KR100315296B1 - Ultra-fine ceramic oxide powder, method for producing the ultra-fine ceramic oxide powder, ceramic paste produced using the ultra-fine ceramic oxide powder, and method for producing the ceramic paste - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹구성성분원료를 용매 또는 분산매에 충분히 용해 또는 균일하게 분산시켜 세라믹구성원소를 포함하는 용액 또는 분산혼합물을 제조하는 단계와; 상기 세라믹구성성분이 용해 또는 분산된 용액 또는 분산혼합물에 상기 세라믹구성원소의 음이온과 산화-환원 연소반응을 일으키는데 필요한 양 또는 그 이상의 구연산을 첨가하여 혼합액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합액을 100-500℃에서 열처리하여 용매 또는 분산매를 증발시키면 상기 첨가된 구연산이 환원성 연소조제로 작용하여 상기 세라믹구성원소의 음이온과 비폭발적인 산화-환원 연소반응을 일으켜 제거되고, 이때 발생되는 반응열에 의해 세라믹산화물이 비산없이 형성되는 단계를 거쳐 최종적으로 입자크기가 1㎛ 이하이며 입경분포가 균일한 초미세 세라믹산화물분말을 얻는 초미세 세라믹산화물분말의 제조방법 및 이러한 방법에 의하여 제조된 초미세 세라믹산화물분말과, 제조된 초미세 세라믹산화물분말을 이용하여 세라믹페이스트를 제조하는 방법 및 이러한 방법에 의하여 제조된 저온에서 막성형이 가능한 세라믹페이스트에 관한 것으로, 저온에서의 단일공정에 의하여 입자의 크기가 미세하면서도 반응성이 우수한 세라믹산화물분말을 제조할 수 있으며 제조된 세라믹산화물분말을 이용하여 저온에서의 열처리만으로도 막을 성형할 수 있는 세라믹페이스트를 제조할 수 있는 효과가 있다.The present invention comprises the steps of preparing a solution or dispersion mixture containing a ceramic component by dissolving or uniformly dispersing the ceramic component material in a solvent or a dispersion medium; Preparing a mixed solution by adding to the solution or dispersion mixture in which the ceramic component is dissolved or dispersed, an amount or more citric acid necessary to cause an oxidation-reduction combustion reaction with the anion of the ceramic component; And evaporating the solvent or dispersion medium by heat-treating the mixed solution at 100-500 ° C., and the added citric acid acts as a reducing combustion aid to remove the anion and non-explosive oxidation-reduction combustion reaction of the ceramic component. A method of preparing an ultrafine ceramic oxide powder in which an ultrafine ceramic oxide powder having a particle size of 1 μm or less and a uniform particle size distribution is finally obtained through a step of forming a ceramic oxide without scattering by heat of reaction, and an ultrafine ceramic oxide powder prepared by such a method. The present invention relates to a method for producing a ceramic paste using a fine ceramic oxide powder and an ultrafine ceramic oxide powder, and to a ceramic paste capable of forming a film at a low temperature prepared by such a method. Ceramic oxide powder with fine size and excellent reactivity To be prepared, and it is capable to use the produced ceramic oxide powder to prepare a ceramic paste which can be formed a film with only a heat treatment at a low temperature effect.
Description
본 발명은 초미세 세라믹산화물분말과 그 제조방법 및 제조된 세라믹산화물분말을 이용한 세라믹페이스트와 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구연산을 연소조제로 사용하여 저온에서의 단일공정에 의하여 반응성이 우수한 초미세 세라믹산화물분말을 제조하는 방법, 이 방법에 의하여 제조되어 입자가 극히 미세하며 반응성이 우수한 세라믹산화물분말 및 제조된 초미세 세라믹산화물분말을이용한 세라믹페이스트에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-fine ceramic oxide powder, a method for manufacturing the same, and a ceramic paste using the ceramic oxide powder and a method for producing the same. More specifically, the reactivity is reduced by a single process at low temperature using citric acid as a combustion aid. The present invention relates to a method for producing an excellent ultrafine ceramic oxide powder, to a ceramic oxide powder prepared by the method having excellent fine reactivity, and to a ceramic paste using the prepared ultrafine ceramic oxide powder.
잉크젯헤드, 메모리칩, 압전체 등 세라믹을 이용한 각종 디바이스의 제작에 있어서 원료가 되는 세라믹산화물분말은 단위입자의 미세화, 입경분포의 균일화 등이 강조된다. 이는 미세입자의 경우 표면처리를 통해 활성화에너지를 감소시키거나 입자를 대전시킴으로써 반응성과 응용성을 좋게 할 수 있기 때문이다.Ceramic oxide powder, which is a raw material in the manufacture of various devices using ceramics such as inkjet heads, memory chips, and piezoelectric elements, has an emphasis on miniaturization of unit particles and uniform particle size distribution. This is because the fine particles can improve the reactivity and applicability by reducing the activation energy or charging the particles through surface treatment.
세라믹산화물분말을 제조하기 위하여 사용되는 종래의 방법은 크게 고상법과 연소법으로 나눌 수 있다.Conventional methods used to prepare ceramic oxide powders can be broadly divided into solid phase methods and combustion methods.
산화물법이라고도 하는 고상법은 산화물 또는 용융염을 이용하여 세라믹산화물분말을 제조하는 방법이다. 고상법은 분말형태의 원료물질을 혼합하여 1000-1200℃로 열처리한 후 분쇄하고 소결하여 세라믹산화물분말을 제조하며, 고상법에 의한 세라믹산화물분말의 제조공정은 도 1a에 도시되어 있다.The solid phase method, also called an oxide method, is a method for producing ceramic oxide powder using an oxide or a molten salt. In the solid phase method, a raw material in a powder form is mixed, heat treated at 1000-1200 ° C., pulverized and sintered to prepare a ceramic oxide powder, and a manufacturing process of the ceramic oxide powder by the solid phase method is illustrated in FIG. 1A.
고상법에 의하여 제조되는 세라믹산화물분말의 입자크기는 원료분말의 크기에 따라 달라지고 생성되는 분말의 입자크기가 0.2-2㎛로 비교적 크므로 0.1㎛ 이하의 입자를 얻기에는 부적절하며, 공정의 특성상 1000℃ 이상의 고온에서의 열처리가 필요한 단점이 있다.The particle size of the ceramic oxide powder produced by the solid phase method varies depending on the size of the raw material powder, and the particle size of the powder produced is relatively large, such as 0.2-2 μm, which is not suitable for obtaining particles of 0.1 μm or less. There is a disadvantage that the heat treatment at a high temperature of 1000 ℃ or more.
연소법은 세라믹을 구성하는 원료물질과 용매에 연소조제를 첨가하여 균질용액을 제조하고, 제조된 용액을 500℃ 이하의 온도에서 열처리하여 연소조제의 연소반응을 일으키고, 연소반응에 의하여 생성되는 비정질의 1차생성물을 500℃ 이상의 온도에서 추가열처리하여 결정화함으로써 세라믹산화물분말을 제조하는 방법이며, 이와 같은 연소법에 의한 세라믹산화물분말의 제조공정은 도 1b에 도시되어 있다.In the combustion method, a homogeneous solution is prepared by adding a combustion aid to the raw materials and the solvent constituting the ceramic, and the resulting solution is heat-treated at a temperature of 500 ° C. or lower to cause a combustion reaction of the combustion aid. The primary product is a method of producing a ceramic oxide powder by further heat treatment at a temperature of 500 DEG C or more to crystallize. The manufacturing process of the ceramic oxide powder by the combustion method is shown in Fig. 1B.
일반적으로 연소조제로는 질산, 폴리아크릴산 등의 산(acid)이나 글리신(glycine), 요소(urea)와 같은 질소함유화합물을 사용한다. 이와 같은 연소조제의 연소에 의하여 생성되는 1000℃ 이상의 고열을 이용하여 순간적으로 세라믹생성반응을 진행시킨다.In general, as a combustion aid, an acid such as nitric acid or polyacrylic acid, a nitrogen-containing compound such as glycine, or urea is used. Using a high heat of 1000 ℃ or more generated by the combustion of such a combustion aid to proceed with the instant ceramic production reaction.
입경분포가 고른 세라믹미세분말을 얻기 위해서는 원료물질로 금속알콕사이드나 질산염, 아세트산염 등을 주로 사용하며, 이러한 원료물질을 녹일 수 있는 용매로는 적절한 유기용매나 물을 사용한다.In order to obtain a fine ceramic powder with a particle size distribution, metal alkoxides, nitrates, acetates, etc. are mainly used as raw materials, and an appropriate organic solvent or water is used as a solvent to dissolve these raw materials.
이와 같은 종래의 연소법은 500℃ 정도의 낮은 온도에서 0.1㎛ 이하의 미세분말을 얻을 수 있다는 장점이 있다.This conventional combustion method has the advantage of obtaining a fine powder of 0.1 ㎛ or less at a low temperature of about 500 ℃.
그러나 연소반응이 격렬하여 화염 및 기체가 급격하게 발생하고, 그에 따라 분말의 비산이 발생하며, 연소생성물의 부피가 팽창하여 부피/무게비가 지나치게 크다는 단점이 있다.However, there is a disadvantage in that the combustion reaction is violently causing the flame and the gas to be generated rapidly, resulting in the scattering of the powder, and the volume of the combustion product is expanded and the volume / weight ratio is too large.
또한 일반적으로 연소반응생성물은 다량의 미연소탄소를 함유하고 있는 재(ash)의 형태로 아직 입자의 결정화가 이루어지지 않은 비정질체이어서, 결정화시키기 위해서는 생성물을 500℃ 이상의 온도에서 추가열처리를 해야 한다는 단점이 있다.In addition, combustion reaction products are generally amorphous in the form of ash containing a large amount of unburned carbon, and the particles have not yet crystallized. Therefore, in order to crystallize, the product must be further heat treated at a temperature above 500 ° C. There are disadvantages.
또한 사용하는 원료에 따라서는 중간생성물이 자체응집하여 점착력이 커져서 다루기 힘든 단점이 있다. 특히 구연산을 첨가하는 경우 점착력이 큰 중간체가 형성된다.In addition, depending on the raw materials used, the intermediate product self-aggregates and has a disadvantage in that it is difficult to deal with the adhesive force. In particular, when citric acid is added, an intermediate with high adhesion is formed.
또한 종래의 방법으로 세라믹산화물분말을 제조하는 경우 과량의 산을 첨가하기 때문에 별도로 염기(base)를 첨가해 pH를 조절해야 하는데, 이때 산과 염기의 중화반응에 의하여 과량의 열이 발생하여 폭발이 일어날 위험성이 있다.In addition, when the ceramic oxide powder is prepared by the conventional method, since an excessive amount of acid is added, it is necessary to separately adjust the pH by adding a base, and at this time, an excessive amount of heat is generated by the neutralization reaction of the acid and the base, causing an explosion. There is a risk.
세라믹을 이용하는 각종 막형 디바이스를 제작하는데 있어서 종래에는 세라믹산화물분말을 이용하여 세라믹페이스트를 제조하고 이를 진동판에 인쇄하거나 몰딩한 후 열처리하는 방법을 주로 사용하여 왔다.In manufacturing various film type devices using ceramics, a method of manufacturing ceramic paste using ceramic oxide powder and printing or molding the same on a diaphragm has been mainly used.
특히 디바이스의 미세화 및 정교화가 중요시되는 최근의 상황을 고려할 때, 미세패턴의 인쇄나 몰딩이 가능하면서 품질이 균일한 페이스트를 개발하는 것이 시급한 과제이다.In particular, considering the recent situation in which miniaturization and elaboration of devices are important, it is urgent to develop a paste capable of printing or molding fine patterns and having a uniform quality.
세라믹페이스트를 제조하기 위하여 종래에는, 페이스트로서의 고유특성을 확보해주는 바인더(binder), 세라믹입자들을 균일하게 분산시켜 페이스트를 균일하게 하고 인쇄 또는 몰딩에 적용하기 위해 적절한 유동성을 부여하는 비이클(vehicle), 미세성형을 가능하게 하는 가소제(plasticizer), 페이스트에 균질성을 부여하는 분산제(dispersant) 등을 용매에 용해시킨 용액에 고상법으로 제조된 평균입경 1㎛의 세라믹입자를 첨가한 후 혼합하고 교반하는 방법을 사용하여 왔다.In order to manufacture ceramic paste, conventionally, a binder that secures inherent properties as a paste, a vehicle that uniformly disperses ceramic particles to uniformize the paste and imparts proper fluidity for application to printing or molding, A method of mixing and stirring a ceramic particle having an average particle diameter of 1 μm prepared by a solid phase method to a solution in which a plasticizer that enables fine molding and a dispersant that gives homogeneity to a paste is dissolved in a solvent. Has been used.
상기와 같은 종래의 세라믹페이스트의 제조방법은 도 3에 도시되어 있다.The conventional method for producing a ceramic paste as shown in FIG. 3 is illustrated.
이때 바인더로는 에틸셀룰로오즈(ethylcellulose) 등의 셀룰로오즈류의 섬유질을 사용하고, 가소제로는 프탈레이트(phthalate)류를 사용하며, 용매로는 터피네올(terpineol)류를 주로 사용한다.In this case, cellulose fiber such as ethyl cellulose is used as a binder, phthalate is used as a plasticizer, and terpineol is mainly used as a solvent.
종래의 고상법에 의하여 제조된 세라믹산화물분말을 사용하는 경우에는 상기와 같은 유기물을 반드시 첨가하여야 하며, 유기물을 첨가하지 않으면 세라믹페이스트의 점도조절이 되지 않으며 세라믹페이스트를 진동판에 코팅할 경우 코팅이 이루어지지 않는 문제점이 있다.In the case of using the ceramic oxide powder prepared by the conventional solid-state method, the above organic materials must be added. If the organic materials are not added, the viscosity of the ceramic paste is not controlled. When the ceramic paste is coated on the vibrating plate, the coating is made. There is a problem.
또한 이러한 방법에 의하여 제조된 세라믹페이스트는 세라믹입자의 크기가 크기 때문에 저온에서의 성형이 불가능하며, 분산제의 경우 조성이나 제법에 관한 정보없이 일방적으로 공급자에 의존해야 하는 단점이 있다.In addition, the ceramic paste prepared by this method is impossible to form at low temperatures because of the large size of the ceramic particles, the dispersant has a disadvantage that one-sided must be dependent on the supplier without any information on the composition or the manufacturing method.
상기 방법에 의하여 제조된 세라믹페이스트를 이용하여 세라믹막을 제조하기 위해서는 세라믹페이스트를 진동판에 인쇄한 후 130℃에서 건조하고 1000℃ 이상에서 열처리하는데, 건조후 열처리를 하기 전 첨가된 유기물성분을 완전히 제거하기 위한 탈바인더작업을 위하여 500℃ 이상에서 별도의 추가열처리를 하여야 하는 문제점이 있다.In order to manufacture a ceramic film using the ceramic paste prepared by the above method, the ceramic paste is printed on a diaphragm, dried at 130 ° C. and heat-treated at 1000 ° C. or higher, and completely removed the added organic matter component before heat treatment after drying. There is a problem that a separate additional heat treatment should be performed at 500 ° C. or higher for the binder removal operation.
또한 1000℃ 이상에서의 열처리를 하여야 하므로 선택가능한 진동판의 범위가 제한되는 문제점이 있다.In addition, there is a problem in that the range of the selectable diaphragm is limited because the heat treatment should be performed at 1000 ° C. or higher.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 연소시 국부적으로 1000℃ 이상의 고온을 발생시키면서도 연소반응의 양상이 급격하지 않은 구연산을 연소조제로 사용하여 연소법에 의해 세라믹산화물분말을 제조함으로써 저온에서의 단일공정으로 입자의 크기가 매우 미세하면서도 반응성이 매우 우수한 세라믹산화물분말 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a single process at low temperature by producing ceramic oxide powder by the combustion method using citric acid, which generates a high temperature of 1000 ° C. or more, and does not have a rapid combustion reaction as a combustion aid. It is an object of the present invention to provide a ceramic oxide powder having a very fine particle size and excellent reactivity, and a method of preparing the same.
또한 본 발명은 상기의 초미세 세라믹산화물분말을 사용함으로써 종래의 세라믹페이스트보다 낮은 온도에서 성형이 가능하고 제조과정이 간단하면서도 실제적용시 세라믹의 고유특성을 보다 우수하게 재현할 수 있는 세라믹페이스트 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention can be formed at a lower temperature than the conventional ceramic paste by using the ultra-fine ceramic oxide powder, and the manufacturing process is simple, but the ceramic paste that can reproduce the inherent characteristics of the ceramic better in practical application and its It is an object to provide a manufacturing method.
도 1a는 고상법에 의한 세라믹산화물분말의 제조공정을 도시한 공정도,1A is a process chart showing a manufacturing process of a ceramic oxide powder by a solid phase method;
도 1b는 연소법에 의한 세라믹산화물분말의 제조공정을 도시한 공정도,1B is a process chart showing a manufacturing process of a ceramic oxide powder by a combustion method;
도 2는 본 발명에 의한 세라믹산화물분말의 제조공정을 도시한 공정도,2 is a process chart showing a manufacturing process of the ceramic oxide powder according to the present invention;
도 3은 종래의 세라믹페이스트의 제조공정을 도시한 공정도,3 is a process chart showing a manufacturing process of a conventional ceramic paste;
도 4는 본 발명에 의한 세라믹페이스트의 제조공정을 도시한 공정도.Figure 4 is a process chart showing a manufacturing process of the ceramic paste according to the present invention.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 세라믹구성성분원료를 용매 또는 분산매에 충분히 용해 또는 균일하게 분산시켜 세라믹구성원소를 포함하는 용액 또는 분산혼합물을 제조하는 단계와; 상기 세라믹구성성분이 용해 또는 분산된 용액 또는 분산혼합물에 상기 세라믹구성원소의 음이온과 산화-환원 연소반응을 일으키는데 필요한 양 또는 그 이상의 구연산을 첨가하여 혼합액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합액을 100-500℃에서 열처리하여 용매 또는 분산매를 증발시키면 상기 첨가된 구연산이 환원성 연소조제로 작용하여 상기 세라믹구성원소의 음이온과 비폭발적인 산화-환원 연소반응을 일으켜 제거되고, 이때 발생되는 반응열에 의해 세라믹산화물이 비산없이 형성되는 단계를 거쳐 최종적으로 입자크기가 1㎛ 이하이며 입경분포가 균일한 초미세 세라믹산화물분말을 얻는 초미세 세라믹산화물분말의 제조방법 및 이러한 방법에 의하여 제조된 초미세 세라믹산화물분말에 그 특징이 있다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of preparing a solution or dispersion mixture containing a ceramic component by dissolving or uniformly dispersing the ceramic component material in a solvent or a dispersion medium; Preparing a mixed solution by adding to the solution or dispersion mixture in which the ceramic component is dissolved or dispersed, an amount or more citric acid necessary to cause an oxidation-reduction combustion reaction with the anion of the ceramic component; And evaporating the solvent or dispersion medium by heat-treating the mixed solution at 100-500 ° C., and the added citric acid acts as a reducing combustion aid to remove the anion and non-explosive oxidation-reduction combustion reaction of the ceramic component. A method of preparing an ultrafine ceramic oxide powder in which an ultrafine ceramic oxide powder having a particle size of 1 μm or less and a uniform particle size distribution is finally obtained through a step of forming a ceramic oxide without scattering by heat of reaction, and an ultrafine ceramic oxide powder prepared by such a method. The fine ceramic oxide powder has its characteristics.
또한 본 발명은 세라믹구성성분원료를 용매 또는 분산매에 충분히 용해 또는 균일하게 분산시켜 세라믹구성원소를 포함하는 용액 또는 분산혼합물을 제조하는 단계와; 상기 세라믹구성성분이 용해 또는 분산된 용액 또는 분산혼합물에 상기 세라믹구성원소의 음이온과 산화-환원 연소반응을 일으키는데 필요한 양 또는 그 이상의 구연산을 첨가하여 혼합액을 제조하는 단계와; 상기 혼합액을 100-500℃에서 열처리하여 용매 또는 분산매를 증발시키면 상기 첨가된 구연산이 환원성 연소조제로 작용하여 상기 세라믹구성원소의 음이온과 비폭발적인 산화-환원 연소반응을 일으켜 제거되고, 이때 발생되는 반응열에 의해 세라믹산화물이 비산없이 형성되는 단계를 거쳐 최종적으로 입자크기가 1㎛ 이하이며 입경분포가 균일한 초미세 세라믹산화물분말을 얻는 단계와; 물 또는 유기용매를 베이스로 하여 상기 초미세 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사성분의 세라믹구성원소를 용해시켜 세라믹졸용액을 제조하는 단계; 및 상기 초미세 세라믹산화물분말과 상기 세라믹졸용액을 혼합하여 세라믹페이스트를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 세라믹졸용액이 상기 초미세 세라믹산화물분말의 표면에서 반응매체로 작용하여 분말표면의 반응성이 향상됨으로써 저온에서 열처리만으로 소성이 가능한 것을 특징으로 하는 세라믹페이스트의 제조방법 및 이러한 방법에 의하여 제조된 세라믹페이스트에 그 특징이 있다.In another aspect, the present invention comprises the steps of preparing a solution or dispersion mixture containing a ceramic component by dissolving or uniformly dispersing the ceramic component material in a solvent or a dispersion medium; Preparing a mixed solution by adding to the solution or dispersion mixture in which the ceramic component is dissolved or dispersed, an amount or more of citric acid required to cause an oxidation-reduction combustion reaction with the anion of the ceramic component; When the mixed solution is heat-treated at 100-500 ° C. to evaporate the solvent or the dispersion medium, the added citric acid acts as a reducing combustion aid to remove the anion and non-explosive oxidation-reduction combustion reaction of the ceramic component, and the reaction heat generated at this time The step of forming a ceramic oxide without scattering by the final step to obtain an ultra-fine ceramic oxide powder having a particle size of 1㎛ or less and uniform particle size distribution; Preparing a ceramic sol solution by dissolving ceramic components having the same or similar components as the ultrafine ceramic oxide powder based on water or an organic solvent; And preparing a ceramic paste by mixing the ultra fine ceramic oxide powder and the ceramic sol solution, wherein the ceramic sol solution acts as a reaction medium on the surface of the ultra fine ceramic oxide powder to react the powder surface. This improvement is characterized by the method of manufacturing a ceramic paste and the ceramic paste produced by such a method, which can be fired only by heat treatment at a low temperature.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
먼저 도 2에 도시한 바와 같은 초미세 세라믹산화물분말을 제조하는 방법에 관하여 설명한다.First, a method of manufacturing the ultrafine ceramic oxide powder as shown in FIG. 2 will be described.
본 발명의 초미세 세라믹산화물분말의 제조방법은 세라믹구성성분원료를 용매 또는 분산매에 충분히 용해 또는 균일하게 분산시켜 세라믹구성원소를 포함하는 용액 또는 분산혼합물을 제조하는 단계, 상기 세라믹구성성분이 용해 또는 분산된 용액 또는 분산혼합물에 상기 세라믹구성원소의 음이온과 산화-환원 연소반응을 일으키는데 필요한 양 또는 그 이상의 구연산을 첨가하여 혼합액을 제조하는 단계 및 상기 혼합액을 100-500℃에서 열처리하는 단계를 포함하며, 700-900℃에서 추가 열처리하여 결정성을 증가시키는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.In the method for preparing an ultrafine ceramic oxide powder of the present invention, a method of preparing a solution or dispersion mixture containing ceramic components by dissolving or uniformly dispersing the ceramic component material in a solvent or a dispersion medium, wherein the ceramic component is dissolved or Adding an amount of the citric acid or more necessary to cause an oxidation-reduction combustion reaction with the anion of the ceramic component to the dispersed solution or the dispersion mixture, and preparing a mixed solution, and heat treating the mixed solution at 100-500 ° C. It may further comprise the step of increasing the crystallinity by further heat treatment at 700-900 ℃.
세라믹구성성분을 포함하는 원료로는 세라믹구성원소의 산화물, 탄산화물 또는 질산화물 등의 세라믹구성원소와 유기물 또는 무기물과의 염, 또는 세라믹구성원소의 착체중 선택하여 사용한다.The raw material containing the ceramic component is selected from a ceramic component such as an oxide, carbonate or nitrate of the ceramic component, a salt of an organic or inorganic substance, or a complex of ceramic components.
상기 세라믹구성원소로는 납(Pb), 티타늄(Ti)을 기본구성원소로 하는 압전/전왜 세라믹원소를 사용하는 것이 바람직하다.As the ceramic component, it is preferable to use a piezoelectric / electrically distorted ceramic element having lead (Pb) and titanium (Ti) as a basic component.
특히 상기 세라믹구성원소는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti) 또는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)/납(Pb), 마그네슘(Mg), 니오브(Nb)를 포함하는 성분으로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다.In particular, the ceramic element is lead (Pb), zirconium (Zr), titanium (Ti) or lead (Pb), zirconium (Zr), titanium (Ti) / lead (Pb), magnesium (Mg), niobium (Nb) It is preferable to use what consists of components containing these.
세라믹구성성분원료를 용해 또는 분산시키기 위한 용매 또는 분산매로는 물 또는 유기용매중 세라믹구성성분을 포함하는 원료를 녹이거나 분산할 수 있는 것중 하나 또는 그 이상을 선택하여 사용한다. 유기용매중에서는 디메틸포름아미드(dimethyl formamide), 메톡시에탄올(methoxyethanol), 아세트산, 글리콜류, 알콜류 등을 주로 사용한다.As a solvent or dispersion medium for dissolving or dispersing the ceramic component raw material, one or more selected from among those capable of dissolving or dispersing the raw material containing the ceramic component in water or an organic solvent is used. Among the organic solvents, dimethyl formamide, methoxyethanol, acetic acid, glycols and alcohols are mainly used.
연소조제로는 연소반응을 일으킬 수 있는 유기화합물인 구연산(Citric acid)을 사용한다. 종래의 방법에서 구연산은 연소조제가 아닌 착물형성제(complexing agent)로 반응의 균질성을 부여하기 위하여 사용되어 왔고 페치니방법(Pechini process)과 같은 공정에서 응용되어 왔으며, 구연산의 가연성과 착물형성효과를 이용함으로써 속도가 조절된 연소반응을 유발할 수 있다.As a combustion aid, citric acid, an organic compound that can cause a combustion reaction, is used. In the conventional method, citric acid has been used to impart homogeneity of the reaction as a complexing agent, not as a combustion aid, and has been applied in processes such as the Pechini process. By using can cause a controlled combustion reaction rate.
세라믹구성성분이 용매 또는 분산된 용액 또는 분산혼합물에 구연산을 가하여 혼합하여 혼합액을 제조한다. 첨가하는 구연산의 양은 상기 세라믹구성원소의 음이온과 산화-환원 연소반응을 일으키는데 필요한 양 또는 그 이상을 첨가한다. 첨가하는 구연산의 양에 따라 반응의 진행속도를 조절할 수 있다.The mixed solution is prepared by adding citric acid to a solvent or dispersed solution or dispersion mixture of ceramic components. The amount of citric acid to be added is added to the amount or more necessary to cause an oxidation-reduction combustion reaction with the anion of the ceramic element. The rate of progress of the reaction can be controlled depending on the amount of citric acid added.
구연산을 가하여 혼합한 혼합액을 100-500℃에서 열처리한다. 열처리의 온도가 높아질수록 세라믹상의 결정성은 증가되지만, 열처리온도가 100℃이상만 되면 구연산의 연소반응은 충분히 개시될 수 있고, 500℃이상에서 열처리하여도 반응이 일어날 수 있지만, 그 이상의 온도에서 열처리하는 것은 종래의 방법과 비교할 때 의미가 없다.The mixed solution mixed with citric acid is heat-treated at 100-500 ° C. As the temperature of the heat treatment increases, the crystallinity of the ceramic phase increases, but when the heat treatment temperature is 100 ° C. or higher, the combustion reaction of citric acid can be sufficiently initiated. The reaction may occur even when the heat treatment is performed above 500 ° C., but the heat treatment is performed at a higher temperature. Is meaningless compared to conventional methods.
보다 바람직하게는 150-300℃에서 열처리하는데, 이 온도범위는 상당히 저온에서의 열처리이면서도 세라믹상의 결정성을 충분히 확보할 수 있다.More preferably, the heat treatment is carried out at 150-300 ° C., and the temperature range can sufficiently secure the crystallinity of the ceramic phase even at a considerably low temperature heat treatment.
상기 연소반응과정에서 구연산은 제거되고, 이때 발생되는 구연산의 반응열에 의해 세라믹산화물이 비산없이 형성된다.Citric acid is removed during the combustion reaction, and ceramic oxide is formed without scattering by the heat of reaction of citric acid generated at this time.
이러한 반응에서 세라믹구성원소외의 성분들은 충분한 시간동안의 연소반응에 의하여 제거되므로 불순물이 잔류하지 않는 순수한 형태의 세라믹산화물분말이 만들어진다.In this reaction, components other than the ceramic component are removed by a combustion reaction for a sufficient time, thereby forming a ceramic oxide powder in a pure form in which impurities do not remain.
상기의 방법으로 제조된 세라믹산화물분말은 입자의 크기가 1㎛ 이하, 특히 0.01-0.1㎛인 극히 미세하며 입경분포가 균일한 분말로서 기본입자(primary particle)가 독립체 또는 약한 응집체(soft aggregate)의 형태로 존재하며, 완전히 연소된 세라믹상이어서 추가열처리에 의해서도 중량이 감소하지 않는다.The ceramic oxide powder prepared by the above method is an extremely fine and uniform particle size distribution having a particle size of 1 μm or less, especially 0.01-0.1 μm, and having independent or weak aggregates of primary particles. It is present in the form of a fully burned ceramic phase and does not lose weight by further heat treatment.
또한 표면의 반응성이 우수하여 저온에서의 열처리만으로 성형이 가능하므로진동판의 자유도가 높고 진동판에 인쇄하는 방법들을 다양하게 적용할 수 있다.In addition, since the surface is excellent in reactivity and can be formed only by heat treatment at low temperature, the degree of freedom of the vibration plate is high and various methods of printing on the vibration plate can be applied.
제조된 초미세 세라믹산화물분말의 결정성을 증가시키기 위해서는 제조된 세라믹산화물분말을 700-900℃에서 추가로 열처리하는 단계를 포함할 수도 있다.In order to increase the crystallinity of the prepared ultrafine ceramic oxide powder, the prepared ceramic oxide powder may further include heat treatment at 700-900 ° C.
상기와 같이 제조된 초미세 세라믹산화물분말을 이용하여 세라믹페이스트를 제조하는 방법은 도 4에 도시된 바와 같다.A method of preparing a ceramic paste using the ultrafine ceramic oxide powder prepared as described above is shown in FIG. 4.
세라믹페이스트의 원료로는 세라믹산화물분말 및 세라믹산화물분말과 친화성을 가지는 동일 또는 유사성분의 세라믹구성원소를 용해시켜 제조한 세라믹졸용액을 혼합하여 사용한다.As a raw material of the ceramic paste, a ceramic sol solution prepared by dissolving a ceramic oxide powder and a ceramic component of the same or similar component having affinity with the ceramic oxide powder is used.
세라믹산화물분말은 자체의 반응성을 고려하고 저온성형이 가능한 시스템을 확보하기 위해서는 미세한 분말을 사용하는 것이 효과적이므로, 상기의 방법에 의하여 제조된 세라믹산화물분말을 사용한다.Since ceramic oxide powder is effective to use fine powder in consideration of its reactivity and to secure a system capable of low temperature molding, ceramic oxide powder prepared by the above method is used.
실온에서 세라믹산화물분말의 표면은 한층(monolayer) 이상의 물과 결합하여 존재하는데, 이때 표면에 결합된 물은 세라믹산화물분말표면의 산도(acidity) 및 염기도(basicity)에 영향을 미치며 세라믹산화물분말과 세라믹졸용액을 혼합하였을 때 촉매작용을 한다.At room temperature, the surface of ceramic oxide powder is combined with more than one layer (monolayer) of water. The water bound to the surface affects the acidity and basicity of the surface of ceramic oxide powder. It is catalyzed when the sol solution is mixed.
세라믹졸용액은 물 또는 유기용매를 베이스로 하고 세라믹구성원소를 용해시켜 제조한다. 베이스가 되는 유기용매는 여러 가지를 사용할 수 있으나, 주로 아세트산, 디메틸포름아미드, 메톡시에탄올, 글리콜류, 알콜류 중 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.Ceramic sol solutions are prepared by dissolving ceramic components based on water or organic solvents. Various organic solvents can be used as the base, but it is preferable to use mainly selected from acetic acid, dimethylformamide, methoxyethanol, glycols and alcohols.
세라믹졸용액의 제조시 사용하는 세라믹구성원소는 납(Pb), 지르코늄(Zr),티타늄(Ti)을 포함하는 성분을 사용하는 것이 바람직하며, 사용하는 세라믹졸용액의 농도는 0.1-5M로 하는 것이 바람직하다.The ceramic component used in the manufacture of the ceramic sol solution is preferably a component containing lead (Pb), zirconium (Zr), titanium (Ti), the concentration of the ceramic sol solution to be used is 0.1-5M It is preferable.
세라믹산화물분말과 세라믹졸용액을 혼합할 때 세라믹졸용액의 함량은 세라믹산화물분말에 대해 10-200중량부로 하는 것이 바람직하다. 세라믹졸용액의 함량이 200중량부 이상인 경우에는 세라믹산화물분말이 지나치게 희석되어 혼합체의 점도가 낮고, 10중량부 미만인 경우에는 세라믹산화물분말의 양이 많아 점도가 지나치게 높아지기 때문이다.When the ceramic oxide powder and the ceramic sol solution are mixed, the content of the ceramic sol solution is preferably 10 to 200 parts by weight based on the ceramic oxide powder. This is because when the content of the ceramic sol solution is 200 parts by weight or more, the ceramic oxide powder is diluted too much and the viscosity of the mixture is low. When the content of the ceramic sol solution is less than 10 parts by weight, the amount of the ceramic oxide powder is too high and the viscosity becomes too high.
세라믹산화물분말과 세라믹졸용액 두 시스템을 혼합하면 액상의 세라믹졸용액이 고상인 세라믹산화물분말의 표면을 균일하게 코팅하면서 세라믹산화물분말입자를 연결하여 분말사이의 공극을 효과적으로 채우게 된다.When the ceramic oxide powder and the ceramic sol solution are mixed, the liquid ceramic sol solution uniformly coats the surface of the solid ceramic oxide powder and connects the ceramic oxide powder particles to effectively fill the pores between the powders.
이렇게 형성된 분말-졸 혼합체에서 세라믹고유의 특성을 가지는 세라믹산화물분말은 이와 동일 또는 유사한 성분의 세라믹졸용액에 둘러싸여 적당한 유동성을 가지게 되며, 세라믹졸이 세라믹산화물분말의 표면에서 반응매체로 작용하여 분말표면의 반응성이 향상된다.In the powder-sol mixture thus formed, the ceramic oxide powder having the characteristics of ceramics is surrounded by the ceramic sol solution of the same or similar component and has a proper fluidity. The ceramic sol acts as a reaction medium on the surface of the ceramic oxide powder and thus the powder surface. The reactivity of is improved.
또한 졸에 포함되어 있는 유기물성분은 향후 이 혼합체가 별도의 유기물과 접촉하게 될 때, 접촉계면의 안정성을 확보할 수 있게 해주어 분산성과 균질성을 부여하게 된다.In addition, the organic component contained in the sol, in the future when the mixture is in contact with a separate organic material, it is possible to secure the stability of the contact interface to impart dispersibility and homogeneity.
이러한 시스템은 낮은 온도에서 졸이 열분해되어 세라믹산화물분말과 동일 또는 유사한 조성으로 변환되기 때문에 저온에서도 입자간의 연결성이 향상된 세라믹시스템을 얻을 수 있게 된다.In such a system, since the sol is thermally decomposed at a low temperature and converted into the same or similar composition as the ceramic oxide powder, a ceramic system with improved inter-particle connectivity can be obtained even at low temperatures.
세라믹산화물분말과 세라믹졸용액을 혼합한 혼합체의 안정성과 성형에 필요한 유동성을 확보하기 위하여 물성조절용 유기용매를 첨가할 수도 있다. 물성조절용 유기용매로는 여러 가지를 사용할 수 있으나, 어느 정도의 점도를 가지면서 상온에서의 증기압이 낮은 글리콜(glycol)류나 알콜류를 기본으로 사용하는 것이 바람직하다.In order to ensure the stability of the mixture of the ceramic oxide powder and the ceramic sol solution and the fluidity required for molding, an organic solvent for controlling properties may be added. Various physical solvents may be used as the organic solvent for controlling physical properties, but it is preferable to use glycols or alcohols having a certain viscosity and low vapor pressure at room temperature.
세라믹산화물분말과 세라믹졸용액의 혼합체에 물성조절용 유기용매를 첨가하는 경우, 물성조절용 유기용매의 첨가량은 세라믹산화물분말에 대해 1-100중량부로 하는 것이 바람직하다. 이는 물성조절용 유기용매의 첨가량이 1중량부 미만이면 물성조절용 유기용매를 첨가한 효과가 없고 첨가량이 100중량부를 넘으면 혼합체가 점도를 유지하지 못하고 지나치게 희석되어 성형시 성형성이 나빠지기 때문이다.When adding an organic solvent for controlling physical properties to the mixture of ceramic oxide powder and ceramic sol solution, the amount of the organic solvent for controlling physical properties is preferably 1-100 parts by weight based on the ceramic oxide powder. This is because if the amount of the organic solvent for controlling physical properties is less than 1 part by weight, the effect of adding the organic solvent for controlling physical properties is not effective, and if the amount is more than 100 parts by weight, the mixture does not maintain viscosity and is too diluted to deteriorate moldability during molding.
물성조절용 유기용매의 첨가량은 세라믹산화물분말에 대해 10-40중량부로 하는 것이 특히 바람직한데, 이 첨가량의 범위에서는 혼합체의 점도를 적절하게 유지하면서 유기물첨가의 효과를 낼 수 있다.The addition amount of the organic solvent for controlling physical properties is particularly preferably 10 to 40 parts by weight with respect to the ceramic oxide powder. In this range, the addition of organic solvent can be achieved while maintaining the viscosity of the mixture as appropriate.
또한 세라믹산화물분말과 세라믹졸용액의 혼합체에 물성조절용 용매를 첨가한 혼합체의 균산성과 균질성을 개선시키기 위하여 소량의 유기물을 첨가할 수도 있다. 이때 첨가하는 유기물은 긴사슬 알콜류 또는 극성유기용매를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, a small amount of organic matter may be added to the mixture of the ceramic oxide powder and the ceramic sol solution in order to improve the homogeneity and homogeneity of the mixture in which the solvent for controlling physical properties is added. At this time, it is preferable to use long-chain alcohols or polar organic solvents to add.
긴사슬 알콜류중에서는 펜타놀(Pentanol)이나 헥사놀(Hexanol)을 사용하는 것이 바람직하며, 극성유기용매로는 아세틸아세톤 또는 메톡시에탄올을 사용하는 것이 바람직하다.Among the long chain alcohols, it is preferable to use pentanol or hexanol, and it is preferable to use acetylacetone or methoxyethanol as the polar organic solvent.
유기물의 첨가량은 세라믹산화물분말에 대해 1-50중량부로 하는 것이 바람직하다. 이는 유기물의 첨가량이 1중량부 미만이면 유기물을 첨가한 효과가 없고 첨가량이 50중량부를 넘으면 혼합체가 점도를 유지하지 못하고 지나치게 희석되어 성형성이 나빠지기 때문이다.It is preferable that the addition amount of an organic substance shall be 1-50 weight part with respect to a ceramic oxide powder. This is because if the added amount of the organic material is less than 1 part by weight, there is no effect of adding the organic material. If the added amount is more than 50 parts by weight, the mixture does not maintain the viscosity and is too diluted, resulting in poor moldability.
유기물의 첨가량은 세라믹산화물분말에 대해 10-40중량부로 하는 것이 특히 바람직한데, 이 첨가량의 범위에서는 혼합체의 점도를 적절하게 유지하면서 유기물첨가의 효과를 낼 수 있다.The addition amount of the organic material is particularly preferably 10 to 40 parts by weight based on the ceramic oxide powder. In this range, the addition of the organic material can be effected while maintaining the viscosity of the mixture as appropriate.
상기의 방법에 의하여 제조된 세라믹페이스트는 100-500℃에서 열처리함으로써 세라믹막을 형성할 수 있다. 100-500℃의 저온에서의 열처리만으로도 반응이 충분한 것은 세라믹산화물분말표면의 물이 세라믹졸용액을 가수분해하고 가수분해에 의하여 유리된 세라믹졸용액의 세라믹구성원료가 세라믹산화물분말과 결합하게 되는 서로간의 반응에 의해 소성과 동일한 반응이 이루어질 수 있기 때문이다. 또한 열처리과정에서 첨가된 유기물도 제거된다.The ceramic paste prepared by the above method may form a ceramic film by heat treatment at 100-500 ° C. Heat treatment at a low temperature of 100-500 ° C is sufficient for the reaction that water on the surface of the ceramic oxide powder hydrolyzes the ceramic sol solution and that the ceramic constituents of the ceramic sol solution liberated by hydrolysis are combined with the ceramic oxide powder. This is because the same reaction as firing can be achieved by the reaction of the liver. In addition, organic matter added during the heat treatment is removed.
상기와 같이 저온에서의 열처리만으로도 막을 성형할 수 있으므로 진동판의 자유도가 높아 니켈, 스테인레스스틸 등의 금속, 세라믹뿐만 아니라 플라스틱이나 수지와 같은 유기화합물도 진동판으로 사용할 수 있고, 패터닝을 할 때 몰드를 이용하여 몰딩하거나 스크린을 이용하여 인쇄를 하는 등 여러 가지 방법을 적용할 수 있다.As mentioned above, since the film can be formed only by heat treatment at low temperature, the degree of freedom of the diaphragm is high, so that not only metal, ceramics such as nickel and stainless steel, but also organic compounds such as plastic or resin can be used as the diaphragm. Can be molded or printed using a screen.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The present invention will be described in detail through the following examples. However, the following examples are illustrative of the invention and do not limit the scope of the invention.
(실시예 1)(Example 1)
질산납[Pb(NO3)2] 105.3g을 디메틸포름아미드 300ml에 용해시켜 질산납-DMF용액을 준비하고, 과산화질산지르코늄수화물[ZrO(NO3)2·2H2O] 43.1g을 30ml의 물에 용해시켜 과산화질산지르코늄수용액을 준비하였다.105.3 g of lead nitrate [Pb (NO 3 ) 2 ] was dissolved in 300 ml of dimethylformamide to prepare a lead nitrate-DMF solution, and 43.1 g of zirconium nitrate hydrate [ZrO (NO 3 ) 2 .2H 2 O] was 30 ml. A solution of zirconium peroxide was prepared by dissolving in water.
상기 질산납-디메틸포름아미드용액에 구연산을 59.3g 가하여 완전히 용해시킨 후 티타늄이소프로폭사이드[Ti(i-C3H7O)4] 44.5ml를 가하고 교반하여 완전히 균질화시킨 후 과산화질산지르코늄수용액을 천천히 가하여 혼합용액을 제조하였다.59.3 g of citric acid was added to the lead nitrate-dimethylformamide solution to completely dissolve it, and then 44.5 ml of titanium isopropoxide [Ti ( i -C 3 H 7 O) 4 ] was added thereto, stirred, and completely homogenized, followed by aqueous zirconium peroxide solution. Slowly added to prepare a mixed solution.
제조된 혼합용액을 히터를 사용하여 200℃로 열처리하였다. 열처리에 의하여 용매인 물과 디메틸포름아미드가 먼저 증발한 후 구연산의 연소반응이 시작되어 점차로 용기전체로 확장되었다.The prepared mixed solution was heat treated at 200 ° C. using a heater. By heat treatment, water and dimethylformamide, which were solvents, were first evaporated, followed by the combustion reaction of citric acid.
최초연소생성물은 황록색을 띠었지만 연소반응이 진행됨에 따라 엷은 주황색을 거쳐 황백색의 미세분말로 되었다. 용기를 식힌 후 분말을 수거하고 마노유발에서 가볍게 갈아주었다.The first combustion product was yellowish green, but as the combustion reaction progressed, it became pale orange and became yellowish white fine powder. After the container was cooled, the powder was collected and lightly ground in agate.
원분말과 원분말을 300℃, 500℃, 700℃에서 2시간 추가열처리한 시료를 XRD(X-Ray Diffraction, X선회절분석), SEM(Scanning Electron Microscopy, 주사전자현미경), EDS(Energy Dispersive Spectroscopy, 에너지분산분광분석), TGA (Thermogravimetric analysis, 열중량분석)에 의하여 결정학적 구조, 미세구조, 입자크기 및 성분을 확인하였다.Samples obtained by further heat treatment of the original powder and the original powder at 300 ° C., 500 ° C. and 700 ° C. for 2 hours were subjected to X-ray diffraction (XRD), SEM (Scanning Electron Microscopy), and EDS (Energy Dispersive). The crystallographic structure, microstructure, particle size and composition were identified by spectroscopy, energy dispersive spectroscopy) and TGA (Thermogravimetric analysis).
TGA결과 연소반응후 얻어진 분말은 추가열처리에서 더 이상의 중량감소가 관찰되지 않아 완전연소된 세라믹상임을 알 수 있었다.As a result of TGA, the powder obtained after the combustion reaction was found to be a completely burned ceramic phase because no further weight loss was observed in the further heat treatment.
EDS결과 모든 시료가 PZT(52/48)의 조성비를 가지고 있음을 알 수 있었다.EDS results showed that all samples had a composition ratio of PZT (52/48).
열처리온도가 올라갈수록 세라믹상의 결정성은 증가되었지만, 상전이현상이나 피크의 이동은 발견되지 않았다.As the heat treatment temperature increased, the crystallinity of the ceramic phase increased, but no phase transition or peak shift was found.
SEM결과에서 분말이 평균입경 50nm의 기본입자가 독립체 혹은 약한 응집체(soft aggregate)의 형태로 존재함을 알 수 있었다.From the SEM results, it was found that the powder was present in the form of an independent particle or a soft aggregate with an average particle size of 50 nm.
(실시예 2)(Example 2)
질산납[Pb(NO3)2] 26.3g을 고순도증류수(deionized water) 200ml에 용해시킨 후, 과산화질산지르코늄수화물[ZrO(NO3)2·2H2O] 10.8g을 가하여 용해시키고, 산화티타늄(TiO2) 2.9g을 가하여 교반시켜 용액을 제조하였다.After dissolving 26.3 g of lead nitrate [Pb (NO 3 ) 2 ] in 200 ml of high-purity distilled water, 10.8 g of zirconium nitrate peroxide [ZrO (NO 3 ) 2 .2H 2 O] was added to dissolve and titanium oxide. 2.9 g of (TiO 2 ) was added and stirred to prepare a solution.
이 용액에 구연산을 14.8g 가하여 완전히 용해시킨 후 히터를 사용하여 200℃로 가열하였다.14.8 g of citric acid was added to this solution to completely dissolve it, and then heated to 200 ° C. using a heater.
가열에 의하여 물이 먼저 증발하고, 물이 증발한 후 구연산의 연소반응이 시작되어 점차 용기전체로 확장되었다. 연소가 끝난 후 용기를 식히고 분말을 모아서 마노유발에서 가볍게 갈아주었다.By heating, the water first evaporated, the water evaporated and the combustion reaction of citric acid began, gradually expanding the whole vessel. After combustion, the container was cooled, the powder was collected and lightly ground in agate.
원분말과, 원분말을 300℃, 500℃, 700℃에서 2시간 열처리한 시료에 대해 XRD, SEM, EDS, TGA에 의하여 결정학적 구조, 미세구조, 입자크기 및 성분을 확인하였으며, 그 결과는 실시예 1과 같았다.Crystallographic structure, microstructure, particle size and component were confirmed by XRD, SEM, EDS and TGA on the raw powder and the sample heat-treated at 300 ° C, 500 ° C and 700 ° C for 2 hours. It was the same as Example 1.
(실시예 3)(Example 3)
DMF 350ml에 질산납[Pb(NO3)2] 207.8g을 용해시키고 질산마그네슘[Mg(NO3)2] 20.8g을 가하여 용해시킨 후 티타늄이소프로폭사이드[Ti(i-C3H7O)4] 50.9g을 가하여 맑은 황색용액을 제조하였다.207.8 g of lead nitrate [Pb (NO 3 ) 2 ] was dissolved in 350 ml of DMF, and 20.8 g of magnesium nitrate [Mg (NO 3 ) 2 ] was added to dissolve it, followed by titanium isopropoxide [Ti ( i -C 3 H 7 O). 4 ] 50.9g was added to prepare a clear yellow solution.
과산화질산지르코늄수화물[ZrO(NO3)2·2H2O] 50.8g을 100ml의 물에 용해시킨 용액을 따로 준비하여 상기의 용액에 첨가하였다. 이 용액에 산화니오브(Nb2O11) 21.5g과 구연산 108.3g을 가하여 완전히 용해시키고 150℃로 가열하였다. 어느 정도 용매가 증발한 후 온도를 250℃로 올리고 유지하였다.A solution in which 50.8 g of zirconium peroxide hydrate [ZrO (NO 3 ) 2 .2H 2 O] was dissolved in 100 ml of water was prepared separately and added to the above solution. 21.5 g of niobium oxide (Nb 2 O 11 ) and 108.3 g of citric acid were added to the solution, and the mixture was completely dissolved and heated to 150 ° C. After some evaporation of the solvent the temperature was raised to 250 ° C. and maintained.
연소반응이 완결된 주황색 미세분말을 모아서 마노유발에서 가볍게 갈아주었다.Orange fine powder of the combustion reaction was collected and lightly ground in agate induction.
원분말과, 원분말을 700℃, 900℃에서 3시간 열처리한 시료에 대해 XRD, SEM, EDS에 의하여 결정학적 구조, 미세구조, 입자크기 및 성분을 확인하였으며, 그 결과는 실시예 1과 동일하였다.The crystallographic structure, microstructure, particle size and component were confirmed by XRD, SEM and EDS on the raw powder and the sample heat-treated at 700 ° C and 900 ° C for 3 hours, and the results are the same as those in Example 1. It was.
(실시예 4)(Example 4)
PZT/PMN 미세분말 20g을 6g의 PZT(52/48)졸과 혼합하였다. 2g의 트리메틸렌글리콜(trimethylene glycol)과 1g의 1-펜틸알콜(1-pentyl alcohol)을 가하고, 자동유발에서 교반하였다.20 g of PZT / PMN fine powder was mixed with 6 g of PZT (52/48) sol. 2 g of trimethylene glycol and 1 g of 1-pentyl alcohol were added, followed by stirring under autonomous induction.
얻어진 페이스트를 250메쉬 스틸스크린으로 만든 미세패턴을 이용하여 SUS 316L진동판과 니켈진동판위에 스크린프린팅하였다.The obtained paste was screen printed on a SUS 316L vibration plate and a nickel vibration plate using a fine pattern made of a 250 mesh steel screen.
70℃에서 10분간 건조한 후 300℃에서 2시간동안 열처리하였다. 알루미늄을진공증착하여 상부전극을 형성하고, 전위를 가하여 압전현상에 따른 진동판의 변위를 측정하였다.After drying for 10 minutes at 70 ℃ was heat-treated for 2 hours at 300 ℃. The upper electrode was formed by vacuum deposition of aluminum, and the displacement of the diaphragm due to the piezoelectric phenomenon was measured by applying an electric potential.
진동판의 변위를 측정한 결과, 진동판의 변위로 대변되는 압전특성은 종래의 방법으로 제조된 세라믹페이스트보다 우수하였다.As a result of measuring the displacement of the diaphragm, the piezoelectric properties represented by the displacement of the diaphragm were superior to the ceramic paste prepared by the conventional method.
(실시예 5)(Example 5)
PZT/PMN 미세분말 5g을 3g의 PZT(52/48)졸과 혼합하고, 1-펜틸알콜 2g을 가하여 자동유발에서 교반하였다.5 g of PZT / PMN fine powder was mixed with 3 g of PZT (52/48) sol, 2 g of 1-pentyl alcohol was added, and the mixture was stirred by autonomous induction.
얻어진 페이스트를 감광성필름으로 성형된 몰드가 부착되어 있는 니켈진동판에서 충진하였다. 상온에서 건조한 후 200℃에서 1시간동안 열처리하였다.The obtained paste was filled in a nickel vibrating plate to which a mold formed of a photosensitive film was attached. After drying at room temperature it was heat-treated for 1 hour at 200 ℃.
은페이스트를 스크린프린팅으로 인쇄하여 상부전극을 성형하고 전위를 가하여 압전현상에 따른 진동판의 변위를 측정하였다.The silver paste was printed by screen printing to form an upper electrode, and the displacement was applied to the piezoelectric phenomenon by measuring the potential.
진동판의 변위를 측정한 결과, 진동판의 변위로 대변되는 압전특성은 종래의 방법으로 제조된 세라믹페이스트보다 우수하였다.As a result of measuring the displacement of the diaphragm, the piezoelectric properties represented by the displacement of the diaphragm were superior to the ceramic paste prepared by the conventional method.
상기와 같은 본 발명은 연소조제로 구연산을 이용하여 연소법에 의해 세라믹산화물분말을 제조함으로써 300℃ 이하의 온도에서 단일공정에 의하여 입자의 크기가 0.01-0.1㎛로 극히 미세하면서도 완전히 연소되어 추가열처리가 요구되지 않는 세라믹산화물분말을 제조할 수 있어 공정의 안전성, 저에너지화, 고수율화를 확보할 수 있으며, 종래의 연소법에서 지적되었던 문제점들이 발생하지 않는다.In the present invention as described above, by producing a ceramic oxide powder by the combustion method using citric acid as a combustion aid, the particle size of the particle is combusted extremely finely and completely by a single process at a temperature of 300 ° C. or less, and further heat treatment is performed. Since it is possible to manufacture an ceramic oxide powder that is not required, it is possible to secure process safety, low energy, and high yield, and the problems noted in the conventional combustion method do not occur.
또한 제조된 세라믹산화물분말은 표면의 반응성이 우수하여 동일 또는 유사한 조성의 세라믹졸용액과의 추가혼합만으도 점도를 조절할 수 있고, 별도의 유기물을 첨가하지 않아도 코팅을 시킬 수 있으며, 저온에서의 열처리만으로도 막을 성형할 수 있으므로 적용가능성이 높은 효과가 있다.In addition, the prepared ceramic oxide powder has excellent surface reactivity so that the viscosity can be adjusted only by additional mixing with ceramic sol solutions of the same or similar composition, and the coating can be performed without adding an organic substance. Since the film can be formed only by heat treatment, the applicability is high.
즉 진동판의 자유도가 높아 니켈, 스테인레스스틸 등의 금속, 세라믹뿐만 아니라 플라스틱이나 수지와 같은 유기화합물도 진동판으로 사용할 수 있으며, 여러 가지 방법으로 막을 제조할 수 있다.In other words, the high degree of freedom of the diaphragm can be used as a diaphragm, as well as metals such as nickel and stainless steel, ceramics, as well as organic compounds such as plastics and resins, it is possible to produce a film in various ways.
본 발명의 방법에 의하여 제조된 세라믹페이스트는 인쇄성과 안정성 등 제반물성이 실제응용에 적합하고, 인쇄후 별도의 탈바인더과정없이 직접 열처리가 가능하며, 기존 페이스트에 비해 훨씬 낮은 온도에서 원하는 세라믹패턴을 얻을 수 있는 효과가 있다.The ceramic paste prepared by the method of the present invention is suitable for practical applications such as printability and stability, and can be directly heat-treated without a separate binder process after printing, and a desired ceramic pattern can be formed at a much lower temperature than a conventional paste. There is an effect that can be obtained.
또한 본 발명의 방법에 의하여 제조된 세라믹페이스트를 사용하여 세라믹막을 성형하는 경우 저온처리에도 불구하고 진동판의 변위로 대변되는 압전특성은 기존의 결과보다 우수하며, 페이스트의 구성성분과 제조공정이 단순화되고 이를 이용한 세라믹후막의 제작공정이 저에너지화되고 공정의 리드타임(lead-time)이 대폭 단축되는 효과가 있다.In addition, in the case of forming a ceramic film using the ceramic paste prepared by the method of the present invention, the piezoelectric properties represented by the displacement of the diaphragm, despite the low temperature treatment, are superior to the conventional results, and the components of the paste and the manufacturing process are simplified The manufacturing process of the ceramic thick film using the same has the effect of lowering energy and greatly reducing the lead time of the process.
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