226

Fig. 3-30/Fig. 3-27. Schematic diagram of Surface morphology side observed as Rolling Direction 226

Fig. 3-31/Fig. 3-28. Schematic diagram of spark plasma sintering apparatus. 227

Fig. 3-32/Fig. 3-29. Experimental procedure of spark plasma sintering within each applied low temperature and high pressure from CP-Ti p 227

Fig. 3-33/Fig. 3-30. Experimental procedure of spark plasma sintering within each applied high temperature and low pressure from CP-Ti powders and compaction. 228

Fig. 3-34/Fig. 3-31. SEM micrographs of (a) -200 mesh and (b) -400 mesh CP-Ti powders. 229

Fig. 3-35/Fig. 3-32. Particle size distributions of (a)-200 mesh, (b)-400 mesh CP-Ti powders. 230

Fig. 3-36/Fig. 3-33. Surface microstructure of raw sheet(J-325) at eact direction.(a: side, b: front, c: upper side) 232

Fig. 3-37/Fig. 3-34. Surface microstructure of raw sheet(K-325) at eact direction.(a:side, b: front, c: upper side) 232

Fig. 3-38/Fig. 3-35. Surface microstructure of raw sheet(K-200) at eact direction.(a:side, b: front, c: upper side) 233

Fig. 3-39/Fig. 3-36. Properties of row CP-Ti Strip; (a) hardness, (b) strength and (c) relative density. 234

Fig. 3-40/Fig. 3-37. Relative densities of specimens with various applied temperature sintered at 10MPa. 235

Fig. 3-41/Fig. 3-38. XRD patterns of -400mesh raw material and sintered with each temperature. 236

Fig. 3-42/Fig. 3-39. Microstructure of sintered CP Ti powder from -200mesh at each temperature: (a) 800℃, (b) 850℃, (c) 900℃, (d) 950℃, (e) 1000℃, (f) 1050℃. 237

Fig. 3-43/Fig. 3-40. Microstructure of sintered CP-Ti powder from -400mesh at each temperature; (a) 800℃, (b) 850℃, (c) 900℃, (d) 950℃, (e) 1000℃, (f) 1050℃. 238

Fig. 3-44/Fig. 3-41. Vickers hardness of sintered CP Ti powder at each temperature. 239

Fig. 3-45/Fig. 3-42. Strength of sintered CP Ti powder at each temperature. 240

Fig. 3-46/Fig. 3-43. Relative densities of specimens with various applied temperature sintered at 10MPa. 241

Fig. 3-47/Fig. 3-44. XRD patterns of raw strip and sintered Ti with applied temperature and various pressure. 242

Fig. 3-48/Fig. 3-45. Microstructure of sintered CP Ti strip from J-325 at each temperature;(a) 750℃, (b) 800℃, (c) 850℃, (d) 900℃, (e) 950℃ and (f) 243

Fig. 3-49/Fig. 3-46. Microstructure of sintered CP Ti strip from K-325 at each temperature; (a) 750℃, (b) 800℃, (c) 850℃, (d) 900℃, (e) 950℃ and (f) 244

Fig. 3-50/Fig. 3-47. Microstructure of sintered CP Ti strip from K-200 at each temperature; (a) 750℃, (b) 800℃, (c) 850℃, (d) 900℃, (e) 950℃ and (f) 1000℃. 245

Fig. 3-51/Fig. 3-48. Vickers hardness of sintered various CP-Ti strip at each temperature. 246

Fig. 3-52/Fig. 3-49. Strength of sintered various CP Ti strip at each temperature. 247

Fig. 3-53/Fig. 3-50. Relative densities of specimens with applied pressure and sintering temperature at 10~80MPa and 650~750℃. 248

Fig. 3-54/Fig. 3-51. XRD patterns of -200mesh and -400mesh raw and sintered material with each temperature and Applied pressure. 249

Fig. 3-55/Fig. 3-52. Microstructure of sintered CP Ti powder from -200mesh at each temperature and applied pressure.(x200) 250

Fig. 3-56/Fig. 3-53. Microstructure of sintered CP Ti powder from -400mesh at each temperature and applied pressure.(x500) 250

Fig. 3-57/Fig. 3-54. Vickers hardness of sintered CP Ti powder at each temperature. 251

Fig. 3-58/Fig. 3-55. Strength of sintered CP Ti powder at each temperature. 252

Fig. 3-59/Fig. 3-56. Relative densities of sintered strip with applied temperature and various pressure. (Especially at 30Mpa) 253

Fig. 3-60/Fig. 3-57. XRD pattern of sintered each strip at 700℃ with 80MPa. 254

Fig. 3-61/Fig. 3-58. Microstructure of comparison between each specimen with various pressure at 700℃.(a, e, j : 10MPa, b, f, j : 30MPa, c, g, k : 60MPa, d, h, l : 80MPa) 255

Fig. 3-62/Fig. 3-59. Microstructure of comparison between each specimen with applied temperature at 30MPa. (a, d, g : 650℃, b, e, h : 700℃, c, f, i : 750℃ ; Magnification for the images are 500 unlike c, f, i are 300. ) 256

Fig. 3-63/Fig. 3-60. Vickers hardness of sintered CP Ti strip with applied various pressure at each temperature. 257

Fig. 3-64/Fig. 3-61. Strength of sintered CP Ti strip with various pressure at each temperature. 258

Figure 3-65/Figure 3-62: The effect of consolidationpressure on the density of green compacts, for each size fraction. 260

Figure 3-66/Figure 3-63: Consolidation data for threefractions plotted on the basis of the Konopicky relationship. 260

Figure 3-67/Figure 3-64: Graphical representation of the interstitial levels achieved at various heat treatments. 263

Figure 3-68/Figure 3-65: Specimens after the different oxidation treatments in an air atmosphere at (a) 300℃ (b) 400℃ and (c) 500℃ (exposure time increases from left to right). 264

Figure 3-69/Figure 3-66: XRD traces for powder heat treated in air at 400℃ and 700℃ to achieve 0.53wt.%O (red) and 11.5wt.%O (blue)respectively. The 4 major peaks for TiO2 are highlighted. 265

Figure 3-70/Figure 3-67: Low magnification images ofparticles containing (a) 0.53wt.% O and (b) 11.5wt.% oxygen, (c) highermagnification image of the oxidized surface of the high oxygen particle and (d)a focused ion beam milled wafer from an individual... 266

Figure 3-71/Figure 3-68: XPS spectra for (a) O(1s) and (b) Ti (2p) from the powder treated at 300℃ in air. 267

Figure 3-72/Figure 3-69: SEM images of particles after exposure to (a) nitrogen atmosphere and (b) hydrogen atmosphere. 268

Figure 3-73/Figure 3-70: Effect of low oxygen content on (a) the apparent and tap densities and(b) the Hausner ratio. 270

Figure 3-74/Figure 3-71: (a) The effect of compaction pressure on the green density of selected oxygenated powders and (b) TheKonopicky plots of the data. 270

Figure 3-75/Figure 3-72: The effect of compaction pressure onthe green density of nitrogenated powders. 272

Figure 3-76/Figure 3-73: Konopicky analysis for (a) nitrogenated and (b) hydrogenated powders. 273

Figure 3-77/Figure 3-74: Predicted changes in yield strength of the powders, based on the Heckel approximation, after alloying with the interstitial elements. Note that the hydrogen and nitrogen contents are over and above the 0.26wt.% oxygen contained... 275

Figure 3-78/Figure 3-75: (a) The effect of compaction pressure on the indirect tensile strength of the as-received powder (b) the effect of relative density on the strength of the same powder. 277

Figure 3-79/Figure 3-76: Strength against density for the as received powder, together with the best curve fit based on the Hwang equation. 278

Figure 3-80/Figure 3-77: Bar chart showing the effect of powder particle size on the green strength of compacts consolidated at a pressure of 397MPa. 278

Figure 3-81/Figure 3-78: The effect of additional oxygenor nitrogen on the green strength of compacts prepared at pressure of 900MPa. 279

Figure 3-82/Figure 3-79: Normalised strength plotted against the total interstitial content for the high oxygen and high nitrogen powders. 280

Figure 3-83/Figure 3-80: Fracture surfaces from (a) as received powder (b) 0.55 wt.% oxygen powder (c) and (d) 0.17 wt.% nitrogen powder. 281

Figure 3-84/Figure 3-81: Effect of higher interstitial levels (a) and (b) 1.34 wt.% oxygen (c) 0.84 wt.% nitrogen and (d) 1.54 wt.% nitrogen. 282

Fig. 3-85/Fig. 3-82. 롤간격 차이에 따른 판재의 응력 분포: (a) 3 mm, (b) 4 mm. 287

Fig. 3-86/Fig. 3-83. 롤간격 차이에 따른 판재의 기공율 분포: (a) 3 mm, (b) 4 mm. 288

Fig. 3-87/Fig. 1. Springback effect against relative density of powder 307

Fig. 3-88/Fig. 2. Schematic of powder compaction 309

Fig. 3-89/Fig. 3. The two-particle contact problem 309

Ⅱ-4. 제4세부과제 : 고순도 희유금속 선택적 상제어 소재화기술 (한국생산기술연구원) 350

그림 4-1. In-situu 이원계 초미립자 분말 제조장치 350

그림 4-2. Ni-Al 복합 초미립자의 TEM images 351

그림 4-3. Ni-Al 복합 초미립자의 HR-TEM images 351

그림 4-4. Ni-Al 복합 초미립자의 BS와 EDS 측정결과 352

그림 4-5. 알카리 에칭 후 Ni-Al 복합 초미립자의 TEM 및 BS images. 353

그림 4-6. Ni-Al 복합 초미립자의 BS와 EDS 측정결과 353

그림 4-7. 합성된 Pt/Pd/Ag spot-coated Ag 초미립자 콜로이드 용액 354

그림 4-8. 액상 PWE에 의해서 Ag spot-coated Ag 초미립자의 TEM 이미지 355

그림 4-9. 고농도 Ag colloid에서 합성한 Ag spot-coated Ag 초미립자의 TEM 이미지 356

그림 4-10. Pd spot-coated Ag 초미립자의 TEM 이미지 356

그림 4-11. Pt colloid의 TEM 이미지 357

그림 4-12. 미세조직 제어된 Pt colloid의 TEM 이미지 358

그림 4-13. 분말 크기에 따른 녹는점 359

그림 4-14. 벌크소재와 나노소재의 표면적비교 360

그림 4-15. NAP 분말의 모식도 361

그림 4-16. NAP 분말과 다각형 분말 361

그림 4-17. 텅스텐 분말 소결공정의 열-하중 곡선 362

그림 4-18. 고온 프레스와 스파크 플라즈마 소결 공정의 비교 363

그림 4-19. 스파크 플라즈마 소결 공정으로 마이크로 분말과 NAP 분말의 소결공정 비교 364

그림 4-20. SPS공정으로 마이크로 분말과 NAP 분말의 소결공정과 HP공정 비교 365

그림 4-21. 플라즈마 장치 366

그림 4-22. 플라즈마 처리 전후의 텅스텐 분말 366

그림 4-23. SPS공정으로 NAP 분말과 플라즈마처리 후 구형화된 분말의 소결공정 비교 367

그림 4-24. 모든 소결 공정에 소결온도에 따른 상대밀도 비교 367

그림 4-25. 모든 소결 공정에 소결온도에 따른 미세조직 비교 368

그림 4-26. 다각형분말과 NAP(Tri-modal) 소결체의 상대밀도에 따른 경도 369

그림 4-27. 소결공정별 유지시간에 따른 상대밀도 369

그림 4-28. Cu54Ni6Zr22Ti18 powder의 SEM image 370

그림 4-29. Cu54Ni6Zr22Ti18 분말을 0.3~0.9KJ로 전기방전 소결한 소결체의 SEM images 371

그림 4-30. 인가된 에너지에 따른 Cu계 비정질의 X-ray pattern 372

그림 4-31. Zr62Al8Ni13Cu17 powder의 SEM image 373

그림 4-32. Zr62Al8Ni13Cu17 분말을 0.3~0.9KJ로 전기방전 소결한 소결체의 SEM images 374

그림 4-33. 인가된 에너지에 따른 Zr계 비정질의 X-ray pattern 375

그림 4-34. pure W 구형과 각형 powder 의 SME images 376

그림 4-35. 1.25KJ의 에너지를 인가하였을 때 각형과 구형 크기별 SEM images 377

그림 4-36. 1.5KJ의 에너지를 인가하였을 때 각형과 구형 크기별 SEM images 378

그림 4-37. 1.75KJ의 에너지를 인가하였을 때 각형과 구형 크기별 SEM images 379

그림 4-38. 2.0KJ의 에너지를 인가하였을 때 각형과 구형 크기별 SEM images 380

그림 4-39. 분말 크기에 따른 분말과 Cu rod 간의 접촉면적 차이 380

그림 4-40. Micro-indentation 으로 시험한 구형 W 성형체의 SEM images 381

그림 4-41. 각형 Ti, 구형 Ti 분말과 각형 W, 구형 W 분말 382

그림 4-42. EDS 후의 W, Ti 의 각형과 구형의 SEM image 383

그림 4-43. 텅스텐 원료분말의 x-선 회절도. (a) 마이크로 분말, (b) 나노 분말 385

그림 4-44. 텅스텐 마이크로 분말의 SEM 사진. 387

그림 4-45. 텅스텐 나노 분말의 SEM 사진 387

그림 4-46. 혼합분말 제조 시 사용된 터뷸런스 mixer기의 외관 및 혼합공정 388

그림 4-47. 나노 분말의 혼합비에 따른 혼합분말의 미세조직 사진 389

그림 4-48. 본 연구에서 진행된 텅스텐 후판 제조공정 390

그림 4-49. 정적성형을 위해 사용된 유압 프레스 장치 391

그림 4-50. 정적성형에 의한 텅스텐 분말의 성형 후 모습 392

그림 4-51. 텅스텐 나노 분말 벌크체의 외관 및 소결을 위한 가열로 393

그림 4-52. 공기 중에서 소결된 벌크체의 형상 393

그림 4-53. 자기펄스압축법의 원리 394

그림 4-54. 동적성형을 위해 사용된 자기펄스성형 장치 395

그림 4-55. 동적성형(MPC)에 의한 텅스텐 분말의 성형 후 모습 396

그림 4-56. 윤활제를 사용하지 않은 나노 텅스텐 분말 후판 성형체 397

그림 4-57. 동적성형(MPC)에 의해 제조된 마이크로 분말 성형체의 미세조직 398

그림 4-58. 동적성형(MPC)에 의해 제조된 나노 분말 성형체의 미세조직 398

그림 4-59. 분위기 소결에 사용된 열처리로 및 MPC 성형 후 소결된 텅스텐 후판 399

그림 4-60. MPC를 이용한 마이크로 분말 후판 소결체의 미세조직 사진 400

그림 4-61. MPC를 이용한 나노 분말 후판 소결체의 미세조직 사진 400

그림 4-62. MPC를 이용한 후판 소결체의 x-선 회절도 401

그림 4-63. MPC를 이용한 후판 소결체의 경도측정 401

그림 4-64. 1차 성형체 제조를 위한 빌렛, 고압프레스 및 제조된 성형체의 외관 402

그림 4-65. 고온가압된 성형체의 외관 403

그림 4-66. 고온가압된 성형체의 단면사진 (x= 0%) 403

그림 4-67. 고온가압 후 소결된 성형체의 단면사 404

그림 4-68. 고온가압 후 소결된 성형체에 대한 밀도특성 404

그림 4-69. 고온가압 후 소결된 성형체에 대한 주사전자현미경조직 405

그림 4-70. 고온가압 후 소결된 성형체의 XRD 분석결과 406

그림 4-71. 고온단조된 텅스텐 후판의 절단면에 대한 미세조직 407

그림 4-72. 방전플라즈마 소결장치의 모식도 408

그림 4-73. SPS 공정상의 온도 상승 조건 409

그림 4-74. SPS에 의한 텅스텐 혼합분말의 성형 후 모습 410

그림 4-75. 3wt.% 혼합분말을 이용한 SPS 소결체의 미세조직 사진 411

그림 4-76. 5wt.% 혼합분말을 이용한 SPS 소결체의 미세조직 사진 411

그림 4-77. 7wt.% 혼합분말을 이용한 SPS 소결체의 미세조직 사진 411

그림 4-78. 혼합분말을 이용한 SPS 소결체의 x-선 회절도 412

그림 4-79. SPS를 이용한 혼합분말 소결체의 경도측정 413

그림 4-80. SPS 공정 후 열간단조된 텅스텐 후판 414

그림 4-81. 열간단조된 3wt.% 후판의 미세조직 사진 415

그림 4-82. 열간단조된 5wt.% 후판의 미세조직 사진 415

그림 4-83. 열간단조된 7wt.% 후판의 미세조직 사진 415

그림 4-84. 열간단조된 텅스텐 후판의 x-선 회절도 416

그림 4-85. 열간단조된 텅스텐 후판의 경도측정 416

그림 4-86. 구형화 플라즈마 처리된 분말의 SEM 417

그림 4-87. 구형화 플라즈마 처리된 분말의 GD-MS 418

그림 4-88. 전기선폭발법으로 제조한 나노입자의 전압별 조성 419

그림 4-89. NAP 장치의 개략도 420

그림 4-90. NAP가 형성된 초미립자 420

그림 4-91. Pore gradient 다고성 소재 벌크화기술 421

그림 4-92. 분말야금기술을 이용한 텅스텐 응용 제품 (초경제품, 스퍼터링 타겟 등) 422

Ⅱ-5. 제5세부과제 : 백금족 촉매소재의 임계성능 극대화 기술(한국화학연구원) 441

그림 5-1. 화학환원법을 이용한 촉매 제조공정 및 장치 441

그림 5-2. 환원조건에 따른 Potential-iORR curve (a)환원온도 (b)환원시간 442

그림 5-3. 환원조건에 따른 Potential-iORR curve (a)환원온도 (b)환원시간 442

그림 5-4. 환원시킨 온도에 따른 TEM image (a) 80℃(1h) (b) 실온(1h) 443

그림 5-5. TEM image (a) 산성(pH3), (b)중성(pH7), (c)염기성(pH11) 443

그림 5-6. 제조한 20%Pt/C 촉매와 PtNi/C 촉매 정전위 측정결과 445

그림 5-7. 제조한 20%Pt/C 촉매와 PtNi(8:2)/C, PtNiFe/C 촉매 정전위 측정결과 446

그림 5-8. Cyclic voltammogram으로부터 EOR, iORR 측정결과 446

그림 5-9. 제조한 20%Pt/C 촉매와 PtMn/C 촉매 정전위 측정결과 447

그림 5-10. Cyclic voltammogram으로부터 EORR(우) , iORR(좌), 정전위 측정결과 448

그림 5-11. 수소 가스 센서의 개략도 449

그림 5-12. 수소 가스 센서 제조를 위해 설계된 마스크 패턴 450

그림 5-13. 수소 가스 센서 제조를 위해 공정도 451

그림 5-14. MEMS 공정을 이용하여 제조된 수소 가스 센서 452

그림 5-15. 벌크 마이크로 머시닝 기술을 통해서 형성된 멤브레인 453

그림 5-16. XRD를 이용한 팔라듐 박막 측정 결과 453

그림 5-17. 스퍼터 장비를 이용하여 증착된 팔라듐의 단면 및 표면 사진 454

그림 5-18. 온도에 따른 각각의 구조체의 저항 측정 그래프 455

그림 5-19. 인가전압에 따른 마이크로 히터의 온도분포 그래프 456

그림 5-20. 수소 가스 센서 측정 시스템 457

그림 5-21. 수소 가스 주입에 따른 저항측정 그래프 458

그림 5-22. 팔라듐 선폭에 따른 수소 가스 감도 특성 그래프 459

그림 5-23. 수소 가스 농도에 따른 감도 특성 그래프 459

그림 5-24. 전구체에 따른 촉매의 정전위 측정결과 460