Porous zirconia ceramics are widely considered to be important due to their unique properties and potential applications. In this paper, we propose a novel approach to produce porous zirconia ceramics. The linear shrinkage of the prepared porous zirconia ceramics could be controlled to 4% by incorporating pre-sintered zirconia granules and hollow polymeric spheres. We also investigated the effect of pre-sintered zirconia granules on the microstructure and the properties, such as the porosity, pore distribution, and bending strength of the porous zirconia ceramics.
It is well known when porous calcium phosphate ceramics are used as a bone graft substitute, new tissues or blood vessels are grown into the porous implant due to their excellent biocompatibility. In this study, the ${\beta}$-crystalline form of calcium metaphosphate, $Ca(PO_{3})_{2}$ is prepared by the controlled thermolysis of monocalcium phosphate, $Ca(H_{2}PO_{4})_{2}$. The diameter of cylindrical pores formed during cooling was controlled by a holding time at the melting point of a monocalcium phosphate and by the change of a recrystallization temperature, to obtained the most appropriate size (about $200{\mu}m$) of pores. It was observed that the increasing holding time at the melting point of monocalcium phosphate results in the decreases of pore sizes.
In order to prepare the porous hydroxyapatite (HA) ceramics with different porosity, interconnectivity, mechanical properties, surface chemistry and tissue response, several methods have been developed. Of the different forms of Porous HA ceramics which were prepared by various methods, only the coralline HA has undergone major clinical applications in orthopaedic, maxillofacial and ophthalmic surgery. In this study, totally synthetic macroporous HA ceramics with various pore size distribution were prepared. It is shown that the new reticulate HA ceramics, comprised of interconnected voids surmunded by a web of ceramic, have a morphology which mimics that of human trabecular bone.
본 연구에서는 부분산화한 Ti 분말을 첨가한 $BaTiO_3$계 세라믹스를 진공중 $1350^{\circ}C$에서 1 h 소결하여 제조하였다. 공기중 가열후 전기적 성질과 미세조직에 미치는 부분산화한 Ti분말 첨가량의 효과를 조사하였다. 그 결과, 5~7vol%의 부분산화한 Ti분말을 첨가한 반도성 $BaTiO_3$계 세라믹스는 비정항의 변화크기가 $10^5$이상인 우수한 PTCR 특성을 나타내었고 또한, 고다공질과 미립화된 조직을 얻을 수 있었다. 5 vol%의 부분산화한 Ti 분말을 첨가한 $BaTiO_3$계 세라믹스의 상대밀도와 입도는 각각 54%, $1.3\;{\mu\textrm{m}}$였다. 부분산화한 Ti 분말의 첨가에 의한 $BaTiO_3$계 세라믹스의 PTCR 특성 발현은 입계에서의 산소 흡착에 기인하였는데, 이는 Heywang모델로써 설명할 수 있었다.
다공질 세라믹스 흡음재료의 흡음특성과 물리.기계적 특성에 미치는 하수슬러지 슬래그 첨가량과 입경 효과에 대하여 조사하였다. 시편의 물리.기계적 특성은 슬래그 입경과 관계 없이 소성온도가 증가하고 슬래그 함량이 감소함에 따라 증가하였으며, 슬래그의 함량이 일정한 시편은 물유리 첨가량이 증가하고 슬래그 입경이 감소함에 따라 증가하였다. 1~3mm 크기의 슬래그를 약 77~89 wt% 함유하고 1,05$0^{\circ}C$에서 2시간 소성한 시편의 부피비중은 1.48~1.71, 압축강도 85~163 kgf/$\textrm{cm}^2$을 나타내었으며, 1~3mm의 슬래그를 이용한 시편은 저주파영역, 슬래그 입경이 1 mm이하인 시편은 고주파영역의 흡음특성이 향상되었으며, 시편의 두께가 증가함에 따라 저주파영역의 흡음특성이 향상되었다.
SiC는 큰 에너지 밴드 갭을 갖고, 불순물 도핑에 의해 p형 및 n형 전도의 제어가 용이해서 고온용 전자부품 소재로 활용이 가능한 재료이다. 특히 $N_2$ 분위기, $2000^{\circ}C$에서 ${\beta}-SiC$ 분말로부터 제조한 다공질 n형 SiC 반도체의 경우, $800{\sim}1000^{\circ}C$에서의 도전율 값이 단결정 SiC와 비교해서 비슷하거나 오히려 높은 값을 나타내었으며, 반면에 열전도율은 치밀한 SiC 세라믹스와 비교시 1/10~1/30 정도로 낮은 값을 나타내었다. 본 연구에서는 소결온도를 낮추기 위해 n형 ${\beta}-SiC$에 함침 시킨 polycarbosilane (PCS)의 열분해에 의한 반응소결 공정 ($1400{\sim}1600^{\circ}C$)으로 다공질 소결체를 제작하였다. 함침 및 소결공정($N_2$ 분위기, $1600^{\circ}C$, 3시간)을 반복함에 따라 상대밀도는 크게 증가하지 않았지만 Seebeck 계수 및 도전율은 크게 증가하였다. 본 연구에서의 열전변환 효율을 반영하는 power factor는 고온에서 상압소결 공정으로 제작한 다공질 SiC 반도체에 비해 1/100~1/10 정도 작게 나타났지만, 미세구조 및 캐리어 밀도를 정밀하게 제어하면, 본 연구에서의 반응소결 공정으로 제작한 SiC 반도체의 열전물성은 크게 향상될 것으로 판단된다.
Using zirconia and poly (methyl methacrylate-coethylene glycol dimethacrylate) (PMMA) microbeads, macroporous zirconia ceramics were fabricated by a simple pressing method. Effects of template size and content on microstructure, porosity, and flexural and compressive strengths were investigated in the processing of the macroporous zirconia ceramics. Three different sizes of microbeads (8, 20, and $50{\mu}m$) were used as a template for fabricating the macroporous ceramics. The porosity increased with increasing the template size at the same template content. The flexural and compressive strengths were primarily influenced by the porosity rather than the template size. However, the strengths increased with decreasing the template size at the same porosity. By controlling the template size and content, it was possible to produce macroporous zirconia ceramics with porosities ranging from 58% to 75%. Typical flexural and compressive strength values at 60% porosity were ${\sim}30\;MPa$ and ${\sim}75\;MPa$, respectively.
Effect of template size ratio on porosity and mechanical properties of porous zirconia ceramics were investigated using two different size (${\sim}8{\mu}m$ and ${\sim}50{\mu}m$ in diameter) of polymethyl methacrylate-coethylene glycol dimethacrylate (PMMA) microbeads as sacrificial templates. Porosity of the porous zirconia ceramics increased with decreasing the template size ratio ($8{\mu}m: 50{\mu}m$) whereas the compressive and flexural strengths of the porous zirconia ceramics increased with increasing the template size ratio. By controlling the template size ratio, sintering temperature and sintering time, it was possible to produce porous zirconia ceramics with porosities ranging from 57% to 69%. Typical flexural and compressive strength values of porous zirconia ceramics with ${\sim}60%$ porosity were ${\sim}37\;MPa$ and ${\sim}85\;MPa$, respectively.
Porous hydroxyapatite(HA) and HA-coated porous $Al_2O_3$ possessing pore characteristics required for bone substitutes were prepared by a slurry foaming method combined with gelcasting. The HA coating was deposited by heating porous $Al_2O_3$ substrates in an aqueous solution containing $Ca^{2+}$ and ${PO_4}^{3-}$ ions at $65{\sim}95^{\circ}C$ under ambient pressure. The pore characteristic, microstructure, and compressive strength were investigated and compared for the two kinds of samples. The porosity of the samples was about 81% and 80% for HA and $Al_2O_3$, respectively with a highly interconnected network of spherical pores with size ranging from 50 to $250{\mu}m$. The porous $Al_2O_3$ sample showed much higher compressive strength(25 MPa) than the porous HA sample(10 MPa). Fairly dense and uniform HA coating(about $2{\mu}m$ thick) was deposited on the porous $Al_2O_3$ sample. Since the compressive strength of cancellous bone is $2{\sim}12$ MPa, both the porous HA and HA-coated porous $Al_2O_3$ samples could be successfully utilized as scaffolds for bone repair. Especially the latter is expected suitable for load bearing bone substitutes due to its excellent strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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