Effect of h-BN Content on Microstructure and Mechanical Properties of AIN Ceramics

The effect of h-BN content on microstructure, mechanical properties, and machinability of AlN-BN based machinable ceramics were investigated. The relative density of sintered compact decreased with increasing h-BN content. The four-point flexural strength also decreased from 238 MPa of monolith up to 182 MPa by the addition of 30 vol％ h-BN. Both low Young's modulus and residual tensile stress, formed by the thermal expansion coefficient difference between AIN and h-BN, might cause the strength drop in AlN-BN composite. The crack deflection, and pull-out phenomena increased by the plate-like h-BN. However, the fracture toughness decreased with h-BN content. The second phases, consisted of YAG and ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$, were formed by the reaction between Al$_2$O$_3$ and Y$_2$O$_3$. During end-milling process, feed and thrust forces measured for AlN-(10～30) vol％ BN composites decreased with increasing h-BN particles, showing excellent machinability. Also, irrespective of h-BN content, relatively good surfaces with roughness less than 0.5 m (Ra) could be achieved within short lapping time.

AIN 세라믹스의 미세조직과 기계적 성질에 미치는 h-BN 첨가의 영향

AIN-BN계 머시너블 세라믹의 미세조직, 기계적 성질 및 기계 가공성에 미치는 h-BN 첨가의 영향을 조사하였다. 소결체의 상대밀도는 h-BN 첨가량의 증가와 더불어 감소하였다. 또한, 4점 굽힘 강도도 AIN 단미의 238 MPa에서 30 vo1% BN 첨가에 의해 182 MPa까지 감소하였다. 낮은 탄성계수와 AIN 매트릭스와 h-BN 입자와의 열팽창계수의 차이에 의해 발생한 잔류인장응력에 의해 AIN-BN 복합재료의 강도가 감소되었다고 생각된다. 판상형태의 h-BN 입자에 의해 균열편향과 pull-out은 증가하였으나, 파괴인성은 BN 첨가량과 더불어 감소하였다. AIN 분말표면에 존재하는 알루미나와 소결조제인 $Y_2$O$_3$와의 반응에 의해 2차상인 YAG상과 ${\gamma}$-Al$_2$O$_3$상이 생성되었다. AIN에 10～30 vo1%의 BN을 첨가한 복합재료에 대하여 수행한 절삭시험에서 절삭력과 배분력은 h-BN 첨가량에 따라 감소하였으며, 우수한 기계 가공성을 입증하였다. 또한, 모든 시편에서 짧은 시간 내에 0.5 $\mu$m (Ra) 이하의 비교적 양호한 표면 거칠기에 도달할 수 있었다.