새로운 소결조제로서의 알칼리 토금속 탄산염의 소량첨가에 의한 MgAl2O4의 치밀화 거동

Abstract

Magnesium aluminate spinel, (MgAl2O4, MAS)내에 0.5mol%의 알칼리 토금속 산화물 및 탄산염을 소결조제로 첨가하여 소결성을 증진시키는 실험을 진행하였다. 산화물을 소결조제로 첨가하였을 시 MAS의 수축율이 고온에서 급격히 높아졌고, 미세조직의 결정립에서 부분적으로 비정상입성장이 일어난 것으로 보아 MAS와 산화물이 고온에서 공정반응을 하여 부분적으로 액상을 형성한 뒤 급격한 치밀화가 이뤄졌을 것이라 판단된다. 탄산염을 첨가한 MAS 역시 소결과정 중에 열분해를 거친 후 고온에서 산화물의 형태로 내부에 존재하게 되며 더욱 높은 온도에서 MAS와 공정반응을 일으키는 것으로 보였다. 이렇듯 지연된 공정반응은 더욱 높은 온도에서 액상을 형성하게 만들었고 이로 인해 얻어진 높은 유동성이 탄산염을 소결조제로 사용하였을 때 상대적으로 소결밀도가 더욱 높게 나타난 원인이 되었을 것이라 판단된다. 또한, 1550℃에서 1시간 유지하는 조건으로 1차 소결을 마친 뒤 소결체를 200MPa의 압력으로 1650℃에서 4시간 유지하는 조건을 가진 HIP으로 2차소결을 하여 투과도를 비교해보았다. CaO와 CaCO3를 소결조제로 사용하였을 경우 가시광선에서 낮은 투과도를 보였던 것에 반해 SrO와 SrCO3를 소결조제로 사용하였을 때 MAS는 가시광선에서 높은 투과도를 보였다. 본 실험을 통한 연구에서는 Sr에 비해 Ca가 MAS 내에 존재할 때 더욱 큰 비정상입성장을 보였으므로 주변 결정립과의 현저한 크기차이로 인해 Ca를 첨가한 MAS의 투과도가 낮게 나왔다고 판단되었다.