KR101897432B1 - Method for producing transparent magnesium aluminate spinel and transparent magnesium aluminate spinel - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹에 관한 것으로, 원료 나노분말의 수계 슬러리를 준비하는 단계; 상기 수계 슬러리에 상기 원료 나노분말을 분산시켜 균일 단분산된 수계 슬러리를 형성하는 단계; 및 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 액체질소에 분무하여 급속동결 및 동결 건조하여 구형 과립을 획득하는 단계; 상기 과립을 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 성형체를 소결하는 단계;를 포함하는, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a magnesium aluminate spinel transparent ceramic and a magnesium aluminate spinel transparent ceramic produced using the same, the method comprising the steps of: preparing an aqueous slurry of raw nano powder; Dispersing the raw nano powder in the aqueous slurry to form a uniformly monodispersed aqueous slurry; And spraying the homogeneously monodispersed aqueous slurry into liquid nitrogen to obtain spherical granules by rapid freezing and lyophilization; Molding the granules to form a formed body; And sintering the molded body, and a magnesium aluminate spinel transparent ceramic produced by the method.
Description
본 발명은, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹에 관한 것이다. The present invention relates to a process for producing magnesium aluminate spinel transparent ceramics and a magnesium aluminate spinel transparent ceramics produced using the same.
광투과 특성이 우수한 투명세라믹은 레이저 발진, 방탄 윈도우, 야광 투시기, IR 투과 창 소재로 각광받고 있다. Transparent ceramics with excellent light transmission properties are attracting attention as laser oscillation, bulletproof windows, luminous fluxes, and IR transmission window materials.
IR 투과 창이 요구하는 핵심 물성은 IR 영역에서 높은 투과율과 내침식성 및 내열충격성이다. 마그네슘 알루미네이트(MgAl2O4) 스피넬은 마그네시아(MgO)와 알루미나(Al2O3)의 고상화합물 (혹은 고용체)이며, 결정구조는 입방형(정육면체, Cubic)으로 복굴절이 일어나지 않기 때문에 본질적으로 투명성을 가질 수 있는 물질에 속한다. 가시광선 영역에서의 굴절률이 약 1.72로 이론적인 광 투과율은 86.9 % 수준이다. 기계적 특성으로는 150 MPa 내지 200 MPa 범위의 굽힘강도, 비커스 경도 13 GPa 내지 15 GPa 를 가지는 등 준수한 기계적 내구성을 가지고 있다.The core properties required by the IR transmission window are high transmittance, resistance to erosion and thermal shock in the IR range. Magnesium Aluminate (MgAl 2 O 4 ) Spinel is a solid compound (or solid solution) of magnesia (MgO) and alumina (Al 2 O 3 ) and has a crystal structure of cubic (cubic) It belongs to a substance which can have transparency. The refractive index in the visible light region is about 1.72 and the theoretical light transmittance is about 86.9%. Mechanical properties such as bending strength in the range of 150 MPa to 200 MPa, and Vickers hardness of 13 GPa to 15 GPa.
상기 MgAl2O4 스피넬은 비교적 높은 경도와 적당한 강도값, 그리고 Sapphire, AlON 에 비해 상대적으로 우위의 적외선 영역에서 투과도를 가지고 있어서, 앞서 언급한 IR 투과 창의 재료에 유망한 소재로 여겨지고 있다. 이러한 응용분야에 적용되려면 가시광선 영역에서 80 % 이상의 높은 광투과율을 갖는 MgAl2O4 소결체를 얻어야 하는데, 이를 위해서는 분말의 성형/소결 과정에서 필연적으로 발생되는 소결체 내부의 기공 등 결함을 최대한 억제하는 것이 요구된다. The MgAl 2 O 4 spinel has relatively high hardness, moderate strength and relatively high transmittance in the infrared region compared to Sapphire and AlON, and is considered to be a promising material for the above-mentioned IR transmission window material. In order to be applied to this application field, it is necessary to obtain a MgAl 2 O 4 sintered body having a high light transmittance of 80% or more in the visible light region. To this end, it is necessary to minimize the defects such as pores in the sintered body, .
원료 분말의 1차 입자 크기는 원료 분말을 성형했을 때 내부 기공 크기와 직접적인 연관성이 있다. 즉, 1차 입자가 작을수록 성형체 내부 기공의 크기도 작아진다. 내부 기공의 크기가 작을수록 소결 공정 중의 입계 확산을 통해 제거가 용이하기 때문에 결국 1차 입자의 크기가 작을수록 투명한 세라믹을 만들기에 유리하다고 볼 수 있다. 이러한 연유로, 투광성 MgAl2O4 스피넬을 제조할 때는 나노 분말을 원료로 사용하고 있다. The primary particle size of the raw material powder is directly related to the internal pore size when the raw material powder is molded. That is, the smaller the primary particles, the smaller the size of the pores in the formed body. The smaller the size of the internal pores, the easier it is to remove through the grain boundary diffusion during the sintering process. Therefore, the smaller the size of the primary particles, the more advantageous to make transparent ceramics. For this reason, nano powder is used as a raw material when preparing translucent MgAl 2 O 4 spinel.
1차 입자가 나노 크기인 분말을 원료로 사용한다고 해서 1차 입자들의 응집체인 분말이 나노 크기이지는 않은데, 이는 1차 입자가 작을수록 비표면적 크기에 좌우되는 Van der Waals 힘이 급격히 증가하여 입자 간의 응집력이 강해지기 때문이다. 따라서, 통상적인 나노 분말에 대해 입도 분석을 하면 수~수십 마이크로미터 크기의 응집체가 다량 검출이 된다. 비특허문헌 001에서 J. Binner 등은 이러한 응집체가 포함된 분말을 별도의 처리없이 그대로 성형하게 되면 성형체 내부에 응집체의 형태가 그대로 살아남아서 내부에 미세균열을 일으키게 된다고 보고한 바 있다. 또한, 이러한 미세균열은 빛이 산란되는 통로로 작용하기 때문에 투광성을 크게 저해하는 요인이 된다는 것이 비특허문헌 002에서 A.F. Dericioglu 등에 의해 실험적으로 증명되었다.When the primary particles are used as the raw material, the agglomerates of the primary particles are not nano-sized. The smaller the primary particles, the more the Van der Waals force, which depends on the specific surface area, The cohesive force between them becomes stronger. Therefore, when particle size analysis is performed on a conventional nano powder, a large amount of agglomerates having a size of several to several tens of micrometers is detected. In non-patent document 001, J. Binner et al. Have reported that when the powder containing such aggregates is molded without any additional treatment, the shape of the aggregate remains intact inside the compact to cause microcracks therein. In addition, since such a microcrack acts as a passage through which light is scattered, it is a factor that greatly hinders the translucency. Dericioglu et al.
따라서, 기공/미세균열 등의 결함을 억제하는 것은 투광성 세라믹을 제조하는 데 있어서 필수불가결한 것으로 이를 해결하기 위해 원료인 나노분말에 대한 높은 수준의 처리공정이 요구된다. Therefore, it is indispensable to manufacture defoamers such as pores / microcracks in the production of translucent ceramics. To solve this problem, a high-level treatment process is required for the raw nano powder.
원료 나노분말의 분산 및 급속 동결 처리에 의해서 나노분말의 재응집을 억제함으로써, 가시광선/자외선 영역에서의 투과도를 개선시키고, 동시에 결함의 억제를 통하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있는, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조된 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹을 제공하는 것이다. It is possible to improve the transmittance in the visible light / ultraviolet ray region by suppressing the re-agglomeration of the nano powder by dispersion and rapid freezing treatment of the raw material nano powder, and at the same time to improve the mechanical strength through suppression of defects, A method for producing a transparent ceramic, and a magnesium aluminate spinel transparent ceramic produced by the above method.
일 실시예에 따라, 원료 나노분말의 수계 슬러리를 준비하는 단계; 상기 수계 슬러리에 상기 원료 나노분말을 분산시켜 균일 단분산된 수계 슬러리를 형성하는 단계; 및 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 액체질소에 분무하여 급속동결 및 동결 건조하여 구형 과립을 획득하는 단계; 상기 과립을 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 성형체를 소결하는 단계; 를 포함하는, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법에 관한 것이다. Preparing an aqueous slurry of the raw nano powder according to one embodiment; Dispersing the raw nano powder in the aqueous slurry to form a uniformly monodispersed aqueous slurry; And spraying the homogeneously monodispersed aqueous slurry into liquid nitrogen to obtain spherical granules by rapid freezing and lyophilization; Molding the granules to form a formed body; And sintering the shaped body; To a process for producing magnesium aluminate spinel transparent ceramics.
일 실시예에 따라, 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 형성하는 단계는, 상기 수계 슬러리에 고압 전단력을 가하여 수행하는 것일 수 있다. According to one embodiment, the step of forming the homogeneously monodisperse aqueous slurry may be performed by applying a high pressure shear force to the aqueous slurry.
일 실시예에 따라, 상기 고압 전단력은 50 MPa 이상인 것일 수 있다. According to one embodiment, the high pressure shear force may be at least 50 MPa.
일 실시예에 따라, 상기 원료 나노분말의 입자 크기는, 40 nm 내지 300 nm인 것일 수 있다. According to one embodiment, the particle size of the raw nano powder may be 40 nm to 300 nm.
일 실시예에 따라, 상기 원료 나노분말의 수계 슬러리에서 고상입자의 부피분율은, 20 % 이하인 것일 수 있다. According to one embodiment, the volume fraction of solid particles in the aqueous slurry of the raw nano powder may be 20% or less.
일 실시예에 따라, 상기 균일 단분산된 수계 슬러리 내의 응집체의 크기는 300 nm 미만인 것일 수 있다. According to one embodiment, the size of the aggregate in the homogeneously monodispersed aqueous slurry may be less than 300 nm.
일 실시예에 따라, 상기 구형 과립을 획득하는 단계는, 초음파 분무, 가압식 분무 및 고압 가스에 의한 간접 분무 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 분무하는 것일 수 있다. According to one embodiment, the obtaining of the spherical granules may be performed by spraying the uniformly monodisperse aqueous slurry using at least one of ultrasonic atomization, pressurized atomization, and indirect atomization by high pressure gas.
일 실시예에 따라, 상기 구형 과립은, 300 ㎛ 이하의 직경을 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment, the spherical granules may have a diameter of 300 mu m or less.
일 실시예에 따라, 상기 성형체를 소결하는 단계는, 상기 성형체를 1차 소결하는 단계; 및 상기 1차 소결하는 단계 이후 2차 고압 열처리하는 단계; 를 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment, the step of sintering the shaped body includes: a first sintering of the formed body; And a second high pressure heat treatment after the first sintering step; . ≪ / RTI >
일 실시예에 따라, 상기 1차 소결하는 단계는, 1,300 ℃ 내지 1,550 ℃ 에서 수행되는 것일 수 있다. According to one embodiment, the first sintering step may be performed at 1,300 ° C to 1,550 ° C.
일 실시예에 따라, 상기 1차 소결하는 단계는, 밀도 3.35 g/cm3 이상의 소결체를 획득하는 것일 수 있다. According to one embodiment, the first sintering step may be to obtain a sintered body having a density of at least 3.35 g / cm < 3 >.
일 실시예에 따라, 상기 2차 고압 열처리하는 단계는, 1,400 ℃ 내지 1,650 ℃ 및 50 MPa 이상의 압력에서 수행되는 것일 수 있다. According to one embodiment, the second high pressure heat treatment step may be performed at a pressure of 1,400 ° C to 1,650 ° C and a pressure of 50 MPa or more.
일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 방법으로 제조되고, 자외선 및 가시광선 영역에서 50 % 이상의 투과도를 갖는, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹에 관한 것이다. According to one embodiment, a magnesium aluminate spinel transparent ceramic is produced by the process according to the invention and has a transmittance of at least 50% in the ultraviolet and visible light regions.
일 실시예에 따라, 상기 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹은, 250 MPa 이상의 강도를 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment, the magnesium aluminate spinel transparent ceramic may have a strength of at least 250 MPa.
일 실시예에 따라, 원료 나노분말에 고압의 전단력을 주어 균일 단분산시킨 수계슬러리를 액체질소를 이용하여 급속 동결시켜 나노분말의 재응집을 억제하고, 이를 이용하여 가시광선/자외선 영역에서의 투과도를 개선함과 동시에 결함의 억제를 통해 기계적 강도가 향상된 마그네슘 알루미네이트 스피넬 세라믹을 제공할 수 있다. According to one embodiment, the raw material nano powder is subjected to rapid freezing by using liquid nitrogen to uniformly monodisperse an aqueous slurry with a high shear force to suppress the re-agglomeration of the nano powder, and transmittance in the visible ray / ultraviolet ray region And at the same time, it is possible to provide magnesium aluminate spinel ceramics having improved mechanical strength through suppression of defects.
도 1은, 일 실시예에 따른, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법의 흐름도이다.
도 2는, 실시예 및 비교예에서 제조된 마그네슘 알루미네이트 스피넬 수계 슬러리 내의 입자크기 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은, 실시예에서 제조된 구형의 과립의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는, 실시예 및 비교예에서 제조된 1차 소결체의 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 5는, 실시예 및 비교예에서 제조된 2차 소결체(마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹)의 이미지이다.
도 6은, 실시예 및 비교예에서 제조된 2차 소결체의 UV-Vis-NIR 스펙트럼에 의한 광투과율을 나타낸 그래프이다.
도 7은, 실시예 및 비교예에서 제조된 성형체 파단면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 8은, 실시예 및 비교예에서 제조된 1차 소결체 파단면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 9는, 실시예 및 비교예에서 제조된 2차 소결체 파단면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a flow diagram of a method of making a magnesium aluminate spinel transparent ceramic, in accordance with one embodiment.
2 is a graph showing the particle size distribution in the magnesium aluminate spinel aqueous slurry prepared in Examples and Comparative Examples.
3 is a scanning electron microscope (SEM) image of the spherical granules prepared in the examples.
4 is a graph showing the densities of the primary sintered bodies produced in Examples and Comparative Examples.
Fig. 5 is an image of the secondary sintered body (magnesium aluminate spinel transparent ceramic) produced in Examples and Comparative Examples.
6 is a graph showing the light transmittance by the UV-Vis-NIR spectrum of the secondary sintered body manufactured in Examples and Comparative Examples.
Fig. 7 is a scanning electron microscope (SEM) image of the fractured surface of the molded article produced in Examples and Comparative Examples.
8 is a scanning electron microscope (SEM) image of the fracture section of the primary sintered body manufactured in Examples and Comparative Examples.
9 is a scanning electron microscope (SEM) image of the fracture surface of the secondary sintered body manufactured in Examples and Comparative Examples.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.In the following, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, various modifications may be made in the embodiments, and the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It is to be understood that all changes, equivalents, and alternatives to the embodiments are included in the scope of the right.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for descriptive purposes only and are not to be construed as limiting. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. In the following description of the embodiments, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the embodiments may be unnecessarily blurred.
일 실시예에 따라, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법에 관한 것이다.According to one embodiment, a method of making a magnesium aluminate spinel transparent ceramic is disclosed.
일 실시예에 따라, 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법의 흐름도이다. 도 1에서 상기 제조방법은, 원료 나노분말의 수계 슬러리를 준비하는 단계; 균일 단분산된 수계 슬러리를 형성하는 단계; 및 급속동결 및 건조하여 구형 과립을 획득하는 단계; 성형체를 형성하는 단계; 및 성형체를 소결하는 단계;를 포함할 수 있다.1 is a flow chart of a method of manufacturing a magnesium aluminate spinel transparent ceramic according to an embodiment of the present invention, in accordance with one embodiment. 1, the method comprises: preparing an aqueous slurry of raw nano powder; Forming a homogeneously monodispersed aqueous slurry; And rapidly freezing and drying to obtain spherical granules; Forming a formed body; And sintering the shaped body.
일 실시예에 따라, 상기 원료 나노분말의 수계 슬러리를 준비하는 단계는, 수계 용매와 마그네슘 알루미네이트 원료 나노분말이 혼합된 수계 슬러리를 준비하는 단계이다. According to one embodiment, preparing the aqueous slurry of the raw nano powder is a step of preparing an aqueous slurry in which an aqueous solvent and a magnesium aluminate raw nano powder are mixed.
상기 마그네슘 알루미네이트 원료 나노분말의 1차 입자 크기는, 40 nm 내지 300 nm; 또는 100 nm 내지 200 nm일 수 있다. 상기 크기 범위 내에 포함되면 낮은 온도에서 높은 소결 밀도를 갖는 1차 소결체; 예를 들어, 1600 oC 이하의 온도에서 3.35g/cm3 이상의 1차 소결체를 획득할 수 있고, 부피분율이 5 % 이상의 수계 슬러리의 획득이 용이할 수 있다. The primary particle size of the magnesium aluminate raw nano powder is 40 nm to 300 nm; Or from 100 nm to 200 nm. A first sintered body having a high sintered density at a low temperature when the size of the sintered body is within the above range; For example, it is possible to obtain a primary sintered body of 3.35 g / cm 3 or more at a temperature of 1600 ° C or less, and to easily obtain an aqueous slurry having a volume fraction of 5% or more.
상기 원료 나노분말의 수계 슬러리에서 고상입자의 부피분율은, 20 % 이하; 0.01 % 내지 20 %; 1 % 내지 15 %; 또는 5 % 내지 10 %일 수 있다. 상기 부피분율 범위 내에 포함되면 나노분말의 분산이 잘 이루어지고, 균일형태, 크기 등을 갖는 동결 과립의 획득에 유리할 수 있다. The volume fraction of solid particles in the aqueous slurry of the starting nano powder is 20% or less; 0.01% to 20%; 1% to 15%; Or from 5% to 10%. When the volume fraction is within the above range, the nano powder can be well dispersed, and it may be advantageous to obtain frozen granules having a uniform shape and size.
상기 수계 용매는, 물(예를 들어, 3차 증류수); 또는 선택적으로 유기용매를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 유기용매는, 탄소수 1 내지 5의 알코올일 수 있다.The aqueous solvent may be water (e.g., tertiary distilled water); Alternatively, the organic solvent may further include an organic solvent. For example, the organic solvent may be an alcohol having 1 to 5 carbon atoms.
상기 원료 나노분말의 수계 슬러리를 준비하는 단계는, 볼 밀링(ball milling), 교반 볼밀링(stirred ball milling), 진동 밀링(vibration milling), 초음파 밀링 등을 이용하여 나노분말을 분산시킬 수 있다. The preparation of the aqueous slurry of the raw nano powder may be performed by ball milling, stirred ball milling, vibration milling, ultrasonic milling or the like.
상기 원료 나노분말의 수계 슬러리는, 나노분말의 분산 및 안정적인 원료 나노분말의 수계 슬러리를 획득하기 위해서 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는, 바인더, 윤활제, 가소제, 및 분산제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는, 상기 원료 나노분말의 수계 슬러리의 100 중량부에 대해 1 내지 3 중량부; 또는 1.5 내지 2.4 중량부를 포함할 수 있다. The aqueous slurry of the raw nano powder may further include an additive for obtaining a dispersion of the nano powder and an aqueous slurry of the stable raw nano powder, and may include, for example, a surfactant. The surfactant may include at least one selected from the group consisting of a binder, a lubricant, a plasticizer, and a dispersant. 1 to 3 parts by weight of the surfactant is added to 100 parts by weight of the aqueous slurry of the raw nano powder; Or 1.5 to 2.4 parts by weight.
일 실시예에 따라, 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 형성하는 단계는, 상기 수계 슬러리에 고압 전단력을 인가하여 상기 수계 슬러리 내에서 입자 응집체의 파괴(또는, 제거) 및 분산시켜 균일 단분산된 수계 슬러리를 형성하는 단계이다.According to one embodiment, the step of forming the homogeneously monodisperse aqueous slurry comprises: applying a high pressure shear force to the aqueous slurry to destroy (or remove) the aggregates of the particles in the aqueous slurry, Thereby forming a slurry.
상기 수계 슬러리에 함유되어 있는 수~수십 μm 크기의 응집체를 분산시키기 위해 고압 전단력을 슬러리에 인가해주며, 상기 전단력의 크기는 50 MPa 이상인 것이 바람직하다. 상기 고압 전단력은, 50 MPa 이상; 100 MPa 이상; 또는 200 MPa 이상일 수 있다. 상기 고압 전단력 범위 내에 포함되면 수계 슬러리 내의 큰 입자 응집체, 예를 들어, 300 nm 이상의 응집체, 수 내지 수십 마이크로 크기의 응집체를 제거하고 분산시켜 단분산된 수계 슬러리를 제공할 수 있다. A high pressure shearing force is applied to the slurry to disperse agglomerates of several to several tens of micrometers contained in the aqueous slurry, and the shear force is preferably at least 50 MPa. The high-pressure shear force is 50 MPa or higher; 100 MPa or more; Or 200 MPa or more. When included in the high pressure shear force range, large particle aggregates in the aqueous slurry, for example, agglomerates of 300 nm or more and agglomerates of several to several tens of micrometers in size can be removed and dispersed to provide a monodisperse aqueous slurry.
상기 고압 전단력은, 유성형 밀링(Planetary milling), 어트리션 밀링(Attrition milling), 비즈 밀링(Beads milling) 등의 고경도 세라믹 매질의 이용; 고경도 로터의 고속 회전; 베르누이 원리를 이용하여 좁은 유로를 통과시키는 방법; 등 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 수계 슬러리 내에 인가될 수 있다. The high-pressure shear force may be determined by using a high-hardness ceramic medium such as planetary milling, attrition milling, beads milling or the like; High - speed rotation of high - hardness rotor; A method of passing a narrow passage through the Bernoulli principle; , And the like.
상기 균일 단분산된 수계 슬러리 내의 응집체의 크기는 300 nm 미만이며, 이는 다음 단계인 구형 과립을 획득하는 단계에서 슬러리의 균일한 액적 분무를 유도하고, 구형 과립의 균일성 및 입자 크기를 적절한 범위 내로 줄일 수 있다. The size of the agglomerates in the homogeneously monodispersed aqueous slurry is less than 300 nm, which leads to uniform droplet spraying of the slurry in obtaining the next step of spherical granules, Can be reduced.
일 실시예에 따라, 상기 급속동결 및 건조하여 구형 과립을 획득하는 단계는, 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 액체질소에 분무하여 급속동결한 이후 이를 동결 건조하여 구형 과립을 획득하는 단계이다. 즉, 액체질소가 담긴 수조에 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 구형의 액적으로 분무시켜 급속동결시키고, 동결된 구형 액적을 융해되기 전에 동결건조를 통해 잔류 용매, 예를 들어, 수분을 승화시킴으로써 나노입자로 이루어진 구형 과립을 획득하는 단계이다. According to one embodiment, the step of rapidly freezing and drying to obtain spherical granules comprises spraying the uniformly monodispersed aqueous slurry into liquid nitrogen, rapidly freezing it, and lyophilizing it to obtain spherical granules. That is, by spraying the uniformly monodispersed aqueous slurry into a spherical droplet in a water tank containing liquid nitrogen and rapidly freezing, and sublimating the residual solvent, for example, water, through freeze drying before the frozen spherical droplet is melted, Thereby obtaining a spherical granule composed of particles.
상기 구형 과립을 획득하는 단계는, 초음파 분무, 가압식 분무 및 고압 가스에 의한 간접 분무 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 분무할 수 있다. The step of acquiring the spherical granules may spray the uniformly dispersed aqueous slurry using at least one of ultrasonic spraying, pressurized spraying and indirect spraying with high-pressure gas.
상기 동결건조는, 상기 액체 질소 내에서 급속 동결된 구형 액적을 동결 건조기 내에서 1 시간 이상; 20 시간 이상; 또는 30 시간 이상 동안 동결 건조하여 구형 과립을 획득할 수 있으며, 바람직하게는 0.1 wt % 미만으로 수분을 제거하고, 승화되지 않은 얼음의 융해에 따른 과립간 응집을 방지하게 위해서 30 시간 이상; 36 시간 이상 동안 동결건조할 수 있다. The lyophilization may be performed in a freeze dryer in which the rapidly frozen spherical droplets are dissolved in the liquid nitrogen for 1 hour or more; 20 hours or more; Or lyophilized for at least 30 hours to obtain spherical granules, preferably at least 30 hours to remove moisture at less than 0.1 wt% and prevent agglomeration between granules due to melting of unsintered ice; It can be lyophilized for more than 36 hours.
상기 구형 과립은, 300 ㎛ 이하; 200 ㎛ 이하; 100 ㎛ 이하; 50 ㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 구형 과립의 동결건조 이후에 안정적으로 형태가 유지되고, 소결체의 소결 밀도, 강도, 경도및 투명도 등을 개선시킬 수 있다. The spherical granules have a particle size of 300 mu m or less; 200 탆 or less; 100 탆 or less; And may have a diameter of 50 mu m. If it is within the above range, the shape of the sintered body can be stably maintained after freeze-drying of spherical granules, and the sintered density, strength, hardness and transparency of the sintered body can be improved.
일 실시예에 따라, 상기 성형체를 형성하는 단계는, 상기 구형 과립을 건식 성형하여 일정한 형태의 성형체를 형성하는 단계이다. 상기 건식 성형은, 일정한 형태의 금형에 분말을 장입하고 일정한 압력을 가하여 성형체를 제조하는 것으로, 본 발명의 기술 분야에서 적용되는 건식 성형방법을 이용할 수 있으며, 예를 들어, 일축 성형, 정수압 성형, 온간 성형 등일 수 있다. According to one embodiment, the step of forming the molded body is a step of dry-molding the spherical granules to form a predetermined shaped body. The dry molding is a dry molding method in which the powder is charged into a certain mold and a certain pressure is applied to the molded body. The dry molding method applied in the technical field of the present invention can be used, for example, Warm molding, and the like.
일 실시예에 따라, 상기 성형체를 소결하는 단계는, 상기 성형체를 형성하는 단계에서 획득한 성형체를 소결하여 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹을 획득하는 단계이다.According to one embodiment, the step of sintering the molded body is a step of obtaining a magnesium aluminate spinel transparent ceramic by sintering the molded body obtained in the step of forming the molded body.
상기 성형체를 소결하는 단계는, 상기 성형체를 1차 소결하는 단계; 및 상기 1차 소결하는 단계 이후 2차 고압 열처리하는 단계; 를 포함할 수 있다. The step of sintering the formed body may include: a first sintering the formed body; And a second high pressure heat treatment after the first sintering step; . ≪ / RTI >
상기 1차 소결하는 단계는, 1,300 ℃ 내지 1,550 ℃ 온도에서 2 시간 내지 15 시간 동안 소결 열처리하여 1차 소결체를 획득할 수 있다. 상기 온도 및 시간 범위 내에 포함되면 90 % 이상의 소결 밀도를 갖는 1차 소결체를 획득하여 2차 고압 열처리 이후에 고강도 및 투명성을 갖는 소결체를 제공하고, 높은 온도에 따른 소결체 구성 입자의 성장에 따른 기계적 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. In the first sintering step, the first sintered body can be obtained by performing sintering heat treatment at a temperature of 1,300 ° C to 1,550 ° C for 2 hours to 15 hours. The sintered body having a sintered density of at least 90% when the temperature and time are within the above range is obtained, and a sintered body having high strength and transparency after the second high pressure heat treatment is obtained. The mechanical strength Can be prevented from being lowered.
상기 1차 소결하는 단계는, 공기, 산소, 진공, Ar, 및 N2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 분위기에서 수행될 수 있다. The first sintering may be performed in an atmosphere containing at least one selected from the group consisting of air, oxygen, vacuum, Ar, and N 2 .
상기 2차 고압 열처리하는 단계는, 상기 1차 소결하는 단계에서 수득된 1차 소결체의 소결밀도를 증가시켜 기계적 강도를 향상시키고, 투명도가 개선된 소결체를 획득할 수 있다. The second high pressure heat treatment step can increase the sintered density of the primary sintered body obtained in the primary sintering step to improve the mechanical strength and obtain the sintered body having improved transparency.
상기 2차 고압 열처리하는 단계는, 상기 1차 소결체를 열간 등방압 성형(Hot-isostatic press, HIP) 장치에 투입하고, 1,400 ℃ 내지 1,650 ℃에서 50 MPa 이상; 150 MPa 이상; 또는 150 MPa 내지 200 MPa에서 3 시간 내지 10 시간 동안 열간 등방압 성형을 수행할 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면, 충분한 기공의 제거가 이루어져 높은 투광도를 갖고, 고온에 따른 입성장에 의한 기계적 강도 저하를 방지할 수 있다. The second high-pressure heat treatment may be performed by introducing the primary sintered body into a hot-isostatic press (HIP) apparatus and heating at a temperature of 1,400 to 1,650 DEG C to 50 MPa or more; 150 MPa or more; Or from 150 MPa to 200 MPa for 3 hours to 10 hours. When the amount is within the above range, sufficient pores are removed, high transmittance is achieved, and mechanical strength deterioration due to grain growth due to high temperature can be prevented.
상기 2차 고압 열처리하는 단계는, Ar, N2 또는 이 둘을 포함하는 분위기에서 수행될 수 있다. The second high pressure heat treatment step may be performed in an atmosphere containing Ar, N 2, or both.
상기 2차 고압 열처리하는 단계에서 획득한 2차 소결체의 밀도는 3.35g/cm3 이상인 것이 바람직하다. 상기 밀도가 3.35g/cm3 미만이면 HIP 공정에 의한 완전한 치밀화(3.578 g/cm3)가 이루어지지 않는 문제가 있다. The density of the second sintered body obtained in the second high pressure heat treatment step is preferably 3.35 g / cm 3 or more. If the density is less than 3.35 g / cm 3 , complete densification (3.578 g / cm 3 ) by the HIP process is not achieved.
일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 방법으로 제조된 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹에 관한 것이다. 상기 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹은, 원료 나노분말에 고압의 전단력을 주어 균일 단분산 시킨 수계슬러리를 액체질소를 이용하여 급속 동결시켜 나노분말의 재응집을 억제함으로써 가시광선/자외선 영역에서의 투과도를 개선함과 동시에 결함의 억제를 통해 기계적 강도도 향상된 것일 수 있다.According to one embodiment, there is provided a magnesium aluminate spinel transparent ceramic produced by the process according to the present invention. The magnesium aluminate spinel transparent ceramics is obtained by rapidly freezing the aqueous slurry which is homogeneously monodispersed by applying a high shear force to the raw nano powder and liquid nitrogen to inhibit the re-agglomeration of the nano powder thereby to improve the transmittance in the visible ray / It is possible to improve the mechanical strength through improvement of the defect while suppressing the defect.
상기 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹은, 자외선 및 가시광선 영역에서 50 % 이상의 투과도를 가지며, 예를 들어, 자외선 영역, 예를 들어, 300 nm 파장에서 50 % 이상; 55 % 이상; 60 % 이상이며, 가시광선 영역, 예를 들어, 550nm 내지 800 nm 에서 70 % 이상; 80% 이상; 90 % 이상일 수 있다. The magnesium aluminate spinel transparent ceramic has a transmittance of at least 50% in the ultraviolet and visible regions, for example at least 50% in the ultraviolet region, for example at a wavelength of 300 nm; 55% or more; 60% or more, visible light region, for example, 70% or more at 550 nm to 800 nm; 80% or more; It can be more than 90%.
일 실시예에 따라, 상기 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹은, 250 MPa 이상; 또는 250 내지 300 MPa의 4점 굽힘강도를 가질 수 있다. According to one embodiment, the magnesium aluminate spinel transparent ceramic has a melting point of at least 250 MPa; Or a four point bending strength of 250 to 300 MPa.
< < 실시예Example 1 > 1>
(1) 구형 과립의 제조(1) Manufacture of spherical granules
원료 MgAl2O4 스피넬 분말은 프랑스 Baikowski 사의 S30CR 분말을 사용하였으며, 입자 크기의 중간값 D50이 55~60 nm 수준인 고순도 나노분말이며, 다각형 형태를 가진 등축 형상을 가지고 있다.The raw material MgAl 2 O 4 spinel powder is S30CR powder from Baikowski of France. It is a high-purity nano powder having a mean particle size D 50 of 55 to 60 nm, and has an equiaxed shape with a polygonal shape.
상기 원료분말을 최종 고상입자 부피분율 10.0 vol.%가 되도록 각각 3차 증류수(18.5MΩ)에 혼합하였다. 안정적인 슬러리를 얻기 위하여 계면활성제(ammonium polyacrylic acid, NH4PAA)를 2.5 wt% 첨가해 주었다. 상기 혼합된 슬러리는 1차로 24시간 동안 Ball-milling 공정을 통해 1차 분산시키고, 그 후 100 MPa의 고압 전단력을 인가하여 스피넬 나노입자를 균일하게 2차 분산시켜 단분산 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리 내의 입자를 분석하여 도 2에 나타내었다. The raw material powder was mixed with third distilled water (18.5 M?) So as to have a final solid particle volume fraction of 10.0 vol.%. To obtain a stable slurry, 2.5 wt% of a surfactant (ammonium polyacrylic acid, NH 4 PAA) was added. The mixed slurry was first dispersed for 24 hours in a ball milling process, and then a high pressure shear force of 100 MPa was applied to uniformly disperse the spinel nanoparticles in a second order to prepare a monodispersed slurry. The particles in the slurry were analyzed and shown in Fig.
상기 슬러리를 압력식 분무기를 이용하여 액체질소가 담긴 수조에 분무하여 급속동결시켜 주었으며, 동결건조를 통해 구형의 과립을 얻었다. 상기 구형의 과립의 이미지를 도 3에 나타내었다. The slurry was sprayed into a water tank containing liquid nitrogen using a pressure type atomizer and rapidly frozen, and spherical granules were obtained through freeze-drying. An image of the spherical granules is shown in Fig.
(2) 투명 세라믹의 제조(2) Production of transparent ceramics
스틸 몰드를 이용하여 1축 성형을 하고 추가로 200 MPa 에서 정수압 성형을 하여 성형체를 수득하였다. 상기 성형체를 850 ℃에서 탈지 처리하여 계면활성제를 완전히 제거하였다. 그 후 공기 분위기 하에서 1450 ℃, 1500 ℃, 1550 ℃, 1600 ℃ 에서 2시간 소결(1차 소결)하여 밀도를 측정하고, 소결체의 밀도는 Archimedes 방법(ASTM C373)을 통해 측정하였다. 그 결과는 도 4에 나타내었다. And then subjected to uniaxial molding using a steel mold, followed by hydrostatic molding at 200 MPa to obtain a molded article. The molded article was degreased at 850 DEG C to completely remove the surfactant. Thereafter, the density was measured by sintering (primary sintering) at 1450 ° C., 1500 ° C., 1550 ° C., and 1600 ° C. for 2 hours under an air atmosphere, and the density of the sintered body was measured by Archimedes method (ASTM C373). The results are shown in Fig.
도 4의 소결체 중 밀도가 3.35 g/cm3 이상인 소결체를 대상으로 최종적으로 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹을 얻기 위해 소결체를 Hot isostatic press 장치에서 1,450 ℃, 180 MPa, Ar 분위기 하에 가압하여 5시간 동안 열처리를 하였다(2차 열처리). The density of the sintered body of Figure 4 3.35 g / cm 3 The sintered body was pressurized in a hot isostatic press at 1,450 ° C and 180 MPa in an Ar atmosphere for 5 hours to obtain a magnesium aluminate spinel transparent ceramic.
< < 실시예Example 2 > 2>
상기 원료분말을 최종 고상입자 부피분율 10.0 vol.%를 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 100 MPa의 고압 전단력을 인가하여 스피넬 나노입자를 균일하게 2차 분산시켜 단분산 슬러리를 제조하고, 구형 과립을 획득한 이후 소결체를 제조하였다. 상기 슬러리 내의 입자를 분석하여 도 2에 나타내었다. A high pressure shear force of 100 MPa was applied in the same manner as in Example 1 except that the final solid particle volume fraction was 10.0 vol.%, And the spinel nanoparticles were uniformly quadratically dispersed to prepare a monodisperse slurry. After obtaining the granules, sintered bodies were prepared. The particles in the slurry were analyzed and shown in Fig.
< < 비교예Comparative Example 1 > 1>
100 MPa의 고압 전단력을 적용하지 않고, 실시예 1과 동일한 방법으로 Ball-milling 공정을 통해 1차 분산된 최종 고상입자 부피분율 20.0 vol.%의 슬러리를 제조하고, 구형 과립을 획득한 이후 소결체를 제조하였다. 상기 슬러리 내의 입자를 분석하여 도 2에 나타내었다.A slurry having a final solid particle volume fraction of 20.0 vol.% Was prepared by a ball-milling process in the same manner as in Example 1 without applying a high-pressure shear force of 100 MPa, and after obtaining spherical granules, . The particles in the slurry were analyzed and shown in Fig.
도 2에서 실시예 및 비교예에서 제조된 각 슬러리의 입자 분포를 레이저 분석기를 이용하여 나타내었다. 도 2를 살펴보면, 고압전단력을 인가한 경우는 300 nm 이상 크기의 응집체가 전혀 없었는데 반해, Ball-milling 만 적용한 슬러리(비교예 1)의 경우 1~2 um를 초과하는 응집체가 여전히 다량 검출됨을 알 수 있다. In FIG. 2, the particle distributions of the slurries prepared in Examples and Comparative Examples are shown using a laser analyzer. 2, there was no agglomerate having a size of 300 nm or more in the case of applying a high pressure shear force. On the contrary, in the case of the ball-milling-only slurry (Comparative Example 1) .
도 3에서 실시예 1에서 획득한 구형의 과립의 이미지를 나타낸 것으로, 과립의 평균 크기는 약 50 um인 것을 확인할 수 있다. FIG. 3 shows the image of the spherical granules obtained in Example 1, and the average size of the granules is about 50 μm.
도 4에서 성형체를 1,450 ℃ ~ 1,600 ℃에서 소결했을 때, 실시예 1의 경우가 소결체의 밀도가 가장 높았다. 고상입자 부피분율이 낮은 경우 다소 소결성이 증가되는 효과를 확인할 수 있다. In Fig. 4, when the formed body was sintered at 1,450 ° C to 1,600 ° C, the density of the sintered body was the highest in the case of Example 1. When the volume fraction of the solid phase particle is low, the effect of increasing the sintering property can be confirmed.
< <
시험예Test Example
1 > 1>
고상입자Solid particle
부피분율과Volume fraction
분산방법에 따른 투과도 평가 1 Evaluation of permeability according to
도 5는 실시예 및 비교예에서 제조된 최종 1550 ℃에서 2차 소결된 세라믹 시편의 이미지를 나타낸 것으로, 도 5에서 나타낸 바와 같이, 세 시편 모두 아래에 받쳐져 있는 종이의 글자가 보일 정도로 가시광선에서 투광도를 가지고 있지만, 중앙에 있는 실시예 1의 경우 투광도가 가장 높은 것을 알 수 있고, 좌측에 있는 비교예 1의 시편의 경우가 다른 두 시편에 비해 투광도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다. Fig. 5 shows images of a second sintered ceramic specimen at 1550 DEG C manufactured in Examples and Comparative Examples. As shown in Fig. 5, It can be seen that the translucency of the specimen of Comparative Example 1 on the left side is lower than that of the other two specimens on the left side.
< <
시험예Test Example
2 > 2>
고상입자Solid particle
부피분율과Volume fraction
분산방법에 따른 투과도 평가 2 Evaluation of permeability according to
상기 시험예 1의 투과도 평가를 보다 정밀하게 평가하기 위해 분광기를 이용하여 광투과율을 측정하였다. The light transmittance was measured using a spectroscope to more accurately evaluate the transmittance evaluation of Test Example 1 above.
시험예 1에서 사용한 세 시편(1550 ℃)과 1600 ℃ 소결체 세 시편에 대해 광투과율을 측정하였다. 광투과율은 UV-Vis-NIR spectrophotometer(Cary 5000, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) 장치를 통해 파장 범위 0.3 ~ 0.8 ㎛ 영역에서 직경 4 mm 슬릿을 이용하여 직선 투과도를 측정하였다. 그 결과는 도 6에 나타내었다. 도 6에서 도 5와 같이, 육안으로 투광도 차이를 구분되는 것처럼, UV/Vis/NIR spectroscope로 측정한 직선 투과도를 보면 투광도의 차이가 확연히 나타나고 있다. 실시예 1의 시편이 가장 투광도가 높고, 실시예 2의 경우가 그 다음, 비교예 3의 경우가 가장 낮은 가시광선 투광도를 나타내고 있음을 알 수 있다.The light transmittance of the three specimens (1550 ° C) and the sintered specimen of 1600 ° C used in Test Example 1 were measured. The light transmittance was measured using a UV-Vis-NIR spectrophotometer (Cary 5000, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) using a 4 mm diameter slit in the wavelength range of 0.3 to 0.8 μm. The results are shown in Fig. As shown in FIG. 6, as shown in FIG. 5, the difference in transmittance between the visible light and the UV / Vis / NIR spectroscope clearly shows the difference in transmittance. It can be seen that the specimen of Example 1 has the highest transmittance, the case of Example 2 has the lowest visible light transmittance, and the case of Comparative Example 3 has the lowest visible light transmittance.
투과도가 다르게 나타나는 이유를 분석하기 위해 각 시편에 대한 성형체, 1차 소결체, 2차 고압 열처리한 시편을 각각 주사전자현미경(SEM)을 측정하여 도 7 내지 도 9에 나타내었다.In order to analyze the reason why the transmittance is different, a molded body, a first sintered body and a second high-pressure heat-treated specimen for each specimen were respectively measured by a scanning electron microscope (SEM) and shown in FIGS. 7 to 9.
도 7에서 수계 슬러리의 준비 조건에 따라 성형체 파단면의 형태가 크게 차이남을 알 수 있다. 비교예 1의 경우 계단 형태의 파단면이 나타났는데 이는 슬러리 분산의 불균일성이 그대로 반영된 것이다. 실시예 1과 실시예 2에서는 계단 형태의 파단면은 나타나지 않았으며, 이는 균일 분산에 의한 것이다. 다만 실시예 2에서는 일부 응집체가 관찰되었는데, 이는 고상입자 분율이 높아짐에 따라 입자간 거리가 가까워져 Van der Waals 인력에 의해 지엽적인 응집체가 나타난 것이다. In FIG. 7, it can be seen that the form of the fracture surface of the formed body largely differs according to the preparation conditions of the aqueous slurry. In the case of Comparative Example 1, a step-like fracture surface appears, which reflects the non-uniformity of the slurry dispersion. In Example 1 and Example 2, a step-like fracture section is not shown, which is due to uniform dispersion. However, in Example 2, some agglomerates were observed. As the solid fraction increased, the distance between particles became closer to each other, and local aggregates were formed by Van der Waals attraction.
도 8에서 수계 슬러리의 준비 조건에 따라 1차 소결체 연마면의 형태가 크게 차이남을 알 수 있다. BM20의 경우 크고 긴 원호 형태의 기공이 나타났는데 이는 도 7에서 관찰된 계단형 파단면이 그대로 반영된 것이다. 실시예 1과 실시예 2에서는 원호 형태의 기공은 나타나지 않고 균일하게 분산된 고립 기공들이 관찰되었는데, 파단면의 형태가 그대로 소결체에 반영된 것이다. 다만 실시예 2에서 실시예 1에 비해 상대적으로 큰 기공이 조금 관찰되었다.In FIG. 8, it can be seen that the shapes of the primary sintered body polishing surfaces are largely different depending on the preparation conditions of the aqueous slurry. In the case of BM20, large and long circular pores were observed, reflecting the stepped fracture profile observed in FIG. In Examples 1 and 2, circular pores were not observed but uniformly dispersed isolated pores were observed. The shape of the fracture surface was reflected in the sintered body as it is. However, a relatively large pore was observed in Example 2 as compared with Example 1.
도 9에서 수계 슬러리의 준비 조건에 따라 2차 열처리한 소결체 연마면의 형태가 크게 차이남을 알 수 있다. 비교예 1의 경우 크고 긴 원호 형태의 기공이 나타났는데 이는 도 8에서 관찰된 기공이 제거되지 않고 잔류한 것이다. 실시예 1과 실시예 2에서는 원호 형태의 기공은 나타나지 않고 균일하게 분산된 고립 기공들이 관찰되었는데, 1차 소결체 연마면의 형태가 그대로 소결체에 반영된 것이다. 다만 실시예 2에서의 기공이 실시예 1에 비해 상대적으로 크고 그 수가 많았다.It can be seen in FIG. 9 that the shapes of the sintered body polishing surfaces subjected to the secondary heat treatment differ greatly depending on the preparation conditions of the aqueous slurry. In the case of Comparative Example 1, pores having a large and long arc shape were observed, which was observed without removing the pores observed in FIG. In Examples 1 and 2, circular pores were not observed but uniformly dispersed isolated pores were observed. The shape of the primary sintered body polishing surface was directly reflected in the sintered body. However, the pores in Example 2 were relatively larger and larger than those in Example 1.
결론적으로, 성형체, 1차 소결체 및 2차 고압 열처리한 시편들에 대한 주사전자현미경 관찰 결과, 수계 슬러리의 준비 조건에 따라 시편 내부의 기공 결함의 형태와 크기가 현저히 차이가 나는 것을 볼 수 있으며, 이런 차이가 자외선/가시광선 영역의 투과도 차이로 그대로 반영되는 것으로 볼 수 있다. 즉, 수계 슬러리 내의 고상입자 분율이 낮고 고압 전단력에 의해 균일 분산된 슬러리를 사용하는 것이 높은 투과도를 가지는 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹을 제조하는데 유리하다. As a result, the shape and size of the pore defects in the specimen were significantly different according to the preparation conditions of the aqueous slurry, as a result of scanning electron microscopic observation of the molded body, the first sintered body and the second high pressure heat- This difference can be seen as reflected in the difference in transmittance in the ultraviolet / visible region. That is, it is advantageous to prepare a magnesium aluminate spinel transparent ceramic having a high permeability by using a slurry having a low solid fraction fraction in the aqueous slurry and uniformly dispersed by a high pressure shear force.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. Although the embodiments have been described with reference to the drawings, various technical modifications and variations may be applied to those skilled in the art. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (14)
상기 수계 슬러리에 상기 나노분말을 분산시켜 균일 단분산된 수계 슬러리를 형성하는 단계; 및
상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 액체질소에 분무하여 급속동결 및 동결 건조하여 구형 과립을 획득하는 단계;
상기 과립을 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및
상기 성형체를 소결하는 단계;
를 포함하는,
상기 나노분말의 수계 슬러리에서 고상입자의 부피분율은, 0 초과 내지 20 % 미만인 것인,
마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
Preparing an aqueous slurry of magnesium aluminate nano powder;
Dispersing the nanopowder in the aqueous slurry to form a uniformly monodispersed aqueous slurry; And
Spraying the homogeneously monodispersed aqueous slurry into liquid nitrogen to obtain spherical granules by rapid freezing and lyophilization;
Molding the granules to form a formed body; And
Sintering the shaped body;
/ RTI >
Wherein the volume fraction of the solid particles in the aqueous slurry of the nano powder is greater than 0 and less than 20%
Method of manufacturing magnesium aluminate spinel transparent ceramic.
상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 형성하는 단계는, 상기 수계 슬러리에 고압 전단력을 가하여 수행하는 것인,
마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein forming the homogeneously monodispersed aqueous slurry is performed by applying a high pressure shear force to the aqueous slurry.
Method of manufacturing magnesium aluminate spinel transparent ceramic.
상기 고압 전단력은 50 MPa 이상인 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the high-pressure shearing force is at least 50 MPa.
상기 나노분말의 입자 크기는, 40 nm 내지 300 nm인 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nano powder has a particle size of 40 nm to 300 nm.
상기 균일 단분산된 수계 슬러리 내의 응집체의 크기는 300 nm 미만인 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the size of the agglomerates in the homogeneously monodispersed aqueous slurry is less than 300 nm. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
상기 구형 과립을 획득하는 단계는, 초음파 분무, 가압식 분무 및 고압 가스에 의한 간접 분무 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 균일 단분산된 수계 슬러리를 분무하는 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of obtaining the spherical granules comprises spraying the homogeneously monodisperse aqueous slurry using at least one of ultrasonic spraying, pressurized spraying and indirect spraying with a high-pressure gas to produce a magnesium aluminate spinel transparent ceramic .
상기 구형 과립은, 300 ㎛ 이하의 직경을 갖는 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the spherical granules have a diameter of 300 mu m or less.
상기 성형체를 소결하는 단계는, 상기 성형체를 1차 소결하는 단계; 및 상기 1차 소결하는 단계 이후 2차 고압 열처리하는 단계; 를 포함하는 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of sintering the formed body may include: a first sintering the formed body; And a second high pressure heat treatment after the first sintering step; ≪ / RTI > wherein the magnesium aluminate spinel transparent ceramic has a thickness of at least 100 microns.
상기 1차 소결하는 단계는, 1,300 ℃ 내지 1,550 ℃ 에서 수행되는 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first sintering step is performed at a temperature of 1,300 ° C to 1,550 ° C.
상기 1차 소결하는 단계는, 밀도 3.35 g/cm3 이상의 소결체를 획득하는 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the first sintering step obtains a sintered body having a density of at least 3.35 g / cm < 3 >.
상기 2차 고압 열처리하는 단계는, 1,400 ℃ 내지 1,650 ℃ 및 50 MPa 이상의 압력에서 수행되는 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the second high pressure heat treatment step is carried out at a pressure of 1,400 DEG C to 1,650 DEG C and a pressure of 50 MPa or more.
자외선 및 가시광선 영역에서 50 % 이상의 투과도를 갖는, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹.
A process for the preparation of a compound according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 12,
Magnesium aluminate spinel transparent ceramics having a transmittance of at least 50% in the ultraviolet and visible light regions.
상기 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹은, 250 MPa 이상의 강도를 갖는 것인, 마그네슘 알루미네이트 스피넬 투명세라믹.
14. The method of claim 13,
Wherein the magnesium aluminate spinel transparent ceramic has a strength of at least 250 MPa.
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