목차
1. 서론 : 투광성 세라믹에 대하여 1
2. 본론 (1) : MgAl₂O₄ 스피넬의 기본 특성 및 응용 분야 3
3. 본론 (2) : 투광성 MgAl₂O₄ 스피넬의 제조 공정 5
3.1. 원료 분말의 처리 공정 5
3.2. 성형체의 상태가 소결성에 미치는 영향 7
3.3. 가압 소결 방법을 적용한 투광성 MgAl₂O₄의 제조 8
3.4. MgAl₂O₄의 소결에 대한 이슈 사항들 11
4. 결언 12
참고문헌 13
Table 1. MgOㆍxAl₂O₃ 화합물에서 x값에 따른 가시광선 투과율 및 기계적 특성 4
Fig. 1. 보석 : 일상에서 접할 수 있는 투광성 세라믹 (a) 코런덤 (Corundum, Al₂O₃) (b) 스피넬 (Spinel, Cr:MgAl₂O₄) (c) 사파이어 (Sapphire, Ti:Al₂O₃) (d) 루비 (Ruby, Cr:Al₂O₃) 1
Fig. 2. 용융/응고 공정을 통한 사파이어 (Al₂O₃) 단결정의 제조 공정 및 실물 사진 (a) 사파이어 단결정 제조 공정 (b) 제조된 사파이어 잉곳 및 가공된 웨이퍼 2
Fig. 3. 다결정 세라믹의 투광성에 영향을 미치는 인자들에 대한 모식도 2
Fig. 4. MgAl₂O₄ 스피넬의 파장에 따른 굴절률 변화. 3
Fig. 5. MgAl₂O₄ 스피넬과 AlON/Sapphire의 적외선 (λ=4.8μm)에서의 투과율 비교 3
Fig. 6. MgO와 Al₂O₃ 간의 상태도. 3
Fig. 7. MgOㆍxAl₂O₃ 화합물에서 x값에 따른 적외선 투과율 차이. 4
Fig. 8/Fig. 9. 방산 분야에 적용된 투광성 MgAl₂O₄ 스피넬의 시제품. (a) 대형 투명 방탄 (b) IR 탐색기 보호용 돔 4
Fig. 9/Fig. 10. 투광성 MgAl₂O₄ 스피넬의 응용 가능 분야. 4
Fig. 10/Fig. 11. Baikowski S30CR 나노분말의 레이저 입도 분석 결과. 5
Fig. 11/Fig. 12. 나노분말로 제조된 성형체의 잔류 응집체 및 미세 균열 발생 5
Fig. 12/Fig. 13. MgAl₂O₄ 소결체 내부 미세균열 (Mc) 양에 따른 빛의 산란정도 비교. 6
Fig. 13/Fig. 14. 분말로 이루어진 성형체 내부의 2차원 기공 구조. 6
Fig. 14/Fig. 15. 성형체의 균일성에 대한 모식도. (a) 이상적인 성형체 (b) 실제로 가능한 최고 균일 성형체 (c) 일반적인 불균일 성형 6
Fig. 15/Fig. 16. 성형방법에 따른 Al₂O₃ 소결체의 소결온도 및 미세구조 차이. (a) Gelcasting 방법 (소결온도 1280℃) (b) 일축 가압성형 방법 (소결온도 1450℃) 6
Fig. 16/Fig. 17. 용매의 종류에 따른 스피넬 나노분말 (S30CR)의 분산도 차이. (a) 3차 증류수 (b) 이소-프로판올 (c) 에틸렌 글리콜 7
Fig. 17/Fig. 18. 분말 과립 상태에 따른 스피넬 IR 탐색기 보호 돔의 투광도 차이. (a) 최적화 된 분말 과립 상태 (b) 상용 분말 과립 상태 7
Fig. 18/Fig. 19. 서로 다른 크기와 형상을 가진 상용 MgAl₂O₄ 나노분말. (a) Sasol (b) Nanocerox (c) Baikowski 7
Fig. 19/Fig. 20. 서로 다른 상용 MgAl₂O₄ 나노 분말로 제조된 성형체 특성 및 소결 거동 차이. (a) 성형체의 기공 분포 (b) 성형체의 온도에 따른 소결 거동 (A : Sasol, B4 : Nanocerox, C2 : Baikowski) 8
Fig. 20/Fig. 21. 서로 다른 MgAl₂O₄ 나노 분말 적용에 따른 성형체 특성 및 소결 거동 차이. (a) 입자 크기 및 형상이 다른 나노분말 (b) 성형체의 누적 기공 분포 (c) 소결 거동 8
Fig. 21/Fig. 22. 온도에 따른 MgAl₂O₄와 LiF의 반응 양상. 9
Fig. 22/Fig. 23. 열간 가압 소결 공정만으로 제조된 고 투광성 MgAl₂O₄ 스피넬. 9
Fig. 23/Fig. 24. 가압 소결 방법으로 제조된 투광성 MgAl₂O₄ 스피넬의 상태. (a) 열간 가압 소결 후 (b) 열간 정수압 소결 후 10
Fig. 24/Fig. 25. (a) 미세구조와 경도의 상관관계 (b) 경도와 방탄 특성의 상관관계. 10
Fig. 25/Fig. 26. MgAl₂O₄ 스피넬의 방전 플라즈마 소결 공정 조건 (승온 속도, 소결 온도)에 따른 투광도 차이. 10
Fig. 26/Fig. 27. 방전 플라즈마 소결로 제조된 MgAl₂O₄ 스피넬 투광성의 어닐링 온도 의존성. 11
Fig. 27/Fig. 28. MgAl₂O₄ 스피넬의 결정구조 (붉은색 : O, 노란색 : Mg, 녹색 : Al). 11
Fig. 28/Fig. 29. MgAl₂O₄ 스피넬의 소결 방법에 따른 입자내부 (GC, Grain Core)와 경계면 (GB, Grain Boundary)의 Cationic Disorder 차이. 12
Fig. 29/Fig. 30. 800℃ 2 GPa 수준의 저온 고압에서 제조된 투광성 MgAl₂O₄ 스피넬의 특징. (a) 파장에 따른 광 투과율 (b) 미세구조에 따른 경도 향상 12