KR100743952B1 - Method for manufacturing sintered body of alumina-spinel composite powder - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 의 좌측은 상용 알루미나 분말의 전자현미경 사진과 X선 회절 그래프도, 1A is an electron micrograph and X-ray diffraction graph of a commercially available alumina powder,
도 1a 의 우측은 습식 고에너지 밀링 방법을 사용하여 분쇄한 알루미나 분말의 전자 현미경 사진과 X선 회절 그래프도,The right side of FIG. 1A is an electron micrograph and an X-ray diffraction graph of the alumina powder pulverized using a wet high energy milling method.
도 1b 는 습식 고에너지 밀링 방법을 사용하여 분쇄한 스피넬 조성 분말의 전자 현미경 사진과 X선 회절 그래프도,1B is an electron micrograph and X-ray diffraction graph of a spinel composition powder ground using a wet high energy milling method;
도 2(a) 는 건식 밀링 방법으로 분쇄한 알루미나 분말의 전자 현미경 사진,2 (a) is an electron micrograph of alumina powder ground by a dry milling method,
도 2(b) 는 건식 밀링 방법으로 분쇄한 스피넬 조성 분말의 전자 현미경 사진,2 (b) is an electron micrograph of the spinel composition powder ground by a dry milling method,
도 3 은 분쇄된 스피넬 조성 분말을 1300℃ 에서 1시간 동안 열처리하여 합성된 스피넬 분말의 X선 회절 그래프도,3 is an X-ray diffraction graph of the spinel powder synthesized by heat-treating the pulverized spinel composition powder at 1300 ° C. for 1 hour;
도 4 는 알루미나 분말과 스피넬 분말의 부피비가 8 : 2 ~ 2 : 8 인 알루미나-스피넬 복합분말 소결체의 밀도, 겉보기 기공도 및 경도 데이터 비교표,4 is a comparison table of density, apparent porosity and hardness data of the alumina-spinel composite powder sintered body having a volume ratio of alumina powder and spinel powder of 8: 2 to 2: 8,
도 5 는 도 4 의 알루미나-스피넬 복합 소결체와 상용 알루미나의 밀도 및 경도 비교 그래프도,5 is a graph comparing the density and hardness of the alumina-spinel composite sintered body and commercial alumina of FIG.
도 6 은 소결 단계에서 첨가되는 SiO2의 양에 따른 알루미나-스피넬 복합 소결체의 밀도, 겉보기 기공도 및 경도 비교표,6 is a comparison table of density, apparent porosity and hardness of the alumina-spinel composite sintered compact according to the amount of SiO 2 added in the sintering step,
도 7 은 소결 온도에 따른 알루미나-스피넬 복합 소결체의 밀도, 겉보기 기공도 비교표,7 is a density, apparent porosity comparison table of the alumina-spinel composite sintered body according to the sintering temperature,
도 8 은 소결 시간에 따른 알루미나-스피넬 복합 소결체의 밀도, 겉보기 기공도 비교표,8 is a density, apparent porosity comparison table of the alumina-spinel composite sintered body according to the sintering time,
도 9 의 (a) 및 (b) 는 상용 순수 알루미나 소결체의 단면 전자 현미경 사진,9A and 9B are cross-sectional electron micrographs of a commercial pure alumina sintered body,
도 9 의 (c) 는 알루미나-스피넬 복합 소결체의 단면 전자 현미경 사진을 나타낸다.9C shows a cross-sectional electron micrograph of the alumina-spinel composite sintered body.
본 발명은 고에너지 밀링 방법을 사용한 방탄용 알루미나-스피넬 복합분말 소결체의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 알루미나 (Al2O3) 와 산화 마그네슘 (MgO) 을 원료로 하여 알루미나 (Al2O3) 분말과 스피넬 (MgAl2O4) 조성 분말의 혼합분말을 열처리, 혼합, 소결하는 단계를 순차적으로 거쳐 방탄용 알루미나-스피넬 복합분말 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a ballistic alumina-spinel composite powder sintered body using a high energy milling method. More specifically, heat treatment, mixing and sintering a mixed powder of alumina (Al 2 O 3 ) powder and spinel (MgAl 2 O 4 ) composition powder using alumina (Al 2 O 3 ) and magnesium oxide (MgO) as raw materials It relates to a method for producing a bullet-proof alumina-spinel composite powder sintered body sequentially.
대한민국 공개특허공보 1998-72405호에는 카올리나이트, 실리마나이트 및 키 아나이트로 구성되는 군에서 선택되는 1이상의 재료와, 알루미나 및 알칼리토금속산화물로 이루어진 내열충격성 알루미나, 물라이트 복합체 조성물에 대한 기술이 개시되어 있고,Korean Unexamined Patent Publication No. 1998-72405 discloses a technology for at least one material selected from the group consisting of kaolinite, silimite, and chianyite, and heat shock alumina and mullite composite compositions composed of alumina and alkaline earth metal oxides. It is,
또한, 대한민국 공개특허공보 1998-48883호에는 제조시 소성하는 공정을 거치는 알루미나-마그네시아질 캐스타 블록을 제조하기 위하여 알루미나질 원료, 마그네시아 분말 원료 및 알루미나 시멘트를 포함하여 이루어지는 조성물에 상기 조성물 대비 5 ～ 10중량%의 물을 첨가하여 혼련한 다음, 이 혼련물을 성형, 양생 및 건조한 후 1300 ～ 1750℃의 온도로 소성하는 기술이 개시되어 있다.In addition, Korean Laid-Open Patent Publication No. 1998-48883 discloses a composition comprising alumina raw material, magnesia powder raw material, and alumina cement in order to prepare an alumina-magnesia casta block which is subjected to firing during manufacture. After kneading with the addition of 10% by weight of water, a technique is disclosed in which the kneaded material is molded, cured and dried and then fired at a temperature of 1300 to 1750 ° C.
그러나, 종래 알루미나와 스피넬 구조를 가진 세라믹을 혼합하여 방탄용으로 사용하는 기술에 대해서는 전혀 알려진 바 없다.However, there is no known technique for mixing the alumina and the ceramic having a spinel structure for bulletproof.
본발명의 목적은 경량이면서도 치밀하고 경도가 높은 방탄용 세라믹 소결체의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for producing a bulletproof ceramic sintered body of light weight, high density and high hardness.
상술한 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고에너지 밀링 방법을 사용하여, 알루미나와 산화 마그네슘을 원료로 각각 알루미나 분말과 스피넬 조성의 나노 분말로 분쇄하는 단계, 분쇄된 상기 스피넬 조성의 나노 분말을 1100 ~ 1300℃에서 0.5 ~ 1시간 동안 열처리하는 단계, 열처리한 스피넬 조성의 나노 분말에 상기 알루미나 나노 분말을 혼합하는 단계, 및 혼합된 나노 분말에 무기 첨가제를 첨가하여 공기 중에서 1450 ~ 1550℃에서 2 ~ 6시간 동안 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄용 알루미나-스피넬 복합분말 소결체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 분쇄 단계에서의 고에너지 밀링은 플래니터리 밀링인 것을 특징으로 하는 방탄용 알루미나-스피넬 복합분말 소결체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention using a high-energy milling method, alumina and magnesium oxide as a raw material to pulverized into alumina powder and a spinel composition of the nano powder, respectively, pulverized nano-powder of the spinel composition Heat-treating at 1100-1300 ° C. for 0.5-1 hour, mixing the alumina nanopowder with the heat-treated spinel composition nanoparticles, and adding an inorganic additive to the mixed nanopowder at 1450-1550 ° C. in air. It provides a method for producing a bulletproof alumina-spinel composite powder sintered body comprising the step of sintering for 2 to 6 hours.
In addition, the present invention provides a method for producing a bulletproof alumina-spinel composite powder sintered body, characterized in that the high energy milling in the grinding step is planetary milling.
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또한, 본 발명은 소결 단계의 무기 첨가제는 1 ~ 4wt% 의 SiO2 또는 CaO 중 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 방탄용 알루미나-스피넬 복합분말 소결체의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for producing a bulletproof alumina-spinel composite powder sintered compact, characterized in that the inorganic additive in the sintering step is one or two of 1 to 4wt% of SiO 2 or CaO.
또한, 본 발명은 상기 혼합단계에서 분쇄된 알루미나 분말과 스피넬 분말의 부피비는 8 : 2 ~ 2 : 8(몰비로는 86 : 14 ~ 28 : 72)인 것을 특징으로 하는 방탄용 알루미나-스피넬 복합분말 소결체의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention is the volume ratio of the alumina powder and spinel powder pulverized in the mixing step is 8: 2: 2 ~ 8 (molar ratio 86: 14 ~ 28: 72) characterized in that the bullet-proof alumina-spinel composite powder Provided is a method for producing a sintered body.
또한, 본 발명은 상기 혼합단계에서 분쇄된 알루미나 분말과 스피넬 분말의 부피비가 4 : 6(몰비로는 51:49)이며, 상기 소결단계에서 2wt% 의 SiO2를 첨가하여, 1450℃에서 2시간 동안 소결하는 것을 특징으로 하는 방탄용 알루미나-스피넬 복합분말 소결체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is a volume ratio of the alumina powder and spinel powder pulverized in the mixing step is 4: 6 (51:49 in molar ratio), 2wt% SiO 2 is added in the sintering step, 2 hours at 1450 ℃ It provides a method for producing a bulletproof alumina-spinel composite powder sintered body characterized in that during the sintering.
이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of this invention is demonstrated in detail.
본 발명의 제조방법은 알루미나 (Al2O3) 와 산화 마그네슘 (MgO) 을 원료로 하여 고에너지 밀링 방법을 사용하여 알루미나 (Al2O3) 분말과 스피넬 (MgAl2O4) 조성 분말로 분쇄하는 단계, 분쇄된 스피넬 조성 분말을 열처리하는 단계, 열처리에 의해 합성된 스피넬 분말을 알루미나 분말과 혼합하는 단계, 및 이 혼합분말에 첨가제를 첨가하여 소결하는 단계로 구성된다.The production method of the present invention is ground using alumina (Al 2 O 3 ) and magnesium oxide (MgO) as a raw material and alumina (Al 2 O 3 ) powder and spinel (MgAl 2 O 4 ) composition powder using a high energy milling method And a step of heat-treating the pulverized spinel composition powder, mixing the spinel powder synthesized by the heat treatment with an alumina powder, and sintering by adding an additive to the mixed powder.
먼저, 알루미나 분말과 스피넬 분말로 분쇄하는 단계에 대해 설명한다.First, the step of grinding into alumina powder and spinel powder will be described.
알루미나-스피넬 복합분말의 원재료로는 상용 알루미나 (Al2O3) 분말과 산화 마그네슘 (MgO) 분말이 사용된다.Commercially available alumina (Al 2 O 3 ) powder and magnesium oxide (MgO) powder are used as raw materials for the alumina-spinel composite powder.
알루미나 볼을 상용 알루미나 (Al2O3) 분말 및 산화 마그네슘 (MgO) 분말과 무게비가 10 : 1 이 되도록 플라스틱 용기에 넣고, 용매를 첨가한 후 플래니터리 밀을 사용하여 250RPM 으로 10시간 동안 분쇄한다.The alumina balls are placed in a plastic container with a commercially available alumina (Al 2 O 3 ) powder and magnesium oxide (MgO) powder so that the weight ratio is 10: 1, the solvent is added, and then pulverized at 250 RPM for 10 hours using a planetary mill. do.
이런 과정에서, 알루미나 (Al2O3) 분말과 산화 마그네슘 (MgO) 분말이 1 : 1 의 몰비로 혼합되어 스피넬 (MgAl2O4) 조성의 분말이 형성된다.In this process, alumina (Al 2 O 3 ) powder and magnesium oxide (MgO) powder are mixed in a molar ratio of 1: 1 to form a powder of spinel (MgAl 2 O 4 ) composition.
본원발명의 혼합분말의 분쇄 단계에서는 고에너지 밀링 방법이 사용된다. In the grinding step of the mixed powder of the present invention, a high energy milling method is used.
일반적으로, 고에너지 밀링 (high energy milling) 이란, 분말에 큰 충격을 주는 분쇄력이 높은 밀링을 의미하는데, 그 예로는 진동 밀링 (vibration milling), 어트리션 밀링 (attrition miliing), 플래니터리 밀링 (planetary milling) 등의 방법이 있다.In general, high energy milling refers to milling with high crushing forces that have a high impact on the powder, such as vibration milling, attrition miliing, and planetary. There is a method such as milling (planetary milling).
본원발명의 분쇄 단계에서는 플래니터리 밀링 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 알루미나의 경우 쉽게 분쇄되지 않는 특성을 갖고 있으며 플래니터리 밀링이 분말의 미세화에 가장 효과적인 것으로 알려져 있기 때문이다.In the grinding step of the present invention, it is preferable to use the planetary milling method. This is because alumina is not easily crushed and planetary milling is known to be the most effective for fine powder.
분말에 큰 충격이 가해지면 분말의 결정성이 저하되는 효과가 있는데, 이러한 요인들에 의해 분말이 매우 불안정한 상태가 되고, 이렇게 분쇄된 분말은 고에너지 밀링에 의해 큰 충격을 받지 않은 분말에 비하여, 열처리 단계에서 낮은 온도 에서도 상이 합성될 수 있고, 소결 단계에서 낮은 온도에서 치밀화가 가능하다.When a large impact is applied to the powder, there is an effect that the crystallinity of the powder is lowered. These factors make the powder very unstable, and the powder thus pulverized is compared with a powder that is not subjected to a large impact by high energy milling. Phases can be synthesized even at low temperatures in the heat treatment step and densified at low temperatures in the sintering step.
본원발명의 고에너지 밀링방법으로는 건식 밀링법보다는 습식 밀링법이 바람직하다. As the high energy milling method of the present invention, a wet milling method is preferable to a dry milling method.
습식 밀링시의 용매로는 일반적으로 에탄올이나 아세톤이 사용되지만, 아세톤은 밀링 중에 휘발되기 쉽기 때문에 알코올을 사용하는 것이 바람직하다.Ethanol and acetone are generally used as a solvent in wet milling, but acetone is preferably volatilized during milling, and therefore alcohol is preferably used.
이러한 습식 플래니터리 밀링 방법을 사용해 분쇄한 알루미나 분말과 스피넬 조성 분말의 전자현미경 사진과 X선 회절 도형을 도 1 에 나타내었으며, 도 1a 의 좌측은 상용 알루미나 분말의 전자현미경 사진과 X선 회절 그래프도, 도 1a 의 우측은 습식 고에너지 밀링 방법을 사용하여 분쇄한 알루미나 분말의 전자 현미경 사진과 X선 회절 그래프도로서, 가로축은 X선 검출기의 회전각도이고, 세로축은 그 각도에서 방출되는 X선의 세기를 나타낸다.Electron micrographs and X-ray diffraction diagrams of the alumina powder and spinel composition powder pulverized using the wet planetary milling method are shown in FIG. 1, and the left side of FIG. 1A is an electron micrograph and X-ray diffraction graph of a commercial alumina powder. 1A is an electron micrograph and an X-ray diffraction graph of alumina powder pulverized using a wet high energy milling method, in which the horizontal axis represents the rotation angle of the X-ray detector, and the vertical axis represents the X-ray emitted from the angle. Indicates strength.
도 1a 의 좌측의 상용 알루미나 분말의 전자 현미경 사진과 분쇄된 알루미나 분말의 전자 현미경 사진으로부터, 본원발명의 고에너지 밀링 방법에 의해 분말 입자가 미세화되었음을 알 수 있고, X선 회절 그래프에서 피크의 폭이 넓어진 것으로부터도 이를 확인할 수 있다.From the electron micrograph of the commercially available alumina powder and the pulverized alumina powder on the left side of FIG. 1A, it can be seen that the powder particles have been refined by the high-energy milling method of the present invention. This can be seen from the widening.
도 1b 의 스피넬 조성 분말의 경우에도 마찬가지로 미세하게 분쇄되었음을 알 수 있다.In the case of the spinel composition powder of Figure 1b it can be seen that finely pulverized as well.
건식 밀링법에 의한 알루미나 분말과 스피넬 조성 분말의 전자 현미경 사진을 도 2 에 나타내었다. An electron micrograph of the alumina powder and the spinel composition powder by the dry milling method is shown in FIG. 2.
도 1 의 전자 현미경 사진과 도 2 의 전자 현미경 사진의 대비를 통해 알 수 있는 바와 같이, 건식 밀링의 경우 분말의 응집 현상이 나타나므로, 본원발명의 고에너지 밀링 방법에서는 습식 밀링이 분말의 분쇄에 더 효과적임을 알 수 있다.As can be seen from the contrast between the electron micrograph of FIG. 1 and the electron micrograph of FIG. 2, in the case of dry milling, powder agglomeration occurs. In the high-energy milling method of the present invention, wet milling is used to grind powder. It can be seen that it is more effective.
다음, 상기 분쇄단계에서 형성된 스피넬 조성 분말을 열처리하는 단계에서는 스피넬 조성의 분말을 1100 ~ 1300℃에서 0.5 ~ 1시간 동안 열처리한다.Next, in the step of heat-treating the spinel composition powder formed in the grinding step, the powder of the spinel composition is heat treated at 1100 ~ 1300 ℃ for 0.5 ~ 1 hour.
열처리 온도가 1100℃ 미만이거나 열처리 시간이 0.5 시간 미만인 경우 스피넬이 합성되지 않으며, 열처리 온도가 1300℃를 초과하거나 또는 열처리 시간이 1시간 이상 길어지면, 분말입자가 뭉치게 되어 소결이 어려워진다. If the heat treatment temperature is less than 1100 ℃ or the heat treatment time is less than 0.5 hours, the spinel is not synthesized, if the heat treatment temperature exceeds 1300 ℃ or the heat treatment time is longer than 1 hour, the powder particles agglomerate and sintering becomes difficult.
도 3 은 분쇄된 스피넬 조성의 분말을 1300℃에서 1시간 열처리 후 얻은 X선 회절 그래프도로서, 도 1 과 마찬가지로 가로축은 X선 검출기의 회전 각도, 세로축은 그 각도에서 방출되는 X 선의 세기를 나타낸다.3 is an X-ray diffraction graph obtained after heat treatment of a powder of pulverized spinel composition at 1300 ° C. for 1 hour, in which the horizontal axis shows the rotation angle of the X-ray detector and the vertical axis shows the intensity of X-rays emitted at the angle. .
도 1b 와 도 3 를 비교하면, 도 3 의 피크간 간격이 도 1b 의 스피넬 조성 분말의 피크 간격과 달라진 것을 알 수 있으며, 이를 통하여 1300℃에서 1시간 동안의 열처리에 의해 스피넬 분말이 합성되었음을 알 수 있다. Comparing FIG. 1B and FIG. 3, it can be seen that the interval between the peaks of FIG. 3 is different from the peak interval of the spinel composition powder of FIG. 1B, through which the spinel powder is synthesized by heat treatment at 1300 ° C. for 1 hour. Can be.
다음, 혼합 단계에서는 상기 열처리에 의해 합성된 스피넬 분말과 분쇄된 알루미나 분말을 목표한 조성에 맞추어 수평 볼밀을 사용하여 혼합한다.Next, in the mixing step by the heat treatment The synthesized spinel powder and the ground alumina powder are mixed using a horizontal ball mill to the desired composition.
이 혼합단계에서 분쇄된 알루미나 분말과 합성된 스피넬 분말의 부피비는 8 : 2 ~ 2 : 8 이며, 도 4 의 실시예 4 에서 보는 바와 같이, 알루미나 분말과 스피넬 분말의 부피비가 4 : 6 인 경우에 밀도가 낮고, 치밀하며 경도가 높아 방탄용 경량 재료로서 가장 바람직하다.In the mixing step, the volume ratio of the alumina powder and the synthesized spinel powder is 8: 2 to 2: 8, and as shown in Example 4 of FIG. 4, when the volume ratio of the alumina powder and the spinel powder is 4: 6. Low density, high density and high hardness are most preferred as a lightweight material for bulletproof.
마지막으로, 혼합분말에 첨가제를 첨가하여 알루미나-스피넬 복합분말을 소 결하는 단계에 대해 설명한다. Finally, the step of sintering the alumina-spinel composite powder by adding an additive to the mixed powder will be described.
알루미나-스피넬 복합분말의 소결체의 제조는 혼합된 알루미나-스피넬 복합분말을 공기 중에서 1450 ~ 1550℃ 의 온도로 2 ~ 6시간 동안 열처리하여 이루어진다.The sintered body of the alumina-spinel composite powder is prepared by heat-treating the mixed alumina-spinel composite powder at a temperature of 1450-1550 ° C. for 2-6 hours in air.
도 7 은 알루미나와 스피넬 분말의 부피비가 6 : 4 인 혼합분말에 2wt% 의 SiO2를 첨가하여 소결온도를 1450 ~ 1550℃ 로 변화시키면서 2시간 동안 소결한 시편의 밀도와 겉보기 기공도이다. 7 is a density and apparent porosity of specimens sintered for 2 hours while adding 2wt% SiO 2 to a mixed powder having a volume ratio of alumina and spinel powder of 6: 4 and changing the sintering temperature to 1450 to 1550 ° C.
도 7 에 의하면, 소결온도가 높아질 수록 소결체의 밀도가 높아지는 것을 알 수 있다.According to FIG. 7, it can be seen that as the sintering temperature is increased, the density of the sintered body is increased.
도 8 은 알루미나와 스피넬 분말의 부피비 6 : 4 인 혼합분말에 2wt% SiO2를 첨가하여 1450℃에서, 소결 시간을 2 ~ 6시간으로 변화시키면서 소결한 시편의 밀도와 겉보기 기공도이다. FIG. 8 is a density and apparent porosity of specimens sintered at 1450 ° C. by adding 2 wt% SiO 2 to a mixed powder having a volume ratio of 6: 4 of alumina and spinel powder, changing the sintering time to 2 to 6 hours.
일반적으로 소결 시간이 증가할수록 소결체의 밀도가 증가하지만, 뚜렷한 밀도의 증가가 나타나지 않으므로 2시간의 소결 시간이 치밀화에 충분함을 알 수 있다.In general, as the sintering time increases, the density of the sintered body increases, but since no apparent increase in density occurs, it can be seen that the sintering time of 2 hours is sufficient for densification.
1450℃ 미만 또는 2시간 미만에서는 소결이 완전히 이루어지지 않고, 1550℃ 를 초과하거나 열처리 시간이 6시간 이상이 되면, 입자가 조대화되어 기계적 성질이 저하된다.If it is less than 1450 degreeC or less than 2 hours, sintering will not be complete but if it exceeds 1550 degreeC or heat processing time will be 6 hours or more, a particle will coarsen and a mechanical property will fall.
본원발명의 알루미나-스피넬 복합분말의 소결체의 제조방법에서는 소결 단계 에서 1 ~ 4 wt% 의 SiO2 또는 CaO를 첨가한다.In the method for producing a sintered body of the alumina-spinel composite powder of the present invention, 1 to 4 wt% of SiO 2 or CaO is added in the sintering step.
상기 원소를 첨가하는 이유는 SiO2 또는 CaO 가 알루미나와 함께 있을 경우, SiO2 또는 CaO 는 1400℃ 정도의 온도에서 용융되어 액상이 되기 때문에, 액상 소결이 되어 세라믹 소결체의 밀도가 낮아지고 치밀화도가 높아지기 때문이다.The reason for adding the above element is that when SiO 2 or CaO is together with alumina, SiO 2 or CaO is melted at a temperature of about 1400 ° C. to become a liquid phase, resulting in liquid phase sintering, resulting in a low density of ceramic sintered compact and degree of densification. This is because it rises.
그러나, SiO2 또는 CaO 의 양이 1wt% 미만에서는 액상 소결이 용이하게 발생하지 않으며, 상기 첨가제의 양이 4wt%을 초과하면 기계적 물성이 악화되므로 그 첨가량을 1 ~ 4 wt% 로 한정하였다.However, when the amount of SiO 2 or CaO is less than 1wt%, liquid phase sintering does not occur easily. If the amount of the additive exceeds 4wt%, the mechanical properties deteriorate, so the amount of addition is limited to 1 to 4wt%.
도 6 은 알루미나와 스피넬 분말의 부피비가 7 : 3 인 혼합분말에, SiO2 를 1 ~ 4wt% 첨가하여, 1450℃ 에서 2시간 동안 소결한 소결체의 밀도, 겉보기 기공도 및 경도를 나타낸다. FIG. 6 shows the density, apparent porosity, and hardness of a sintered compact sintered at 1450 ° C. for 2 hours by adding 1 to 4 wt% of SiO 2 to a mixed powder having a volume ratio of alumina and spinel powder of 7: 3.
도 6 에 의하면, 소결체의 밀도는 SiO2의 양이 증가할수록 감소하며, 경도는 SiO2가 2wt%일 때 최대가 되고, 겉보기 기공도는 SiO2가 2wt%이상이 되면 0 이 되므로, 2wt% SiO2를 첨가하는 것이 최적임을 알 수 있다.According to FIG. 6, the density of the sintered compact decreases as the amount of SiO 2 increases, the hardness is maximum when the SiO 2 is 2wt%, and the apparent porosity becomes 0 when the SiO 2 is 2wt% or more, so 2wt% It can be seen that adding SiO 2 is optimal.
이하에서는, 본 발명의 보다 상세한 설명을 위하여 본 발명의 실시예를 상술한다. 그러나, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail for a more detailed description of the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples.
<< 실시예Example 1> 1>
알루미나 분말 및 산화 마그네슘 분말을 무게비가 10 : 1 이 되도록하여 알루미나 볼과 함께 플라스틱 용기에 넣고, 용매를 첨가한 후 플래니터리 밀을 사용 하여 250RPM 으로 10시간동안 분쇄하면 나노 분말화된다.The alumina powder and magnesium oxide powder are put in a plastic container with alumina balls to have a weight ratio of 10: 1, and after the addition of the solvent, the powder is pulverized at 250 RPM for 10 hours to be nanopowdered.
형성된 스피넬 조성의 분말을 1300℃에서 1시간 동안 열처리한 후, 분쇄된 알루미나 분말과 열처리된 스피넬 조성의 분말을 부피비 8 : 2 로 하여 수평 볼밀을 사용하여 5시간 동안 혼합한다.After the formed spinel powder is heat-treated at 1300 ° C. for 1 hour, the pulverized alumina powder and the heat-treated spinel composition are mixed at a volume ratio of 8: 2 using a horizontal ball mill for 5 hours.
혼합된 알루미나-스피넬 복합분말을 2wt% 의 SiO2를 첨가하여 공기 중에서 1450℃의 온도로 2시간 동안 열처리하여 소결한다.The mixed alumina-spinel composite powder is sintered by adding 2 wt% of SiO 2 to heat treatment at 1450 ° C. for 2 hours in air.
<< 실시예Example 2> 2>
분쇄된 알루미나 분말과 열처리된 스피넬 조성의 분말을 부피비 7 : 3, 6 : 4, 4 : 6, 3 : 7 및 2 : 8로 바꾸고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일한 조건으로 실험한다.The pulverized alumina powder and the powder of the heat-treated spinel composition were changed to volume ratios 7: 3, 6: 4, 4: 6, 3: 7 and 2: 8, and the remaining conditions were tested under the same conditions as in Example 1.
<< 실시예Example 3> 3>
분쇄된 알루미나 분말과 열처리된 스피넬 조성의 분말을 부피비를 7 : 3 으로 고정하고 첨가되는 SiO2의 양을 1 ~ 4wt%로 바꾸고, 나머지 조건은 실시예 1 과 동일한 조건으로 실험한다.The pulverized alumina powder and the heat-treated spinel composition were fixed at a volume ratio of 7: 3, and the amount of SiO 2 added was changed to 1 to 4 wt%, and the remaining conditions were tested under the same conditions as in Example 1.
<< 실시예Example 4> 4>
분쇄된 알루미나 분말과 열처리된 스피넬 조성의 분말을 부피비를 6 : 4, 첨가되는 SiO2의 양을 2wt%로 고정하고, 소결 온도 1450 ~ 1600℃ 에서 2 ~ 4시간동안 실험한다.The pulverized alumina powder and the powder of the heat-treated spinel composition were fixed at a volume ratio of 6: 4 and the amount of SiO 2 added at 2 wt%, and experimented at a sintering temperature of 1450 to 1600 ° C. for 2 to 4 hours.
이하, 상술한 실시예의 결과에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the result of the above-mentioned embodiment is demonstrated with reference to drawings.
도 4 는 여러 가지 조성에 대해 2wt% 의 SiO2를 첨가해서 1450℃, 2시간의 열처리를 통해 만든 소결체의 밀도, 겉보기 기공도, 비커스 경도를 나타낸다.FIG. 4 shows the density, apparent porosity, and Vickers hardness of the sintered body made by adding 2wt% SiO 2 for various compositions and heat treatment at 1450 ° C. for 2 hours.
도 4 에 의하면, 본원발명의 제조방법을 사용하여 제조된 복합분말 소결체의 밀도는 순수 알루미나의 밀도인 3.97 보다 낮아 경량의 방탄 소재로서 적합하다는 것을 알 수 있다. 또한, 겉보기 기공도가 0.00 ~ 0.14 로서, 치밀한 조직을 갖는다는 것을 알 수 있으며, 비커스 경도가 12.3 GPa 이상으로 비교적 경도가 높다는 것을 알 수 있다.According to FIG. 4, it can be seen that the density of the composite powder sintered body manufactured using the manufacturing method of the present invention is lower than 3.97, which is the density of pure alumina, to be suitable as a lightweight antiballistic material. In addition, it can be seen that the apparent porosity is 0.00 to 0.14, which has a dense structure, and the Vickers hardness is 12.3 GPa or more, indicating that the hardness is relatively high.
도 5 는 도 4 의 결과를 상용 알루미나 소결체 (A, B 및 C 는 상용 알루미나 소결체를 나타낸다) 의 밀도, 경도 값과 비교하여 나타낸 것으로, 알루미나-스피넬 복합체의 경우 순수 알루미나에 비해 낮은 밀도와 높은 경도 값을 가지며 분쇄된 알루미나 분말과 열처리된 스피넬 조성의 분말의 부피비가 4 : 6 인 경우 가장 높은 경도값을 갖는 것을 알 수 있다.FIG. 5 shows the results of FIG. 4 in comparison with the density and hardness values of the commercially available alumina sintered body (A, B and C represent the commercially available alumina sintered body). It can be seen that it has the highest hardness value when the volume ratio of the pulverized alumina powder and the heat-treated spinel composition powder is 4: 6.
도 9 의 (a) 와 (b) 상용 알루미나 소결체(A 및 C 는 상용 알루미나 소결체를 나타낸다) 의 단면 전자 현미경 사진, 도 9 의 (c) 는 분쇄된 알루미나 분말과 열처리된 스피넬 조성의 분말의 부피비가 6 : 4 인 혼합분말에 2wt% SiO2 를 첨가하여, 1450℃에서 2시간 동안 소결한 소결체의 단면 전자 현미경 사진을 나타낸다. 위 조건이 본원발명의 제조조건중 가장 최적화된 조건이다. 9A and 9B are cross-sectional electron micrographs of the commercially available alumina sintered body (A and C represent the commercially available alumina sintered body), and FIG. 9C is a volume ratio of the pulverized alumina powder and the powder of the spinel composition heat-treated. 6: 4 in the mixture powder was added 2wt% SiO 2, shows a cross-sectional electron micrograph of a sintered body sintered for two hours at 1450 ℃. The above conditions are the most optimized conditions of the present invention.
도 9 를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본원발명의 알루미나-스피넬 복합분말 소결체는 순수 알루미나 소결체에 비해 기공이 적은 치밀한 구조를 갖고 있음을 알 수 있다.As can be seen from Figure 9, it can be seen that the alumina-spinel composite powder sintered body of the present invention has a compact structure with fewer pores than the pure alumina sintered body.
본 발명의 알루미나-스피넬 복합분말의 제조방법은 분말의 분쇄단계에서 고에너지의 밀링 방법을 사용하므로 보다 용이하게, 즉 낮은 온도에서 짧은 시간 동안의 열처리를 통해 스피넬 상을 합성할 수 있으며, 소결단계에서 소량의 첨가제를 넣어 복합분말 소결체의 밀도가 낮아지고 낮은 온도에서 높은 치밀화도를 얻을 수 있다.Since the method of manufacturing the alumina-spinel composite powder of the present invention uses a high-energy milling method in the pulverization step of the powder, the spinel phase may be more easily synthesized through heat treatment for a short time at low temperature, and the sintering step By adding a small amount of additives in the composite powder sintered compact it is possible to obtain a high degree of compaction at low temperatures.
본 발명에 의해 제조된 알루미나-스피넬 복합분말 소결체는 알루미나만을 사용한 소결체보다도 밀도가 낮고 경도는 높아 경량 방탄 세라믹 소재로 적합하다.The alumina-spinel composite powder sintered body produced by the present invention is lower in density and higher in hardness than the sintered body using only alumina, and thus is suitable as a lightweight bulletproof ceramic material.
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