• Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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• v.9 no.4
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• pp.5-14
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• 1987

세라믹스는 내열성, 고온강도, 내creep성, 내식성, 내마모성이 우수하며 경량이라는 점등, 금속재료 나 유기고분자재료와 비교화여 구조재료로서 이용하기 위한 많은 우수한 성질을 구비하고 있다. 따라서 세라믹스를 고효율 열기관, 정밀기계 가공부품, 생체재료(Bio-ceramics) 등의 신분야 즉, 금속재료나 유기고 분자재료로는 기대할 수 없는 가혹한 사용조건하에서 구조재료로의 이용이 기 대되고 있으며 엔진부품, 치골재료, seal재 등 일부에서는 실용화 되고 있기도 한다. 그러나 세 라맥스재료는, 강도는 실온에서도 금속재료에 필적하는 것이 얻어지고 있으나 인성(toughness)이 낮고 깨지기 쉬우며 안정성 및 신뢰성이 결핍되어 있어 사용상 큰 문제점으로 되어있다. 따라서 세계선진각국에서는 세라믹재료의 신뢰성을 높이기 위해 세라믹스의 고강도, 고인성화에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 필자는 세라미엔진부품에 이용되고 있거나 가까운 장래에 이용이 가능한 각종 부품들에 대해 소개하고 세라믹엔진의 실용화를 위한 최근의 연구동향을 정리하여 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.11a
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• pp.42.2-42.2
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• 2009

인체의 치아 및 뼈는 무기질 성분과 단백질로 구성되어 있다. 생체세라믹스의 일종인 수산화아파타이트(Hydroxyapatite, HA; $Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$)는 결정학적, 화학적으로뼈의 무기질 성분과 거의 유사하여 실제 체내에 들어가면 주위 뼈와 화학적 반응을 하여 단단한 결합을 이루는 생체활성(bioactive)을 가진 것으로 알려져 있다. 또한, 인산삼칼슘(Tri-Calcium Phosphate, TCP; $Ca_3(PO_4)_2$)은 체내에 이식 시 체액에 용해되어 신생골을 유도하는 생체흡수성(bioresorbable) 세라믹스로 알려져 있다. 상기 2종류를 포함한 인산칼슘계 화합물은 우수한 생체친화성에도 불구하고 역학 특성이 낮아, 하중을 거의 받지 않는 분야에만 사용되고 있는 실정이며, 하중을받는 분야(load-bearing part)에 적용하기 위해서는 고강도/고인성의 세라믹스와의 micro-composite이나 인산칼슘계화합물을 금속 표면에 코팅한 macro-composite의 형태로 사용되고 있다. 하중을 거의 받지 않는 분야, 예를 들어 치아 결손부를 보충할 dental shot과 같은 인산칼슘계 다공질 골충전재의 경우에도 취급 시 잘게 파손되는 문제점이 있어 치과의사들이 어려움을 호소하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 HA, TCP의 역학특성을 증진시키고자 소결 공정 제어를 통하여 미세조직을 변화시켰으며, 미세조직 변화에 따른 세포반응성을 골포세포주를 이용하여 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2006.05a
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• pp.340-341
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• 2006

입자분포가 서로 다른 분체를 소수화 및 친수화 표면을 갖도록 표면개질을 하여 solid casting으로 성형하여 소결함으로써 계면장력에 의한 전기적 반발로 자기배열 구조를 갖는 다층 다공질 구조의 세라믹 담체의 제조가 가능하였다.

• Proceedings of the Korean Ceranic Society Conference
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• 2003.04a
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• pp.126.1-126
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• 2003

• Proceedings of the Korean Ceranic Society Conference
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• 2003.04a
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• pp.211.1-211
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• 2003

• Proceedings of the Korean Magnestics Society Conference
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• 2003.06a
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• pp.80-81
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• 2003

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 1993.05a
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• pp.120-121
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• 1993

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.344-344
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• 2008

최근 들어, 압전 세라믹스 제조기술의 급속한 발전으로 기계, 전자뿐만 아니라 휴대용 전자기기의 초소형 적층형 압전모터 및 압전변압기 같은 고품질 압전소자의 개발에 있어 특히 소자의 소형화에 따라 나노크기의 분말제조가 연구의 주류를 이루고 있다. 현재 이러한 나노크기의 세라믹스 제조에 사용되는 방법으로는 화학적 공침법, 졸겔법, 수열반응, 그리고 고에너지 볼밀법등이 보고되고 있다. 볼밀링 공정은 세라믹제조 시 필수 불가결한 공정이나 일반적으로 미세화에 그 한계가 있어 $1{\mu}m$이하의 입자크기를 가지는 분말은 제조가 곤란한 것으로 인식되어 왔다. 그러나 고에너지 볼밀을 이용한 볼밀링은 원료의 변형, 파괴 등과 같은 원료의 물리적 변화 뿐만 아니라 원료를 구성하는 원자/분자 구조에 영향을 미쳐 원료의 화학적 특성의 변화를 유발한다. 이러한 화학적 특성의 변화는 이종 원료간의 화학 반응성을 향상시켜 밀링 중에 새로운 화학종의 생성을 유발하게 되는데 이러한 현상을 mechanochemical 효과라 한다. 이러한 mechanochemical 효과는 나노 분말 입자의 제조뿐만 아니라, 분자설계, 재료합성, 자원처리 및 리사이클링 등에도 그 적용이 시도되고 있다. 이러한 mechanochemical 효과를 이용하여 분말을 미세화 함으로써 저온 소결과 재료특성 향상을 기대해 볼 수 있다. 따라서, 이번 연구에서는 우수한 압전 특성을 가진 PMN-PNN-PZT조성을 가지고 시편을 제작하였으며, 고에너지 볼밀시간에 따라 그 압전 및 유전특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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• 1996.06b
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• pp.259-279
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• 1996

최근 정보·전자산업의 발전으로 고 신뢰성 전자재료에 대한 수요가 증대되고 있으며 이러한 첨단산업의 기반의 될 신소재 중 전자세라믹스가 차지하는 비중이 그 대부분을 차지하고 있으며 이에 대한 수요와 기대가 점점 커지고 있다. 이러한 전자세라믹스는 유전재료, 자성재료, 압전재료, 도전성 재료 등으로 나뉘게 된다. 어떠한 분류에 들어가든 그 조성은 금속의 산화물 형태가 일반적이며 미세한 분말의 성형체를 소결(sintering) 함으로써 최종제품으로 완성된다. 이러한 전잣라믹스가 최근 요구되는 고 신뢰성, 고 밀도화를 달성하기 위해선 원료 분말 제조단계부터 제어가 필요하다. 원료분말의 균일·균질성과 그 입도는 소결특성 뿐만아니라 전기적 특성에도 큰 영향을 미치기 때문이다. 세라믹스의 분말제조 방법 중 일반적으로 사용되는 방법으로는 고상 산화물을 혼합하여 하소(calcination)한 후 분쇄하는 '고상합성법'과 금속의 염 또는 alkoxide 용액을 이용하여 화학적으로 제조하는 '습식 화학적 합성법'이 있다. 고상합성법은 합성온도가 높고 기계적 분쇄와 혼합에 의존하므로 균일·균질성이 떨어지고 분말크기를 1㎛ 이하로 만들기 힘들다. 반면에 습식화학적 합성법은 기계적인 분쇄와 혼합에선 얻을 수 없는 원자 혹은 분자단위의 균일한 혼합과 submicron 이하의 미세한 분말을 얻을 수 있다. 따라서 이러한 습식 화학적 합성으로 얻은 분말을 사용하면 미세한 입자의 특성으로 인해 소결온도를 낮출 수 있으며 균일한 미세구조와 균질한 조성을 갖게되어 기계적·전기적 물성증진도 가져올 수 있게 된다. 습식 화학적 분말합성법은 전술하였듯이 alkoxide의 가수분해를 이용하는 sol-gel 법과 금속의 염(salt) 용액을 이용하여, 화학적으로 화합물 침전을 얻거나 또는 공침전물(coprecipitate) 형태의 분말을 얻는, 침전법으로 나뉠 수 있다. 침전법의 근본원리는 pH 및 pCO3 등에 따른 이온종의 용해도 차이를 이용하는 것으로써 각 이온종에 따른 solubility product(ksp)를 이용하여 설명된다. 본 연구에서는 침전법을 사용한 Ba-, Pb-계 전자세라믹스의 분말합성에 대한 이론적 고찰과 공정개발 및 실험을 통한 물성증진 효과에 대해 알아보았다. 본 실험상의 전자세라믹스 조성은 강유전체, 세라믹반도체, 압효과에 대해 알아보았다. 본 실험상의 전자세라믹스 조성은 강유전체, 세라믹 반도체, 압전재료로 널리 사용되는 BaTiO3, PZT(PbZrO3-PbTiO3)와 수직 자기기록매체로 큰 가능성이 있으며 hard ferrite로 널리쓰이는 Ba-feerite(BaFe12O19)로써 수산화물 형태의 침전에 대한 기구(mechanism)와 물성에 대해 살펴보았다. 이러한 침전법에 의한 분말합성 과정에는 소결체의 물성에 영향을 미치는 pH 조절제나 원료에서 혼입될 수 있는 Na+, K+, Cl-, SO4- 등의 제거(washing 혹은 filtering)가 필수적이다. 그러나 침전법에서 얻게 되는 분말은 매우 미세하여 colloid를 형성하게 되며, 이러한 colloid 상태의 미세한 침전입자가 filtering media에 끼이게 되어 견고하면서도 상당한 부피를 가지는 filter cake을 형성하기 때문에 filtering에 많은 시간과 다량의 filtering agent (본 실험의 경우엔 증류수)가 필요하게 된다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 colloid 상태의 침전물을 얼렸다 녹이는 freezing process를 개발, 적용하여 그 원리 및 효과, 그로인한 분말형태를 관찰하여 보았다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 1992.10a
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• pp.145-150
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• 1992

화인세라믹의 우수한 공학적 특성으로 인한 최근의 이용가치 증대와 더불어 세라믹의 고정도 가공에 대한 관심이 높아지고 있다. 다이아몬드휠을 이용한 연삭이나 다이아몬드 공구를 이용한 선삭에 의해 세라믹의 고정도 표면생성을 실현시키고자 하는 연구가 활발히 진행되고는 있으나 아직 미흡한 상태에 있다. 따라서 전통적으로 고정도 표면생성에 널리 용되어 온 래핑에 의한 표면다듬질이 현재 행하여지고 있는 일반적인 방법이다. 본 연구에서는 화인세라믹의 고정도 표면생성을 위한 원통래핑 공정의 최적화 방법으로 실험계획법의 한 응용분야인 반응표면분석법을 이용하였으며 그 결과, 적은 재료와 시간으로 능률적이고 체계적인 실험 및 통계적인 분석을 통해서 원통세라믹의 고정도 표면생성을 위한 최적래핑조건을 찾아내었다.