KR20080095075A - Manufacturing method of silicon nitride ceramics, silicon nitride ceramic rotor and pipe and the product thereby - Google Patents

Manufacturing method of silicon nitride ceramics, silicon nitride ceramic rotor and pipe and the product thereby Download PDF

Info

Publication number
KR20080095075A
KR20080095075A KR1020070039418A KR20070039418A KR20080095075A KR 20080095075 A KR20080095075 A KR 20080095075A KR 1020070039418 A KR1020070039418 A KR 1020070039418A KR 20070039418 A KR20070039418 A KR 20070039418A KR 20080095075 A KR20080095075 A KR 20080095075A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
silicon nitride
rotor
pipe
sintering
Prior art date
Application number
KR1020070039418A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100889387B1 (en
Inventor
한인섭
우상국
서두원
이시우
홍기석
유지행
김세영
이강호
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020070039418A priority Critical patent/KR100889387B1/en
Publication of KR20080095075A publication Critical patent/KR20080095075A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100889387B1 publication Critical patent/KR100889387B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/591—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by reaction sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0051—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof characterised by the pore size, pore shape or kind of porosity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6021—Extrusion moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/668—Pressureless sintering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

A method for manufacturing silicon nitride ceramics is provided to produce a sintered material of silicon nitride having low porosity easily at low temperature by performing both gas-phase reaction sintering and atmospheric pressure sintering at a temperature below 1820 °C. A method for manufacturing silicon nitride ceramics includes the steps of: adding 5-50wt% of a metal silicon powder to 100wt% of the sum of the metal silicon powder and a silicon nitride(Si3N4) powder, and mixing 1-5wt% of an alumina powder and 1-6wt% of an yttria(Y2O3) powder based on the total weight of the metal silicon and silicon nitride; molding the mixture into a predetermined shape to produce a molded material; controlling a heating rate at a temperature of 1100-1400 °C to sinter the metal silicon contained in the molded material under a nitrogen gas atmosphere; and controlling a heating rate at a temperature of 1400-1820 °C to densify the silicon nitride particles in the sintered material by an eutectic liquid phase formation of an oxide sintering aid.

Description

질화규소 세라믹스 제조방법, 질화규소 세라믹 로터 및 파이프 제조방법과 그 제조물{Manufacturing Method of Silicon Nitride Ceramics, Silicon Nitride Ceramic Rotor and Pipe And The Product Thereby}Manufacturing Method of Silicon Nitride Ceramics, Silicon Nitride Ceramic Rotor and Pipe And The Product Thereby}

도 1 - Al2O3 4중량%, Y2O3 6중량%의 소결조제가 첨가되어 소결된 질화규소 소결체와, Al2O3 5중량%, Y2O3 5중량% 소결조제가 첨가되어 소결된 질화규소 소결체를 꺾임강도 측정 후, 파단면을 주사전자현미경으로 관찰한 4000배 사진1-4 weight% of Al 2 O 3 and 6 weight% of Y 2 O 3 are added to the sintered silicon nitride sintered body, and 5 weight% of Al 2 O 3 and 5 weight% of Y 2 O 3 are added. 4000 times photo of fractured silicon nitride sintered body observed by scanning electron microscope after measuring bending strength

도 2 - 도 3과 동일한 조성을 갖는 소결체의 연마면에 대해 플라즈마 에칭 후, 파단면을 주사전자현미경으로 관찰한 5000배 사진5000 times photograph of the fracture surface of the sintered compact having the same composition as in FIG.

도 3 - 본 발명에 따른 질화규소 세라믹 로터 및 파이프 제조방법의 제1실시예를 도시한 공정도3-process diagram showing a first embodiment of a method for manufacturing a silicon nitride ceramic rotor and pipe according to the present invention

도 4 - 도 3의 제조방법으로 제작한 알루미늄 용탕 탈기용 질화규소 세라믹 로터 및 파이프의 제1실시예를 도시한 모식도4-3 is a schematic diagram showing a first embodiment of a silicon nitride ceramic rotor and pipe for degassing aluminum molten metal prepared by the manufacturing method of FIG.

본 발명은 질화규소 세라믹스 제조방법, 질화규소 세라믹 로터 및 파이프 제 조방법과 그 제조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고순도 미분의 원료분말을 사용하지 않고 일축가압성형법이나 압출성형법에 의해 성형체를 성형하고, 기상반응소결과 상압소결을 하나의 소결공정으로 동시에 실시하여 치밀한 소결체를 제조하는 질화규소 세라믹스 제조방법, 질화규소 세라믹 로터 및 파이프 제조방법과 그 제조물에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing silicon nitride ceramics, a silicon nitride ceramic rotor and a pipe manufacturing method, and a product thereof, and more particularly, to form a molded body by a uniaxial press molding method or an extrusion molding method without using a high-purity fine powder. The present invention relates to a method for producing silicon nitride ceramics, a silicon nitride ceramic rotor, and a pipe for producing a compact sintered body by simultaneously performing reaction sintering and atmospheric pressure sintering in one sintering process.

일반적으로 고순도이고 표면이 산화층으로 덮이지 않고 깨끗한 초미립 분말이 충정된 성형체가 얻어지면 이것을 불활성 분위기 중에서 고온가열하는 것으로도 치밀화 가능성이 높아질 수 있으나, 실제로 이와 같은 조건에서 소결하는 것은 매우 어렵고 이들 분말로부터 고밀도의 성형체를 얻는 것도 쉽지 않을 뿐 아니라, 질화규소와 같이 공유결합성이 큰 재료는 소결성이 나쁘고 1기압하에서 분해온도가 1877℃로 낮기 때문에 치밀화가 어렵다.In general, when a molded article having a high purity and filled with clean ultrafine powder without covering the surface with an oxide layer is obtained, the possibility of densification may be increased by high temperature heating in an inert atmosphere, but in practice, sintering under such conditions is very difficult and these powders It is not only easy to obtain a high-density molded body from the material, but also a material having a large covalent bond such as silicon nitride is difficult to densify because of poor sinterability and low decomposition temperature at 1877 ° C. under 1 atm.

치밀한 소결체를 얻기 위해서 소결조제의 첨가, 고압소결, 생성반응의 이용 등을 이용한 여러 가지 소결법이 개발되어 왔으며, 소결조제의 첨가는 입계에서의 확산을 촉진시켜 액상소결 또는 고상소결을 진행시키도록 원료분말 입자간에 조제 성분을 존재시키는 것이고, 고압소결은 고압을 걸어 소결의 구동력을 증대시킴으로써 치밀화에 기여하도록 하는 것이며, 생성반응의 이용은 가열 중에 원료의 반응에 의해서 깨끗한 표면을 가진 입자간의 직접적인 결합에 의해 소결체를 제조하는 방법이다.In order to obtain a compact sintered body, various sintering methods have been developed by using sintering aid, high pressure sintering, and using a production reaction. Precipitating component is present between powder particles, and high pressure sintering is to contribute to densification by increasing the driving force of sintering under high pressure. It is a method of manufacturing a sintered compact.

질화규소의 소결법은 열간정수압프레스(hot isostatic press), 고온프레스(hot press), 분위기 가압소결(gas pressure sintering), 상압소 결(pressureless), 반응소결(reaction sintering) 등이 있으나, 이와 같은 방법들은 되도록 1미크론 이하의 미세한 분말을 사용하여야 하고, 질화규소의 분해 방지를 위해서 질소가스를 가압하는 상태로 소결하여야하며, 반응소결을 제외한 모든 방법은 소결온도가 1800℃ 이상으로 매우 높고, 소결을 위한 장비도 고가인 장비를 사용해야 하기 때문에 소결체를 제품화하기 위한 양산화나 상용화에는 부적절하다.Silicon nitride sintering methods include hot isostatic press, hot press, gas pressure sintering, pressureless, and reaction sintering. Fine powder of less than 1 micron should be used, and sintered under pressurized nitrogen gas to prevent decomposition of silicon nitride. All methods except reaction sintering have very high sintering temperature of more than 1800 ℃ and equipment for sintering It is not suitable for mass production or commercialization to commercialize sintered body because expensive equipment must be used.

기상반응소결법을 이용하여 금속 실리콘의 질화반응에 의한 질화규소 소결체나 질화규소 복합체 제조에 대한 종래의 기술은 A. J. Moulson 등에 의해 1970년대부터 연구[J. Mat. Sci., 제14권, pp.1017 (1979)]되기 시작하여 2000년에 N. Kondo[J. Ceramic. Soc. Japan, 제108권, 5호, pp.445-448 (2000)]에 이르기까지 주로 내화물 분야에 응용을 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.Conventional techniques for the production of silicon nitride sintered bodies or silicon nitride composites by nitriding reactions of metal silicon using gas phase reaction sintering have been studied since the 1970s by J. Moulson et al. Mat. Sci., Vol. 14, pp. 1017 (1979)] and in 2000 N. Kondo [J. Ceramic. Soc. Japan, Vol. 108, No. 5, pp. 445-448 (2000)] has been continuously researching the application mainly in the refractory field.

그리고, 상압소결에 의한 질화규소 소결체에 대한 종래의 기술은 1960년대 초기에 Deeley[Powder Met., 제8호, pp.145 (1961)]에 의해 치밀한 질화규소 소결체 제조가 제조되기 시작한 이래 질화규소 소결체 제조방법 중 현재까지 가장 활발히 연구가 진행되고 있는 분야로써 최근까지 J. F. Yang [J. Euro. Ceram. Soc., 제23권, pp.371-378 (2003)] 등에 의해 Yb2O3 소결조제 첨가에 의한 다공성 질화규소 소결체 제조에 대한 연구 등이 진행되고 있다.In addition, the conventional technique for the silicon nitride sintered body by atmospheric sintering is a method for producing a silicon nitride sintered body since the production of dense silicon nitride sintered body started by Deeley [Powder Met., No. 8, pp. 145 (1961)] in the early 1960s. Of which is the most actively researched field to date, until recently JF Yang [J. Euro. Ceram. Soc., Vol. 23, pp. 371-378 (2003)] and the like have been studied for the production of porous silicon nitride sintered body by the addition of the Yb 2 O 3 sintering aid.

상기 기상반응소결법에 의한 질화규소 소결체 제조방법은 그 소결온도는 낮으나 소결 후 20%정도의 기공율을 갖게 되는 문제점이 있으며, 상기 상압소결법에 의한 질화규소 소결체 제조방법은 치밀한 소결체를 얻을 수 있으나 1900℃ 이상으로 소결온도를 높이고, 1기압 이상의 고압질소가스 분위기를 적용하여야 한다는 문 제점이 있었다.The method of manufacturing silicon nitride sintered body by the gas phase reaction sintering method has a problem that the sintering temperature is low but has a porosity of about 20% after sintering, and the method of manufacturing the silicon nitride sintered body by the atmospheric pressure sintering method can obtain a dense sintered body. The problem was that the sintering temperature should be increased and a high-pressure nitrogen gas atmosphere above 1 atm could be applied.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 기상반응소결과 상압소결을 1820℃ 이하의 온도에서 함께 진행시킴으로써, 질화규소 소결체를 낮은 온도에서 적은 기공율로 용이하게 제조할 수 있는 질화규소 세라믹스 제조방법, 질화규소 세라믹 로터 및 파이프 제조방법과 그 제조물을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention devised to solve the problems as described above, the silicon nitride ceramics can be easily produced with low porosity at low temperature by the silicon nitride sintered body by proceeding together with the gas phase reaction and atmospheric pressure sintering at a temperature of 1820 ℃ or less It is an object of the present invention to provide a method, a method of manufacturing a silicon nitride ceramic rotor and pipe, and a product thereof.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 질화규소(Si3N4) 분말과의 합이 100중량%를 이루도록 금속실리콘(Si) 분말을 5중량%이상 50중량%이하로 첨가하고, 상기 금속실리콘 및 질화규소(Si3N4)의 중량합과 대비하여 알루미나(Al2O3) 분말을 1중량%이상 5중량%이하, 이트리아(Y2O3) 분말을 1중량%이상 6중량%이하가 되도록 조합하여 혼합하는 혼합단계와; 상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 이용하여 지정형상으로 성형체를 제조하는 성형단계와; 성형체 내에 포함된 금속실리콘(Si)을 질소가스 분위기, 1100℃이상 1400℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 소결시키는 기상반응소결단계와; 상기 기상반응소결단계에서 반응소결된 소결체를 1400℃이상 1820℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 산화물 소결조제의 공융액상 형성에 의해 질화규소 입자의 치밀화를 진행시키는 상압소결단계;를 포함하여 구성되는 질화규소 세라믹스 제조방법을 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the object as described above, the metal silicon (Si) powder is added to at least 5% by weight or less than 50% by weight so that the sum with the silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder 100% by weight, the metal 1 wt% or more and 5 wt% or less of alumina (Al 2 O 3 ) powder and 1 wt% or more and 6 wt% or less of yttria (Y 2 O 3 ) powder compared to the sum of silicon and silicon nitride (Si 3 N 4 ) A mixing step of mixing and mixing to be below; A molding step of manufacturing a molded body in a designated shape by using the powder mixed in the mixing step; A gas phase reaction sintering step of sintering the metal silicon (Si) contained in the molded body by adjusting a temperature increase rate in a nitrogen gas atmosphere, at a temperature range of 1100 ° C. to 1400 ° C .; Atmospheric pressure sintering step of proceeding the densification of silicon nitride particles by forming a eutectic liquid phase of the oxide sintering aid by controlling the temperature increase rate in the temperature range of 1400 ℃ to 1820 ℃ below the reaction sintered in the gas phase reaction sintering step; The method for producing silicon nitride ceramics is described as a technical subject matter.

여기서, 상기 혼합단계는 상기 분말 전체에 대하여 유기물 결합제가 10중량%이상 15 중량%이하로 첨가, 혼합되고, 물이나 알코올 용매로 습식혼합되며, 상기 성형단계는 압출하여 상기 성형체를 성형제조하는 실시예와, 상기 혼합단계는 상기 분말 전체에 대하여 유기물 결합제가 1중량%이상 3중량%이하로 첨가, 혼합되고, 물이나 알코올 용매로 습식혼합되며, 상기 성형단계는, 일축가압하여 상기 성형체를 성형제조하는 실시예를 포함함이 바람직하다.Here, in the mixing step, the organic binder is added to 10% by weight or more and 15% by weight or less with respect to the entire powder, and wet mixed with water or an alcohol solvent, and the molding step is carried out to extrude and form the molded body. For example, in the mixing step, the organic binder is added in an amount of 1% by weight or more and 3% by weight or less with respect to the whole powder, and mixed in a wet manner with water or an alcohol solvent. It is preferred to include the manufacturing examples.

그리고, 상기 혼합단계는, 일정한 조성으로 혼합된 분말에 포함된 용매를 60~100℃의 온도에서 휘발, 건조시키는 혼합분말건조단계와; 상기 혼합분말건조단계에서 건조처리된 혼합분말을 125㎛이하의 구멍크기를 가지는 체로 과립화시키는 분말과립화단계;를 포함하여 구성됨이 바람직하다.And, the mixing step, the mixed powder drying step of volatilizing, drying the solvent contained in the powder mixed with a constant composition at a temperature of 60 ~ 100 ℃; And a powder granulation step of granulating the mixed powder dried in the mixed powder drying step into a sieve having a pore size of 125 μm or less.

또한, 상기 성형체를 0.1torr 이하의 진공에서 실온에서 1100℃까지 승온시키며 성형체에 함유된 유기물 결합제를 열처리하는 바인더열처리단계;를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.In addition, a binder heat treatment step of heating the molded body from room temperature to 1100 ° C. in a vacuum of 0.1torr or less; and heat treating the organic binder contained in the molded body;

그리고, 본 발명은 질화규소(Si3N4) 분말과의 합이 100중량%를 이루도록 금속실리콘(Si) 분말을 5중량%이상 50중량%이하로 첨가하고, 상기 금속실리콘 및 질화규소(Si3N4)의 중량합과 대비하여 알루미나(Al2O3) 분말을 1중량%이상 5중량%이하, 이트리아(Y2O3) 분말을 1중량%이상 6중량%이하가 되도록 조합하여 혼합하는 혼합단계와; 상기 혼합된 분말을 이용하여 압출에 의해 용융 알루미늄 탈기용 파이프를 성형하는 파이프성형단계와; 상기 혼합된 분말을 이용하여 일축가압에 의해 용융 알루미늄 탈기용 로터를 성형하는 로터성형단계와; 성형체 내에 포함된 금속실리콘(Si)을 질소가스 분위기, 1100℃이상 1400℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 소결시키는 기상반응소결단계와; 상기 기상반응소결단계에서 반응소결된 상기 파이프와 로터의 소결체를 1400℃이상 1820℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 산화물 소결조제의 공융액상 형성에 의해 질화규소 입자의 치밀화를 진행시키는 상압소결단계와; 상기 상압소결단계에서 상압소결된 상기 파이프와 로터의 소결체를 일체로 조립하는 조립단계;를 포함하여 구성되는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법을 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention is a metal silicon (Si) powder is added to 50% by weight or more to 5% by weight or more so that the sum of the silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder 100% by weight, the metal silicon and silicon nitride (Si 3 N 4 ) Mixing alumina (Al 2 O 3 ) powder to 1 wt% or more and 5 wt% or less and yttria (Y 2 O 3 ) powder to 1 wt% or more and 6 wt% or less Mixing step; A pipe forming step of forming a molten aluminum degassing pipe by extrusion using the mixed powder; A rotor molding step of forming a molten aluminum degassing rotor by uniaxial pressure using the mixed powder; A gas phase reaction sintering step of sintering the metal silicon (Si) contained in the molded body by adjusting a temperature increase rate in a nitrogen gas atmosphere, at a temperature range of 1100 ° C. to 1400 ° C .; Atmospheric pressure sintering step of proceeding densification of silicon nitride particles by forming a eutectic liquid phase of the oxide sintering aid by controlling the temperature increase rate of the sintered body of the pipe and the rotor sintered in the gas phase reaction sintering step in the temperature range of 1400 ℃ to 1820 ℃ Wow; Silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method comprising a; assembling step of assembling the sintered body of the pipe and the rotor sintered at normal pressure in the atmospheric pressure sintering step to another technical gist.

상기 파이프를 제조함에 있어서는, 상기 혼합단계는 유기물 결합제를 1~3중량% 첨가하고, 물이나 알코올 용매로 습식혼합시키고, 상기 로터를 제조함에 있어서는, 상기 혼합단계는 유기물 결합제를 10~15중량% 첨가하고, 물이나 알코올 용매로 습식혼합시킴이 바람직하다.In preparing the pipe, the mixing step adds 1 to 3% by weight of an organic binder, wet mixes with water or an alcohol solvent, and in preparing the rotor, the mixing step includes 10 to 15% by weight of an organic binder. It is preferably added and wet mixed with water or an alcohol solvent.

그리고, 상기 혼합단계는, 일정한 조성으로 혼합된 분말에 포함된 용매를 60~100℃의 온도에서 휘발, 건조시키는 혼합분말건조단계와; 상기 혼합분말건조단계에서 건조처리된 혼합분말을 125㎛이하의 구멍크기를 가지는 체로 과립화시키는 분말과립화단계;를 포함하여 구성됨이 바람직하다.And, the mixing step, the mixed powder drying step of volatilizing, drying the solvent contained in the powder mixed with a constant composition at a temperature of 60 ~ 100 ℃; And a powder granulation step of granulating the mixed powder dried in the mixed powder drying step into a sieve having a pore size of 125 μm or less.

또한, 상기 파이프성형단계와 로터성형단계에서 성형된 파이프 및 로터를 진원과 직진도를 제어하면서 건조시키는 성형물건조단계와, 상기 파이프와 로터의 성형체를 0.1torr 이하의 진공에서 실온에서 1100℃까지 승온시키며 성형체에 함유된 유기물 결합제를 열처리하는 바인더열처리단계를 더 포함하여 구성되는 실시예도 포함함이 바람직하다.In addition, the molded article drying step of drying the pipe and the rotor formed in the pipe forming step and the rotor forming step while controlling the roundness and straightness, and the molded body of the pipe and the rotor at a vacuum of 0.1torr or less from room temperature to 1100 ℃ In addition, it is preferable to include an embodiment further comprising a binder heat treatment step of heat-treating the organic binder contained in the molded body.

그리고, 상기 상압소결단계는, 상기 기상반응소결단계에서 반응소결된 상기 파이프와 로터의 소결체를 초기원료와 동일한 조합으로 구성된 분말 내에 묻은 상태로 이루어짐이 바람직하며, 상기 기상반응소결단계에서는 0.5~1℃/min의 속도로 승온하여 일정 시간동안 유지하고, 상기 상압소결단계에서는 1~3℃/min의 속도로 승온하여 1820℃이하의 소결온도에서 1~2시간 유지하고 상기 소결온도에서 상온까지 5℃/min의 속도로 냉각시키는 실시예도 포함함이 바람직하다.And, the atmospheric pressure sintering step, it is preferable that the sintered body of the pipe and the rotor reacted and sintered in the gas phase reaction sintering step is made in a state in the powder consisting of the same combination as the initial raw material, 0.5 ~ 1 in the gas phase reaction sintering step The temperature is raised at a rate of ℃ / min and maintained for a predetermined time, in the atmospheric pressure sintering step, the temperature is raised at a rate of 1 ~ 3 ℃ / min, maintained for 1 to 2 hours at a sintering temperature of 1820 ℃ or less and 5 to It is also preferred to include an embodiment for cooling at a rate of ° C / min.

또한, 본 발명은 상기와 같은 구성을 가지는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법으로 제조한 질화규소 세라믹 파이프 및 로터를 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention is another technical gist of the silicon nitride ceramic pipe and the rotor manufactured by the silicon nitride ceramic pipe and the rotor manufacturing method having the above configuration.

따라서, 1100℃이상 1820℃이하의 온도범위 내에서 승온시키는 과정에서 기상반응소결과 상압소결이 연속적으로 이루어짐에 따라 하나의 소결공정으로 반응소결과 상압소결이 동시에 실시되는 효과를 거둘 수 있어 질화규소 소결체를 낮은 온도에서 적은 기공율로 용이하게 제조할 수 있고, 이에 따라 에너지 및 제조원가를 절감할 수 있다는 이점이 있다.Therefore, in the process of raising the temperature within the temperature range of 1100 ℃ or more than 1820 ℃, as a result of the gas phase reaction sintering and atmospheric pressure sintering continuously, it is possible to achieve the effect that the reaction sintering and atmospheric pressure sintering are carried out simultaneously in one sintering process. It can be easily manufactured at a low temperature with a low porosity, and there is an advantage that can be reduced energy and manufacturing costs.

또한, 금속 실리콘 분말을 실리콘 폐기물을 분쇄, 정제하여 재활용되는 저가의 분말을 사용하고, 질화규소 분말도 저순도, 저가의 분말을 사용하여도 우수한 소결품질로 제작할 수 있으며, 이에 따라 실용화시키기 용이하고 제조원가를 절감할 수 있다는 다른 이점이 있다.In addition, metal silicon powder can be produced by using low-cost powder that is recycled by crushing and refining silicon waste, and silicon nitride powder can be produced with excellent sintering quality even by using low purity and low-cost powder. There is another advantage that can be saved.

그리고, 압출과 압축에 의해 디개싱 파이프와 로터를 각각 성형시킨 후, 기 상반응소결과 상압소결을 함께 적용하여 치밀화시키고, 소결체들을 하나의 부품으로 조립`결합시킴으로써, 용융 알루미늄의 탈기 및 정제용으로 상용화시키기에 적합한 구조와 강도를 가지는 디개싱 파이프 및 로터를 제조할 수 있다는 다른 이점이 있다.Then, the degassing pipe and the rotor are molded by extrusion and compression, and then densified by applying a gas reaction furnace and atmospheric pressure sintering together, and assembling and combining the sintered bodies into one component, for degassing and refining molten aluminum. Another advantage is that it is possible to produce degassing pipes and rotors having structures and strengths suitable for commercialization.

먼저, 상기와 같은 구성을 가지는 질화규소 세라믹스 제조방법에 대해 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 Al2O3 4중량%, Y2O3 6중량%의 소결조제가 첨가되어 소결된 질화규소 소결체와, Al2O3 5중량%, Y2O3 5중량% 소결조제가 첨가되어 소결된 질화규소 소결체를 꺾임강도 측정 후, 파단면을 주사전자현미경으로 관찰한 4000배 사진이고, 도 2는 도 3과 동일한 조성을 갖는 소결체의 연마면에 대해 플라즈마 에칭 후, 파단면을 주사전자현미경으로 관찰한 5000배 사진이다.First, a silicon nitride ceramics manufacturing method having the above configuration will be described in detail with reference to the following drawings. 1 is Al 2 O 3 4% by weight, Y 2 O 3 and 6% by weight of the sintering aid is added sintered silicon nitride sintered body, the Al 2 O 3 5 wt%, Y 2 O 3 5% by weight of a sintering aid is added After the bending strength of the sintered silicon nitride sintered body was measured, the fracture surface was 4,000 times photographed by scanning electron microscope. FIG. 2 is a plasma etching of the polished surface of the sintered body having the same composition as in FIG. 5000 times observed.

본 발명에 따른 질화규소 세라믹스 제조방법은 크게 혼합단계, 성형단계, 기상반응소결단계, 상압소결단계로 이루어지며, 상기 혼합단계는 상기 기상반응소결단계와 상압소결단계에서 소결처리가 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 일정한 조합으로 분말들을 혼합시키고, 상기 성형단계는 혼합된 분말들을 지정형상으로 고형화하며 성형시키고, 상기 기상반응소결단계와 상압소결단계는 원료 및 제작용도에 따라 승온속도를 조절하며 승온시키면서 순차적으로 거치게 된다.The silicon nitride ceramics manufacturing method according to the present invention is composed of a mixing step, a molding step, a gas phase reaction sintering step, and an atmospheric pressure sintering step, and the mixing step is performed so that the sintering process can be performed smoothly in the gas phase reaction sintering step and the atmospheric pressure sintering step. The powders are mixed in a constant combination, and the molding step solidifies the mixed powders into a specified shape and molding. Going through.

상기 혼합단계에서 상기 금속실리콘(Si)은 상기 질화규소(Si3N4) 분말과 100중량%를 이루며 상기 5중량%이상 50중량%이하로 첨가되고, 소결조제인 알루미 나(Al2O3)는 이트리아(Y2O3)는 상기 금속실리콘 및 질화규소(Si3N4)의 중량합과 대비하여 알루미나(Al2O3) 분말이 1중량%이상 5중량%이하, 이트리아(Y2O3) 분말이 1중량%이상 6중량%이하가 되도록 분말이 각각 일정량씩 첨가된다.In the mixing step, the metal silicon (Si) forms 100% by weight of the silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder and is added below 50% by weight of 5% by weight, and alumina (Al 2 O 3 ) as a sintering aid. The yttria (Y 2 O 3 ) is an alumina (Al 2 O 3 ) powder of 1% by weight or more and 5% by weight or less, compared to the sum of the weight of the metal silicon and silicon nitride (Si 3 N 4 ), yttria (Y 2 O 3 ) The powder is added in a predetermined amount so that the powder is 1% by weight or more and 6% by weight or less.

상기 세라믹스 분말입자들 사이의 결합력을 증가시시키 위해 고상의 유기물 결합제(Organic Binder)가 첨가되는데, 상기 유기물 결합제의 첨가량은 상기 성형단계에서 압출에 의해 성형체를 제조할 경우에는 상기 세라믹스 분말에 대하여 10중량%이상 15 중량%이하로, 상기 성형단계에서 일축가압에 의해 성형체를 제조할 경우에는 상기 세라믹스 분말에 대하여 1중량%이상 3중량%이하가 되도록 하며, 상기 원료들을 폴리에틸렌 용기에 넣고 밀(mill)에서 24시간동안 물이나 알코올을 용매로하여 습식혼합함으로써 균일한 혼합이 이루어지도록 한다.In order to increase the bonding force between the ceramic powder particles, a solid organic binder is added. The amount of the organic binder added is 10 to the ceramic powder when the molded body is produced by extrusion in the forming step. To 15% by weight to 15% by weight, when the molded product is produced by uniaxial pressure in the forming step, so as to 1% by weight to 3% by weight relative to the ceramic powder, and put the raw material in a polyethylene container mill (mill) ) And wet mixing with water or alcohol as a solvent for 24 hours to ensure uniform mixing.

상기와 같이 일정한 조성으로 조합 및 혼합된 혼합물은 80℃ 온도가 유지되는 열풍건조기에서 24시간 이상 충분히 건조시켜 항량이 될 때까지 용매를 휘발, 건조시키는 혼합분말건조단계와, 용매가 휘발, 건조된 분말응결체를 125㎛이하의 구멍크기를 가지는 체로 과립화시키는 분말과립화단계를 거쳐 고르게 분말화시킴으로써 상기 성형단계에서 사용하기에 적합한 성형용 분말상태가 된다.The mixture mixed and mixed with a constant composition as described above is a mixed powder drying step of volatilizing and drying the solvent until a constant amount by drying sufficiently for more than 24 hours in a hot air dryer maintained at 80 ℃ temperature, the solvent is volatilized, dried The powder coagulum is uniformly powdered through a granulation step of granulating the granules into a sieve having a pore size of 125 μm or less, thereby forming a powder state suitable for use in the forming step.

상기 혼합분말은 상기 성형단계에서 다양한 성형방법을 적용받아 원하는 형상으로 제조되며, 상기 기상반응소결단계를 거치기 전에 상기 성형체의 강도가 절삭과 같은 공정을 적용시킬 수 있을 정도에 이르는 경우에는 필요에 따라 선택적으로 Green Machining 이라는 공법을 적용하여 기계가공을 통하여 원하는 형상을 만 들어 냄으로써 소결 후 후처리 공정을 줄일 수 있도록 한다.The mixed powder is manufactured in a desired shape by applying a variety of molding methods in the forming step, if the strength of the molded body reaches a degree to which a process such as cutting can be applied before the gas phase reaction sintering step By selectively applying Green Machining method to make the desired shape through machining, it is possible to reduce post-treatment process after sintering.

상기 기상반응소결단계를 거치기 전에 상기 성형체를 0.1torr 이하의 진공상태에서 실온에서 1100℃까지 승온시키며 상기 성형체에 함유된 유기물 결합제를 열처리하는 바인더열처리단계를 거침도록 함이 바람직하며, 상기 기상반응소결단계에서는 상기 성형체 내에 포함된 금속실리콘(Si)을 질소가스 분위기, 1100℃이상 1400℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 소결시키게 된다.Before the gas phase reaction sintering step, the molded body is preferably heated to a temperature of 1100 ° C. at room temperature in a vacuum state of 0.1torr or less and subjected to a binder heat treatment step of heat treating the organic binder contained in the molded body. In the step, the metal silicon (Si) contained in the molded body is sintered by adjusting the temperature increase rate in a nitrogen gas atmosphere, the temperature range of 1100 ℃ to 1400 ℃ or less.

상기 기상반응소결단계를 지나게되면 상기 상압소결단계에서는 1400℃ 이상의 온도에서 1820℃의 온도영역에서는 소결조제의 용융에 의한 공융액상(eutectic liquid phase)이 형성되고, 이들 공융액상들이 초기원료로 참가한 질화규소(Si3N4) 입자와 반응에 의해 새롭게 생성된 질화규소(Si3N4) 입자들을 결합시키는 상압소결과정이 진행됨으로써 치밀화가 진행되어 최종 소결체가 제조된다.After passing through the gas phase reaction sintering step, in the atmospheric pressure sintering step, a eutectic liquid phase is formed by melting of a sintering aid at a temperature range of 1820 ° C. or higher, and these eutectic liquid phases participate in silicon nitride as an initial raw material. (Si 3 N 4) is made of the final sintered product proceeds densification being a normal pressure sintering process to combine the silicon nitride (Si 3 N 4) particles generated newly by the particles and the reaction proceeds.

상압소결과정이 진행될 때에는 공융액상이 형성되기 때문에 상기 기상반응소결단계를 거친 반응소결체를 로(furnace) 내에 직접 노출시키게 되면 상압소결과정이 진행되는 동안 공융액상이 성형체의 아래쪽으로 집중하게 되어 상부와 하부의 치밀화상태가 차이가 생기게 되므로, 로 내에 직접 노출시키지 않고 상기 반응소결체를 초기원료와 동일한 조합으로 구성된 분말 내에 묻은 상태로 소결처리한다.Since the eutectic liquid phase is formed when the atmospheric pressure sintering proceeds, when the reaction sintered body undergoing the gas phase reaction sintering step is directly exposed to the furnace, the eutectic liquid phase concentrates to the lower part of the molded body during the atmospheric pressure sintering. Since there is a difference in the densification state of the lower part, the reaction sintered body is sintered in a state of being embedded in a powder composed of the same combination as the initial raw material without directly exposing the furnace.

다음으로, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 질화규소 세라믹스 제조방법을 실시예를 들어 특성을 살펴보기로 한다.Next, the characteristics of the silicon nitride ceramics manufacturing method according to the present invention having the configuration as described above will be described.

조 성 1 (2A6Y)  Composition 1 (2A6Y) 구 분  division Si3N4(중량%)Si 3 N 4 (% by weight) Si(중량%) Si (% by weight) Al2O3(중량%)Al 2 O 3 (wt%) Y2O3(중량%)Y 2 O 3 (% by weight) 실시예 1  Example 1 100 100 0 0 2 2 6 6 실시예 2  Example 2 90 90 10 10 2 2 6 6 실시예 3  Example 3 80 80 20 20 2 2 6 6 실시예 4  Example 4 70 70 30 30 2 2 6 6 실시예 5  Example 5 60 60 40 40 2 2 6 6 실시예 6  Example 6 50 50 50 50 2 2 6 6

조 성 2 (5A2Y)  Composition 2 (5A2Y) 구 분  division Si3N4(중량%)Si 3 N 4 (% by weight) Si(중량%) Si (% by weight) Al2O3(중량%)Al 2 O 3 (wt%) Y2O3(중량%)Y 2 O 3 (% by weight) 실시예 7  Example 7 100 100 0 0 5 5 2 2 실시예 8  Example 8 95 95 5 5 5 5 2 2 실시예 9  Example 9 90 90 10 10 5 5 2 2 실시예 10  Example 10 85 85 15 15 5 5 2 2 실시예 11  Example 11 80 80 20 20 5 5 2 2

조 성 3  Joe Castle 3 구 분  division Si3N4(중량%)Si 3 N 4 (% by weight) Si(중량%) Si (% by weight) Al2O3(중량%)Al 2 O 3 (wt%) Y2O3(중량%)Y 2 O 3 (% by weight) 실시예 12  Example 12 90 90 10 10 4 4 6 6 실시예 13  Example 13 80 80 20 20 5 5 5 5

조 성  Furtherance Si 함량(중량%) Si content (% by weight) 소결밀도(g/cm3)Sintered Density (g / cm 3 ) 꺾임강도(MPa) Bending strength (MPa) 2A6Y 4A6Y  2A6Y 4A6Y 10 10 10 10 2.61 3.04 2.61 3.04 368.8 496.5 368.8 496.5 5A2Y 5A5Y  5A2Y 5A5Y 20 20 20 20 2.29 2.99 2.29 2.99 308.7 493.8 308.7 493.8

[표 1]에 표기된 바와 같이, 실시예 1~6에서는 소결조제인 Al2O3와 Y2O3를 중량비로 각각 2%와 6%로 고정시켜 이트리아가 많은 조성(이하 2A6Y라 한다)을 만들고, 금속 실리콘의 첨가량을 중량비로 각각 0%, 10%, 20%, 30%, 40% 및 50%까지 변화시켜 소결체를 제조한 후 그 특성을 살펴보았다.As shown in [Table 1], in Examples 1 to 6, Al 2 O 3 and Y 2 O 3 , which are sintering aids, were fixed at 2% and 6%, respectively, in a weight ratio, thereby having a lot of yttria (hereinafter referred to as 2A6Y). After making the sintered compact by changing the amount of addition of metal silicon to 0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50% by weight, respectively, the characteristics were examined.

[표 2]의 실시예 7~11에서는 소결조제인 Al2O3와 Y2O3를 중량비로 각각 5%와 2%로 고정시켜 알루미나가 많은 조성(이하 5A2Y라 한다)을 만들고, 금속 실리콘의 첨가량을 중량비로 각각 5%, 10%, 15% 및 20%까지 변화시켜 소결체를 제조한 후 그 특성을 살펴보았다.In Examples 7 to 11 of Table 2, Al 2 O 3 and Y 2 O 3 , which are sintering aids, were fixed at a weight ratio of 5% and 2%, respectively, to form alumina-rich compositions (hereinafter referred to as 5A2Y), and metal silicon The amount of added was changed to 5%, 10%, 15%, and 20% by weight, respectively, and then the characteristics thereof were examined.

[표 3]의 실시예 12에서는 2A6Y 조성에서 금속 실리콘의 중량비가 10%인 조성에 대해 소결조제인 Al2O3 중량비 만을 4%로 증가시킨 조성(이하 4A6Y라 한다)을 만들고, 실시예 13에서는 금속 실리콘의 중량비가 20%인 조성에 대해 소결조제인 Y2O3 중량비 만을 5%로 증가시킨 조성(이하 5A5Y라 한다)을 만들어 소결체를 제조한 후 이들 각각의 조성에 대해 그 특성을 살펴보았다. In Example 12 of Table 3, a composition in which only 2% by weight of Al 2 O 3 , which is a sintering aid, was increased to 4% with respect to a composition in which the weight ratio of metal silicon was 10% in the 2A6Y composition, hereinafter referred to as 4A6Y, and Example 13 In the present invention, a sintered compact was prepared by increasing the weight ratio of Y 2 O 3 , which is a sintering aid to 5%, to a composition having a weight ratio of 20% to 20% (hereinafter referred to as 5A5Y). saw.

제조된 각각의 소결체들에 대해 꺾임강도를 측정하기 위해 다이아몬드 절삭기를 이용하여 약 40mm×3mm×4mm의 크기로 소결체를 절단하고, 절단된 시편의 평면을 125㎛의 입자 크기를 가지는 다이아몬드가 전착된 휠을 이용하여 연마하였으며, 절단된 각 시편들을 측정하기 전에, 파괴 시에 균열의 근원점이 되는 결함을 제거하기 위해 인장응력이 걸리는 면 및 모서리는 탄화규소 1200번 연마지로 연마 및 모서리 처리하여 시편을 제작하였다. In order to measure the bending strength for each of the prepared sintered bodies, a sintered body was cut to a size of about 40 mm × 3 mm × 4 mm using a diamond cutter, and diamonds having a particle size of 125 μm were deposited on the plane of the cut specimen. Before measuring each cut specimen by using a wheel, the surface and edge where tensile stress is applied to remove the defect that is the origin of cracking at the time of fracture are polished and edged with silicon carbide 1200 abrasive paper. Produced.

그리고, 제작된 시편은 하부 거리 10mm, 상부 거리 6mm의 지그(jig) 위에 시편을 올려놓은 후, 4점 꺾임강도 시험법으로 만능강도시험기에서 꺾임강도를 측정하였으며, 소결밀도는 각 시편들을 수중에서 3시간 동안 끓인 후, 현수무게, 포수무게 및 건조무게를 칭량하여 아르키메데스법을 이용하여 계산하였으며, 이와 같이 측정된 소결밀도 및 꺾임강도 값을 [표 4]에 나타내었다.Then, the fabricated specimen was placed on a jig of a lower distance of 10 mm and an upper distance of 6 mm, and then the bending strength was measured in a universal strength tester using a four-point bending strength test method. After boiling for 3 hours, the suspension weight, catcher weight and dry weight were weighed and calculated using the Archimedes method, and the sintered density and bending strength values thus measured are shown in [Table 4].

소결체에 대한 소결밀도 분석 결과, [표 4]에서 보는 바와 같이 이트리아가 많은 조성인 2A6Y 조성에서 알루미나의 첨가량을 증가시켜 4A6Y 조성으로 변화됨에 따라 그 값이 2.61g/cm3에서 3,04g/cm3로 향상됨에 따라 우수한 물리적 특성 값을 나타내고 있었다. 또한 알루미나가 많은 조성인 5A2Y 조성에서 이트리아의 첨가량을 증가시켜 5A5Y 조성으로 변화됨에 따라 그 값이 2.29g/cm3에서 2.99g/cm3로 향상됨에 따라 소결밀도가 증가됨에 따라 우수한 물리적 특성 값을 나타내었다.As a result of the sintered density analysis of the sintered body, as shown in [Table 4], the amount of alumina was increased in the composition of 2A6Y, which has a lot of yttria, and changed to 4A6Y composition, and the value changed from 2.61g / cm 3 to 3,04g / As it improved to cm 3 , it showed excellent physical property values. In addition, good physical properties as the sintered density is increased in accordance with the improvement in the composition of the alumina 5A2Y many compositions in the yttria addition amount increased by the value according to the byeonhwadoem 5A5Y composition 2.29g / cm 3 to the 2.99g / cm 3 value Indicated.

한편 소결체에 대한 꺾임강도 분석 결과도 [표 4]에서 알 수 있듯이 이트리아가 많은 조성인 2A6Y 조성에서 알루미나의 첨가량을 증가시켜 4A6Y 조성으로 변화됨에 따라 그 값이 369MPa에서 496MPa로 향상되었다. 또한 알루미나가 많은 조성인 5A2Y 조성에서 이트리아의 첨가량을 증가시켜 5A5Y 조성으로 변화됨에 따라 그 값도 309MPa에서 494MPa로 향상됨에 따라 이 경우에도 우수한 물리적 특성 값을 나타내었다.On the other hand, the bending strength analysis results for the sintered body also showed that the value was increased from 369MPa to 496MPa as the amount of alumina was changed to 4A6Y composition by increasing the amount of alumina in the composition of 2A6Y, which has a lot of yttria. In addition, as the amount of yttria was increased in the 5A2Y composition, which is a high composition of alumina, the value was also changed from the 309MPa to 494MPa.

도 1의 (a), (b)는 각각 4A6Y와 5A5Y 조성을 갖는 소결체에 대한 꺾임강도 측정 후, 파단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 미세구조 사진이며, 도 2의 (a), (b)는 도 1과 동일한 조성을 갖는 소결체를 다이아몬드 현탁액을 이용하여 경면연마한 후, 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 질화규소 입자만을 선택적으로 에칭하여 주사전자현미경으로 미세조직을 관찰한 사진이다. (A) and (b) of FIG. 1 are microstructure photographs of the fracture surfaces of the sintered bodies having the compositions of 4A6Y and 5A5Y, respectively, and the fracture surfaces were observed by scanning electron microscopy (SEM). b) is a photograph of mirror-polishing a sintered body having the same composition as in FIG. 1 using a diamond suspension, and then selectively etching only silicon nitride particles using a plasma etching apparatus to observe the microstructure with a scanning electron microscope.

도 2의 파단면 미세구조에서 질화규소 입자들 간의 결합이 파괴된 형태를 보면 전체적으로 치밀한 상태에서 입내파괴와 입계파괴가 함께 진행되고 있으며, 부분적으로는 주상 입자(elongated grain)이 빠져 나온(pull-out) 형태들도 관찰되고 있어, 이러한 요소들이 강도향상의 원인으로 작용하고 있음을 알 수 있다. 또한 도 3의 연마면의 에칭된 미세구조를 보면 장경비(aspect ratio)가 큰 주상으로 성장한 질화규소 입자들이 서로 교차되어 치밀한 미세조직을 구성하고 있다.In the fracture surface microstructure of FIG. 2, when the bonds between the silicon nitride particles are broken, intragranular destruction and grain boundary destruction are performed together in a dense state, and partially elongated grains are pulled out. ) Patterns are also observed, indicating that these factors contribute to the increased strength. In addition, in the etched microstructure of the polishing surface of FIG. 3, silicon nitride particles grown in a columnar shape having a large aspect ratio cross each other to form a dense microstructure.

따라서, 이와 같은 기계적 특성 값은 질화규소 소결체 가운데 상압소결에 의한 소결체의 물리적 및 기계적 특성에 거의 근접한 값이며, 미세구조적 측면에서도 일반적인 상압소결 질화규소의 미세구조 차이가 없는 구조를 보임으로써, 본 발명에 따르면 중저급의 원료를 사용하여도 통상적인 질화규소 소결체에 상응하는 값을 갖는 소결체가 제조됨으로써 경제적으로 보다 유리한 효과를 거둘 수 있다.Therefore, the mechanical property value is a value close to the physical and mechanical properties of the sintered body by atmospheric sintering among the silicon nitride sintered bodies, and in terms of microstructural structure, the structure shows no difference in general microstructure of atmospheric pressure sintered silicon nitride. Even using low and medium grade raw materials, a sintered body having a value corresponding to that of a conventional silicon nitride sintered body is produced, thereby achieving an economically more advantageous effect.

다음으로, 상기와 같은 질화규소 세라믹스 제조방법을 알루미늄 용탕의 탈기와 정제를 위한 디개싱 파이프 및 로터의 제조에 보다 구체적으로 적용시킨 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법에 대해 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 따른 질화규소 세라믹 로터 및 파이프 제조방법의 제1실시예를 도시한 공정도이고, 도 4는 도 3의 제조방법으로 제작한 알루미늄 용탕 탈기용 질화규소 세라믹 로터 및 파이프의 제1실시예를 도시한 모식도이다.Next, a silicon nitride ceramic pipe and a rotor manufacturing method in which the silicon nitride ceramics manufacturing method as described above is more specifically applied to the production of a degassing pipe and a rotor for degassing and refining aluminum molten metal will be described in detail with reference to the following drawings. Shall be. 3 is a process diagram showing a first embodiment of a silicon nitride ceramic rotor and pipe manufacturing method according to the present invention, Figure 4 is a first embodiment of a silicon nitride ceramic rotor and pipe for degassing the aluminum molten metal produced by the manufacturing method of FIG. It is a schematic diagram showing.

본 발명에 따른 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법은 크게 혼합단계, 파이프성형단계, 로터성형단계, 기상반응소결단계, 상압소결단계, 조립단계로 이루어지며, 상기 파이프와 로터의 혼합분말은 유기물 결합제의 조성에 차이를 두고 별도로 제작되어 상기 파이프는 압출에 의해 튜브형상으로 성형하고 복잡한 형상을 가지는 상기 로터는 일축가압에 의해 성형하며, 상기 기상반응소결, 상압소결단계를 거친 후 상호 조립하여 완성시키게 된다.The silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method according to the present invention is composed of a mixing step, a pipe forming step, a rotor forming step, a gas phase reaction sintering step, an atmospheric pressure sintering step, and an assembling step. The mixed powder of the pipe and the rotor is composed of an organic binder. The pipe is separately manufactured with a difference in composition, and the pipe is formed into a tubular shape by extrusion, and the rotor having a complicated shape is formed by uniaxial pressurization, and after completion of the gas phase reaction sintering and atmospheric pressure sintering steps, the assembly is completed. .

본 발명에 따른 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법은 상기 질화규소 세라믹스 제조방법의 기술내용을 전반적으로 포함하는데, 이하에서는 상기에서 이미 설명된 기술내용과 중복되는 설명은 생략하면서, 일반적인 알루미늄 용탕 탈기용에 적합하도록 각 원료 및 성형물의 형상 및 크기를 한정하여 적용시킨 실시예를 들어 설명하기로 한다.The silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method according to the present invention includes the technical contents of the silicon nitride ceramics manufacturing method as a whole, hereinafter, descriptions overlapping with the technical details already described above, while omitting suitable for general aluminum molten metal degassing An embodiment in which the shape and size of each raw material and the molding are limited so as to be described will be described.

상기 혼합단계에서는 95% 이상의 순도를 갖고 평균 2㎛의 입자크기를 갖는 질화규소(Si3N4) 분말에 평균 6㎛의 입자크기를 갖는 금속실리콘(Si) 분말과 산화물 소결조제인 알루미나(Al2O3)와 이트리아(Y2O3) 분말을 함께 첨가하여 물, 성형보조제와 함께 혼합하고, 이들 혼합분말을 건조하여 체가름한다.In the mixing step has a 95% purity having a particle size average of 2㎛ silicon nitride (Si 3 N 4) of metal having a particle size of the powder mean 6㎛ silicon (Si) powder and a sintering aid of alumina oxide (Al 2 O 3 ) and yttria (Y 2 O 3 ) powder are added together, mixed with water and a molding aid, and these mixed powders are dried and sieved.

상기 로터성형단계에서는 제조하고자하는 직경의 크기를 갖는 압출금형(Extrusion Die)을 압출성형기 끝단에 장착하여 상기 압출성형기내에 수용된 과립화된 혼합분말을 상기 압출금형을 통해 밀어냄으로써 원하는 직경 및 길이의 튜브형상으로 제조한다.In the rotor molding step, an extrusion die having a size of a diameter to be manufactured is mounted on the end of the extruder, and the granulated mixed powder contained in the extruder is pushed through the extruder to form a tube having a desired diameter and length. Manufactured in the shape.

상기 로터성형단계에서는 과립화된 혼합분말을 로터 형상화를 위해 금속질 몰드에 충전한 후, 로터 성형체의 두께에 따라 150~300kg/cm2 범위내의 성형압력으로 일축가압하며 복잡한 형상을 가진 로터로 성형제조하는데, 상기 성형압력은 최종 소결체 제조 후의 특성에 영향을 미치게 된다.In the rotor molding step, the granulated mixed powder is filled into a metal mold for forming a rotor, and then uniaxially pressurized at a forming pressure within a range of 150 to 300 kg / cm 2 according to the thickness of the rotor molded body and molded into a rotor having a complicated shape. In forming, the forming pressure affects the properties after the final sintered body is produced.

본 발명의 소결과정은 초기원료로 첨가된 금속실리콘(Si)이 반응가스인 질소(N2)와 반응하여 새로운 질화규소(Si3N4) 핵의 성장과 이를 통한 질화규소(Si3N4) 입자로의 성장을 하는 기상반응소결단계를 거치게 되는데, 성형체가 일정량의 기공율을 가지고 있어야 질소(N2)가스가 성형체 내의 기공으로 원활하게 침투하여 상기 금속실리콘(Si)과 높은 반응성을 가질 수 있다. In the sintering process of the present invention, metal silicon (Si) added as an initial raw material reacts with nitrogen (N 2 ) as a reaction gas to grow new silicon nitride (Si 3 N 4 ) nuclei, and silicon nitride (Si 3 N 4 ) particles through the same. In the gas phase reaction sintering step of growing the furnace, the molded body must have a certain amount of porosity so that nitrogen (N 2 ) gas can smoothly penetrate into the pores in the molded body and have high reactivity with the metal silicon (Si).

성형압력이 너무 놓아 성형체 자체가 치밀하게 제조되면 금속실리콘(Si)의 질화율(Nitridation Ratio)이 낮아져 최종소결 후에도 내부에 미반응 금속실리콘(Si)이 잔류하게되어 소결체의 특성을 저하시키는 원인이 되므로, 가압에 의해 성형제조할 시에는 성형압력 변화에 따른 성형체의 기공율의 제어가 중요하다.If the molding pressure itself is too high and the molding itself is manufactured, the nitriding ratio of the metal silicon (Si) is lowered, so that the unreacted metal silicon (Si) remains inside even after the final sintering, causing deterioration of the characteristics of the sintered body. Therefore, it is important to control the porosity of the molded body according to the change in the molding pressure when forming the molded article by pressing.

상기 파이프성형단계와 로터성형단계에서 성형된 파이프 및 로터는 소결단계로 도입되기 전에 일정한 형태로 고형화시키는 건조과정을 거치게 되는데, 특히, 일측으로 길게 연장된 형상의 파이프를 형상화함에 있어서는 온도가 제어되는 롤러건조기에서 진원과 직진도를 제어하면서 건조시키도록 한다.The pipe and the rotor formed in the pipe forming step and the rotor forming step are subjected to a drying process of solidifying to a certain shape before being introduced into the sintering step. In particular, the temperature is controlled in shaping the pipe having a long shape extending to one side. Allow the roller dryer to dry while controlling the roundness and straightness.

상기 기상반응소결단계에서는 상기 파이프와 로터의 성형체 내에 포함된 금속실리콘(Si)과 반응 가스인 질소(N2)와 반응에 의한 3Si + 2N2 → Si3N4 생성반응의 질화율 (Nitridation Ratio)을 높이기 위해 다단계 소결스케쥴을 적용하여 0.5~1℃/min의 속도로 승온하여 일정 시간동안 유지하고, 상기 상압소결단계에서는 1~3℃/min의 속도로 승온하여 소결온도에서 1~2시간 유지한 후, 소결온도에서 상온까지 5℃/min의 속도로 냉각시킨다.In the gas phase reaction sintering step, nitriding ratio of 3Si + 2N 2 → Si 3 N 4 formation reaction by reaction with metal silicon (Si) included in the pipe and the rotor and nitrogen (N 2 ) as a reaction gas In order to increase)) by applying a multi-step sintering schedule, the temperature is raised at a rate of 0.5 ~ 1 ℃ / min and maintained for a certain time, in the atmospheric pressure sintering step is heated at a rate of 1 ~ 3 ℃ / min 1 ~ 2 hours at the sintering temperature After holding, the mixture is cooled at a rate of 5 ° C./min from the sintering temperature to room temperature.

도 3에 도시된 본 발명에 따른 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법의 제1실시예는, 질화규소(Si3N4), 금속실리콘(Si), 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3) 분말을 유기물 결합제(Organic Binder)와 함께 혼합(Mixing)하고, 압출(Extrusion)에 의해 파이프(Pipe)를, 가압(Pressing)에 의해 로터(Roter)를 각각 성형제조하고, 고형화되도록 건조시킨후, 소결 전 일정형상으로 마름질가동하는 Green Machining 단계를 거쳐, 질화상압소결(NPS)시키고, 소결 후 최종적으로 마름질가공하는 Final Machining 단계를 거쳐, 상기 파이프와 로터를 상호 조립하여 일체화시키고, 강도 등을 검사하는 단계를 거치도록 하는 구성을 가진다.The first embodiment of the silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method according to the present invention shown in Figure 3 is, silicon nitride (Si 3 N 4 ), metal silicon (Si), alumina (Al 2 O 3 ), yttria (Y 2 O 3 ) The powder is mixed with an organic binder, a pipe is formed by extrusion, and a rotor is formed by pressing, and dried to solidify. After sintering, go through the Green Machining step to be dried to a certain shape before sintering, Nitrogen pressure sintering (NPS), and after the final Machining step to finally be finished after sintering, the pipe and the rotor are assembled together, integrated, and strength It has a configuration to go through the step of checking the back.

도 4는 도 3에 도시된 상기 제1실시예에 의해 완성된 파이프 및 로터의 조립체를 도시한 것으로, 상기 파이프는 일단부 외주면에 나선형 홈이 형성된 2개소가 제작되고 상기 로터는 내주면에 상기 파이프의 나선형 홈에 대응되는 홈 내지 굴곡면이 형성되어, 상기 조립단계에서 상기 로터와 파이프간, 상기 파이프간에 해당되는 2개의 조립결합부를 가지고 일체로 조립된다.Figure 4 shows the assembly of the pipe and the rotor completed by the first embodiment shown in Figure 3, the pipe is made of two places with a spiral groove formed on one outer peripheral surface of the pipe and the rotor on the inner peripheral surface Grooves or curved surfaces corresponding to the spiral grooves are formed, and are integrally assembled with the assembly coupling parts corresponding to the rotor and the pipe and the pipe in the assembling step.

본 발명은 또한, 상기와 같은 구성을 가지는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법으로 제조한 질화규소 세라믹 파이프 및 로터를 다른 기술적 요지로 하는데, 상기의 기술내용에 별도의 추가설명없이도 그 구성과 특성을 파악할 수 있는 바 그 설명을 생략하기로 한다.The present invention also provides a silicon nitride ceramic pipe and a rotor manufactured by the silicon nitride ceramic pipe and the rotor manufacturing method having the above-described configuration as another technical gist, and its configuration and characteristics can be grasped without further explanation in the above technical contents. The description thereof will be omitted.

본 발명의 구성에 따르면 1100℃이상 1820℃이하의 온도범위 내에서 승온시키는 과정에서 기상반응소결과 상압소결이 연속적으로 이루어짐에 따라 하나의 소결공정으로 반응소결과 상압소결이 동시에 실시되는 효과를 거둘 수 있어 질화규소 소결체를 낮은 온도에서 적은 기공율로 용이하게 제조할 수 있고, 이에 따라 에너지 및 제조원가를 절감할 수 있다.According to the constitution of the present invention, as a result of the gas phase reaction and atmospheric pressure sintering are continuously performed in the process of raising the temperature within a temperature range of 1100 ° C. or more and 1820 ° C. or less, the reaction result and the atmospheric pressure sintering are simultaneously performed by one sintering process. The silicon nitride sintered body can be easily manufactured at low temperature and low porosity, thereby reducing energy and manufacturing cost.

실리콘 폐기물을 분쇄, 정제하여 재활용되는 저가의 분말을 금속실리콘(Si) 분말로 사용하고, 질화규소(Si3N4) 분말도 저순도, 저가의 분말을 사용하여도 질화규소 세라믹스의 특성에 준하는 우수한 물리적 및 기계적 특성을 보유할 수 있어 실용화시키기 용이하고 이에 따른 제조원가 또한 절감할 수 있다.Excellent physical properties in accordance with the characteristics of silicon nitride ceramics, even though low-cost powders that are pulverized and purified from silicon waste are recycled as metal silicon (Si) powders, and silicon nitride (Si 3 N 4 ) powders are low-purity and low-cost powders. And mechanical properties can be retained, making it easy to put to practical use, thereby reducing manufacturing costs.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명한 것으로, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 균등한 기술범위를 당연히 포함한다고 보아야 할 것이다.In the above description of the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to these embodiments, and the embodiments of the present invention together with the embodiments in which the above embodiments are simply combined with the existing known art are described in the claims and the detailed description of the present invention. Naturally, it should be understood that the present invention includes the equivalent technical scope that can be modified and used by those skilled in the art.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 1100℃이상 1820℃이하의 온도범위 내에서 승온시키는 과정에서 기상반응소결과 상압소결이 연속적으로 이루어짐에 따라 하나의 소결공정으로 반응소결과 상압소결이 동시에 실시되는 효과를 거둘 수 있어 질화규소 소결체를 낮은 온도에서 적은 기공율로 용이하게 제조할 수 있고, 이에 따라 에너지 및 제조원가를 절감할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described configuration, as the gas phase reaction and atmospheric pressure sintering are continuously performed in the process of raising the temperature within the temperature range of 1100 ° C. or more and 1820 ° C. or less, the reaction sintering and atmospheric pressure sintering are simultaneously performed in one sintering process. Since the effect can be achieved, the silicon nitride sintered body can be easily manufactured at a low temperature with low porosity, and thus, energy and manufacturing cost can be reduced.

또한, 금속 실리콘 분말을 실리콘 폐기물을 분쇄, 정제하여 재활용되는 저가의 분말을 사용하고, 질화규소 분말도 저순도, 저가의 분말을 사용하여도 우수한 소결품질로 제작할 수 있으며, 이에 따라 실용화시키기 용이하고 제조원가를 절감할 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, metal silicon powder can be produced by using low-cost powder that is recycled by crushing and refining silicon waste, and silicon nitride powder can be produced with excellent sintering quality even by using low purity and low-cost powder. There is another effect that can save money.

그리고, 압출과 압축에 의해 디개싱 파이프와 로터를 각각 성형시킨 후, 기상반응소결과 상압소결을 함께 적용하여 치밀화시키고, 소결체들을 하나의 부품으 로 조립`결합시킴으로써, 용융 알루미늄의 탈기 및 정제용으로 상용화시키기에 적합한 구조와 강도를 가지는 디개싱 파이프 및 로터를 제조할 수 있다는 다른 효과가 있다.Then, the degassing pipe and the rotor are molded by extrusion and compression, and then densified by applying gas phase reaction and atmospheric pressure sintering together, and assembling and combining the sintered bodies into one part, thereby degassing and refining molten aluminum. Another effect is that degassing pipes and rotors having a structure and strength suitable for commercialization can be produced.

Claims (16)

질화규소(Si3N4) 분말과의 합이 100중량%를 이루도록 금속실리콘(Si) 분말을 5중량%이상 50중량%이하로 첨가하고, 상기 금속실리콘 및 질화규소(Si3N4)의 중량합과 대비하여 알루미나(Al2O3) 분말을 1중량%이상 5중량%이하, 이트리아(Y2O3) 분말을 1중량%이상 6중량%이하가 되도록 조합하여 혼합하는 혼합단계와;A metal silicon (Si) powder is added in an amount of 5 wt% or more and 50 wt% or less so that the sum of the silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder is 100 wt%, and the sum of the weights of the metal silicon and silicon nitride (Si 3 N 4 ) A mixing step of mixing alumina (Al 2 O 3 ) powder in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less, and combining yttria (Y 2 O 3 ) powder so as to be 1 wt% or more and 6 wt% or less; 상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 이용하여 지정형상으로 성형체를 제조하는 성형단계와;A molding step of manufacturing a molded body in a designated shape by using the powder mixed in the mixing step; 성형체 내에 포함된 금속실리콘(Si)을 질소가스 분위기, 1100℃이상 1400℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 소결시키는 기상반응소결단계와;A gas phase reaction sintering step of sintering the metal silicon (Si) contained in the molded body by adjusting a temperature increase rate in a nitrogen gas atmosphere, at a temperature range of 1100 ° C. to 1400 ° C .; 상기 기상반응소결단계에서 반응소결된 소결체를 1400℃이상 1820℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 산화물 소결조제의 공융액상 형성에 의해 질화규소 입자의 치밀화를 진행시키는 상압소결단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 질화규소 세라믹스 제조방법Atmospheric pressure sintering step of proceeding the densification of silicon nitride particles by forming a eutectic liquid phase of the oxide sintering aid by controlling the temperature increase rate in the temperature range of 1400 ℃ to 1820 ℃ below the reaction sintered in the gas phase reaction sintering step; Silicon nitride ceramics manufacturing method characterized by 제1항에 있어서, 상기 혼합단계는,The method of claim 1, wherein the mixing step, 상기 분말 전체에 대하여 유기물 결합제가 10중량%이상 15 중량%이하로 첨가, 혼합되고, 물이나 알코올 용매로 습식혼합되며,The organic binder is added to 10% by weight or more and 15% by weight or less with respect to the whole powder, mixed with water or an alcoholic solvent, 상기 성형단계는,The molding step, 압출하여 상기 성형체를 성형제조함을 특징으로 하는 질화규소 세라믹스 제조방법Silicon nitride ceramics manufacturing method characterized in that the molding by extrusion molding 제1항에 있어서, 상기 혼합단계는,The method of claim 1, wherein the mixing step, 상기 분말 전체에 대하여 유기물 결합제가 1중량%이상 3중량%이하로 첨가, 혼합되고, 물이나 알코올 용매로 습식혼합되며,The organic binder is added and mixed in an amount of 1% by weight or more and 3% by weight or less with respect to the entire powder, and wet-mixed with water or an alcohol solvent, 상기 성형단계는,The molding step, 일축가압하여 상기 성형체를 성형제조함을 특징으로 하는 질화규소 세라믹스 제조방법Silicon nitride ceramics manufacturing method characterized in that for forming the molded article by uniaxial pressure 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 혼합단계는,According to any one of claims 1 to 3, wherein the mixing step, 일정한 조성으로 혼합된 분말에 포함된 용매를 60~100℃의 온도에서 휘발, 건조시키는 혼합분말건조단계와;A mixed powder drying step of volatilizing and drying the solvent contained in the powder mixed with a constant composition at a temperature of 60 to 100 ° C .; 상기 혼합분말건조단계에서 건조처리된 혼합분말을 125㎛이하의 구멍크기를 가지는 체로 과립화시키는 분말과립화단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 질화규소 세라믹스 제조방법And a powder granulation step of granulating the mixed powder dried in the mixed powder drying step into a sieve having a pore size of 125 μm or less. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 성형체를 0.1torr 이하의 진공상태에서 실온에서 1100℃까지 승온시키며 성형체에 함유된 유기물 결합제를 열처리하는 바인더열처리단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 질화규소 세라믹스 제조방법And a binder heat treatment step of heating the molded body at room temperature to 1100 ° C. in a vacuum state of 0.1 torr or less, and heat treating the organic binder contained in the molded body. 질화규소(Si3N4) 분말과의 합이 100중량%를 이루도록 금속실리콘(Si) 분말을 5중량%이상 50중량%이하로 첨가하고, 상기 금속실리콘 및 질화규소(Si3N4)의 중량합과 대비하여 알루미나(Al2O3) 분말을 1중량%이상 5중량%이하, 이트리아(Y2O3) 분말을 1중량%이상 6중량%이하가 되도록 조합하여 혼합하는 혼합단계와;A metal silicon (Si) powder is added in an amount of 5 wt% or more and 50 wt% or less so that the sum of the silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder is 100 wt%, and the sum of the weights of the metal silicon and silicon nitride (Si 3 N 4 ) A mixing step of mixing alumina (Al 2 O 3 ) powder in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less, and combining yttria (Y 2 O 3 ) powder so as to be 1 wt% or more and 6 wt% or less; 상기 혼합된 분말을 이용하여 압출에 의해 용융 알루미늄 탈기용 파이프를 성형하는 파이프성형단계와;A pipe forming step of forming a molten aluminum degassing pipe by extrusion using the mixed powder; 상기 혼합된 분말을 이용하여 일축가압에 의해 용융 알루미늄 탈기용 로터를 성형하는 로터성형단계와;A rotor molding step of forming a molten aluminum degassing rotor by uniaxial pressure using the mixed powder; 성형체 내에 포함된 금속실리콘(Si)을 질소가스 분위기, 1100℃이상 1400℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 소결시키는 기상반응소결단계와;A gas phase reaction sintering step of sintering the metal silicon (Si) contained in the molded body by adjusting a temperature increase rate in a nitrogen gas atmosphere, at a temperature range of 1100 ° C. to 1400 ° C .; 상기 기상반응소결단계에서 반응소결된 상기 파이프와 로터의 소결체를 1400℃이상 1820℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 산화물 소결조제의 공융액상 형성에 의해 질화규소 입자의 치밀화를 진행시키는 상압소결단계와;Atmospheric pressure sintering step of proceeding densification of the silicon nitride particles by forming a eutectic liquid phase of the oxide sintering aid by controlling the temperature increase rate of the sintered body of the pipe and the rotor sintered in the gas phase reaction sintering step in the temperature range of 1400 ℃ to 1820 ℃ Wow; 상기 상압소결단계에서 상압소결된 상기 파이프와 로터의 소결체를 일체로 조립하는 조립단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법Silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method characterized in that it comprises a; assembling step of assembling the sintered body of the pipe and the rotor sintered at normal pressure in the atmospheric pressure sintering step 제6항에 있어서, 상기 파이프를 제조함에 있어서, 상기 혼합단계는,The method of claim 6, wherein in the manufacturing of the pipe, the mixing step, 유기물 결합제를 1~3중량% 첨가하고, 물이나 알코올 용매로 습식혼합시킴을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법Silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method characterized by adding 1 to 3% by weight of the organic binder and wet mixing with water or alcohol solvent 제6항에 있어서, 상기 로터를 제조함에 있어서, 상기 혼합단계는,The method of claim 6, wherein in the manufacturing of the rotor, the mixing step, 유기물 결합제를 10~15중량% 첨가하고, 물이나 알코올 용매로 습식혼합시킴을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법A method for producing silicon nitride ceramic pipes and rotors, comprising adding 10 to 15% by weight of an organic binder and wet mixing with water or an alcohol solvent. 제6항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 혼합단계는,The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the mixing step, 일정한 조성으로 혼합된 분말에 포함된 용매를 60~100℃의 온도에서 휘발, 건조시키는 혼합분말건조단계와;A mixed powder drying step of volatilizing and drying the solvent contained in the powder mixed with a constant composition at a temperature of 60 to 100 ° C .; 상기 혼합분말건조단계에서 건조처리된 혼합분말을 125㎛이하의 구멍크기를 가지는 체로 과립화시키는 분말과립화단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 질화규소 세라믹스 제조방법And a powder granulation step of granulating the mixed powder dried in the mixed powder drying step into a sieve having a pore size of 125 μm or less. 제6항 또는 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 6 to 8, 상기 파이프성형단계와 로터성형단계에서 성형된 파이프 및 로터를 진원과 직진도를 제어하면서 건조시키는 성형물건조단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법Silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method characterized in that it further comprises; forming the drying step of drying the pipe and the rotor formed in the pipe forming step and the rotor forming step while controlling the roundness and straightness 제6항 또는 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 상압소결단계는,The method of claim 6 or 8, wherein the atmospheric sintering step, 상기 기상반응소결단계에서 반응소결된 상기 파이프와 로터의 소결체를 초기원료와 동일한 조합으로 구성된 분말 내에 묻은 상태로 이루어짐을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법Silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method characterized in that the sintered body of the pipe and the rotor sintered in the gas phase reaction sintering step is buried in a powder composed of the same combination as the initial raw material 제6항 또는 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, The method according to any one of claims 6 to 8, 상기 파이프와 로터의 성형체를 0.1torr 이하의 진공상태에서 실온에서 1100℃까지 승온시키며 성형체에 함유된 유기물 결합제를 열처리하는 바인더열처리단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법And a binder heat treatment step of heating the formed body of the pipe and the rotor to a temperature of 1100 ° C. at room temperature in a vacuum state of 0.1torr or less, and heat-treating the organic binder contained in the molded body. 질화규소(Si3N4) 분말과의 합이 100중량%를 이루도록 금속실리콘(Si) 분말을 5중량%이상 50중량%이하로 첨가하고, 상기 금속실리콘 및 질화규소(Si3N4)의 중량합과 대비하여 알루미나(Al2O3) 분말을 1중량%이상 5중량%이하, 이트리아(Y2O3) 분말을 1중량%이상 6중량%이하가 되도록 조합하여 혼합하는 분말혼합단계와;A metal silicon (Si) powder is added in an amount of 5 wt% or more and 50 wt% or less so that the sum of the silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder is 100 wt%, and the sum of the weights of the metal silicon and silicon nitride (Si 3 N 4 ) A powder mixing step of mixing alumina (Al 2 O 3 ) powder in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less, and combining yttria (Y 2 O 3 ) powder so that 1 wt% or more and 6 wt% or less; 일정한 조성으로 혼합된 분말에 포함된 용매를 60~100℃의 온도에서 휘발, 건조시키는 혼합분말건조단계와;A mixed powder drying step of volatilizing and drying the solvent contained in the powder mixed with a constant composition at a temperature of 60 to 100 ° C .; 상기 혼합분말건조단계에서 건조처리된 혼합분말을 125㎛이하의 구멍크기를 가지는 체로 과립화시키는 분말과립화단계와;A powder granulation step of granulating the mixed powder dried in the mixed powder drying step into a sieve having a pore size of 125 μm or less; 상기 혼합된 분말을 이용하여 압출에 의해 용융 알루미늄 탈기용 파이프를 성형하는 파이프성형단계와;A pipe forming step of forming a molten aluminum degassing pipe by extrusion using the mixed powder; 상기 혼합된 분말을 이용하여 일축가압에 의해 용융 알루미늄 탈기용 로터를 성형하는 로터성형단계와;A rotor molding step of forming a molten aluminum degassing rotor by uniaxial pressure using the mixed powder; 상기 파이프성형단계와 로터성형단계에서 성형된 파이프 및 로터를 진원과 직진도를 제어하면서 건조시키는 성형물건조단계와;A molding drying step of drying the pipe and the rotor formed in the pipe forming step and the rotor forming step while controlling the roundness and straightness; 상기 파이프와 로터의 성형체를 0.1torr 이하의 진공에서 실온에서 1100℃까지 승온시키며 성형체에 함유된 유기물 결합제를 열처리하는 바인더열처리단계;A binder heat treatment step of heating the molded body of the pipe and the rotor to a temperature of 1100 ° C. at room temperature in a vacuum of 0.1 torr or less and heat-treating the organic binder contained in the molded body; 상기 파이프와 로터의 성형체 내에 포함된 금속실리콘(Si)을 질소가스 분위기, 1100℃이상 1400℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 소결시키는 기상반응소결단계와;A gas phase reaction sintering step of sintering the metal silicon (Si) contained in the molded body of the pipe and the rotor by controlling the temperature increase rate in a temperature range of 1100 ° C. to 1400 ° C. under a nitrogen gas atmosphere; 상기 기상반응소결단계에서 반응소결된 상기 파이프와 로터의 소결체를 초기원료와 동일한 조합으로 구성된 분말 내에 묻은 상태로 1400℃이상 1820℃이하의 온도범위에서 승온속도를 조절하여 산화물 소결조제의 공융액상 형성에 의해 질화규소 입자의 치밀화를 진행시키는 상압소결단계와;The eutectic liquid phase of the oxide sintering aid was formed by controlling the temperature increase rate in a temperature range of 1400 ° C. or more and 1820 ° C. or less in a state in which the sintered body of the pipe and the rotor sintered in the gas phase reaction sintering were buried in a powder composed of the same combination as the initial raw material. Atmospheric pressure sintering to advance the densification of the silicon nitride particles by the; 상기 상압소결단계에서 상압소결된 상기 파이프와 로터의 소결체를 일체로 조립하는 조립단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법Silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method characterized in that it comprises a; assembling step of assembling the sintered body of the pipe and the rotor sintered at normal pressure in the atmospheric pressure sintering step 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 기상반응소결단계에서는 0.5~1℃/min의 속도로 승온하여 일정 시간동안 유지하고, 상기 상압소결단계에서는 1~3℃/min의 속도로 승온하여 1820℃이하의 소결온도에서 1~2시간 유지하고 상기 소결온도에서 상온까지 5℃/min의 속도로 냉각시킴을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 파이프 및 로터 제조방법In the gas phase reaction sintering step, the temperature is raised at a rate of 0.5 to 1 ° C./min, and maintained for a predetermined time. Silicon nitride ceramic pipe and rotor manufacturing method characterized in that the cooling and cooling at a rate of 5 ℃ / min from the sintering temperature to room temperature 제6항 내지 제8항, 제13항, 제14항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조한 질화규소 세라믹 파이프Silicon nitride ceramic pipe manufactured by the method of any one of claims 6 to 8, 13 and 14. 제6항 내지 제8항, 제13항, 제14항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조한 질화규소 세라믹 로터Silicon nitride ceramic rotor manufactured by any one of claims 6 to 8, 13, 14
KR1020070039418A 2007-04-23 2007-04-23 Manufacturing Method of Silicon Nitride Ceramics, Silicon Nitride Ceramic Rotor and Pipe And The Product Thereby KR100889387B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070039418A KR100889387B1 (en) 2007-04-23 2007-04-23 Manufacturing Method of Silicon Nitride Ceramics, Silicon Nitride Ceramic Rotor and Pipe And The Product Thereby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070039418A KR100889387B1 (en) 2007-04-23 2007-04-23 Manufacturing Method of Silicon Nitride Ceramics, Silicon Nitride Ceramic Rotor and Pipe And The Product Thereby

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080095075A true KR20080095075A (en) 2008-10-28
KR100889387B1 KR100889387B1 (en) 2009-03-19

Family

ID=40154885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070039418A KR100889387B1 (en) 2007-04-23 2007-04-23 Manufacturing Method of Silicon Nitride Ceramics, Silicon Nitride Ceramic Rotor and Pipe And The Product Thereby

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100889387B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101044202B1 (en) * 2009-02-26 2011-06-29 순천향대학교 산학협력단 Method of Porous Unidirectional Si2N2O-Si3N4 Composite Using Ethanol Bubbles in a Viscous Polymeric Slurry
KR101233744B1 (en) * 2011-01-27 2013-02-18 한국기계연구원 Manufacturing method of pre-sintered porous Si-mixture granules for porous sintered reaction-bonded silicon nitride, pre-sintered porous granules therefrom, and method manufacturing the porous sintered reaction-bonded silicon nitride
WO2021141328A1 (en) * 2020-01-06 2021-07-15 주식회사 케이씨씨 Method for preparing silicon nitride sintered body, and silicon nitride sintered body prepared thereby
CN113480318A (en) * 2021-08-18 2021-10-08 河南北星精工技术有限公司 High-thermal-conductivity silicon nitride ceramic and preparation method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06345536A (en) * 1993-06-10 1994-12-20 Honda Motor Co Ltd Production of ceramic sintered compact
JPH10324573A (en) 1997-03-27 1998-12-08 Chichibu Onoda Cement Corp Production of silicon nitride sintered compact
KR20050122748A (en) * 2004-06-25 2005-12-29 한국에너지기술연구원 Fabrication method of silicon nitride ceramics by nitrided pressureless sintering process
KR100696414B1 (en) * 2005-04-14 2007-03-19 주식회사 코스마 Sintered material for capillary used in wire bonding and method for manufacturing the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101044202B1 (en) * 2009-02-26 2011-06-29 순천향대학교 산학협력단 Method of Porous Unidirectional Si2N2O-Si3N4 Composite Using Ethanol Bubbles in a Viscous Polymeric Slurry
KR101233744B1 (en) * 2011-01-27 2013-02-18 한국기계연구원 Manufacturing method of pre-sintered porous Si-mixture granules for porous sintered reaction-bonded silicon nitride, pre-sintered porous granules therefrom, and method manufacturing the porous sintered reaction-bonded silicon nitride
WO2021141328A1 (en) * 2020-01-06 2021-07-15 주식회사 케이씨씨 Method for preparing silicon nitride sintered body, and silicon nitride sintered body prepared thereby
CN113480318A (en) * 2021-08-18 2021-10-08 河南北星精工技术有限公司 High-thermal-conductivity silicon nitride ceramic and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR100889387B1 (en) 2009-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1561737B1 (en) Silicon carbide matrix composite material, process for producing the same and process for producing part of silicon carbide matrix composite material
CN107140960B (en) Method for sintering alumina-based eutectic ceramic composite material by discharge plasma
EP2636659B1 (en) High rigidity ceramic material and method for producing same
KR20110077154A (en) Manufacturing method of zirconium diboride-silicon carbide composite
KR100889387B1 (en) Manufacturing Method of Silicon Nitride Ceramics, Silicon Nitride Ceramic Rotor and Pipe And The Product Thereby
EP1892227B1 (en) Process for producing a boron carbide based sintered body
JPWO2012153645A1 (en) Fabrication method of high strength toughness ZrO2-Al2O3 solid solution ceramics
CN108610055A (en) A kind of method that low-temp liquid-phase sintering prepares compact silicon nitride ceramics
JPS589880A (en) Substantially pore-less formed body comprising polycrystal alpha- and/or beta-silicon carbide and manufacture
RU2402507C2 (en) Ceramic material and preparation method thereof
US7964296B2 (en) High-volume, fully dense silicon nitride monolith and method of making by simultaneously joining and hot pressing a plurality of RBSN parts
KR101705024B1 (en) Aln substrate and method for producing same
JP4913468B2 (en) Silicon carbide polishing plate and method for polishing semiconductor wafer
Rodrigues et al. Solid Freeform Fabrication of Functional Silicon Nitride Ceramics by Laminated Object Manufacturing 1
KR20050122748A (en) Fabrication method of silicon nitride ceramics by nitrided pressureless sintering process
JP5673946B2 (en) Method for producing silicon nitride ceramics
CN108358628B (en) Mullite-zirconia composite ceramic and preparation method thereof
KR101140352B1 (en) Manufacturing method of pre-sintered porous Si granules for porous reaction-bonded silicon nitride, pre-sintered porous granules therefrom
JP2976534B2 (en) Silicon nitride sintered body and method for producing the same
JPH04260669A (en) Production of silicon nitride composite material containing silicon carbide
KR101565845B1 (en) MANUFACTURING METHOD FOR MACHINABLE SiC CERAMICS AND SiC CERAMICS MANUFACTURED BY THE METHOD
JPH07115927B2 (en) SiC-based ceramics and method for producing the same
KR101140353B1 (en) Porous sintered reaction-bonded silicon nitride body and manufacturing methods for the same
CN114349517A (en) cBN-B4C composite material and preparation method thereof
CN117105664A (en) High entropy carbide ceramic (MonbTaTiW) C 5 And a method for preparing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130312

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140305

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150305

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee