KR20200078835A - Method for preparation of vanadium-doped silicon carbide powder and silicon carbide powder thereby, electrically insulated heat radiating filler using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄화규소 분말, 이를 이용한 절연성 방열 필러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바나듐이 탄화규소 격자 내에 균일하게 분포되어 있으며, 상기 분말을 이용하여 1 x 1011 Ωcm 이상의 높은 저항 값을 나타냄으로써 우수한 열전도도와 절연성을 모두 만족시키는 방열 필러를 얻을 수 있는 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a vanadium-doped silicon carbide powder and a silicon carbide powder prepared thereby, and an insulating heat dissipation filler using the same, more specifically, vanadium is uniformly distributed in a silicon carbide grid, and the powder is used By showing a high resistance value of 1 x 10 11 Ωcm or more, it relates to a method of manufacturing a vanadium-doped silicon carbide powder capable of obtaining a heat dissipation filler satisfying both excellent thermal conductivity and insulation.
일반적으로 전자 소자가 고집적화 될수록 더욱 많은 열이 발생하는데, 이러한 방출 열은 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오작동, 기판 열화 등의 원인이 되고 있어 방출 열을 제어하는 기술에 대해 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다.In general, the higher the integration of electronic devices, the more heat is generated. This heat of emission not only degrades the function of the device, but also causes malfunction of peripheral devices and deterioration of the substrate. Research is being done.
특히, LED는 입력된 전력의 70~80%가 열에너지로 전환되고 있어 고온의 방출 열로 인해 접합부의 온도가 계속 증가함으로써 LED 칩의 수명저하를 일으킴에 따라 고방열소재에 대한 수요가 급격하게 증가하고 있다. 또한, 최근 전기자동차로 인해 시장이 확대되고 있는 IGBT와 같은 고출력 전력반도체용으로도 방열소재의 수요가 급증하고 있다.Particularly, as LEDs are converted into thermal energy, 70 to 80% of the input power is continuously increased due to the high temperature of emitted heat, and as the life of the LED chip decreases, the demand for high heat dissipation materials increases rapidly. have. In addition, the demand for heat dissipation materials is also rapidly increasing for high-power power semiconductors such as IGBTs, which have recently been expanding due to electric vehicles.
LED 조명의 경우, 특히 LED소자가 열에 매우 민감하여 방열 효율이 높을수록 LED의 광 효율 및 수명이 증가하게 되며, 알려진 바에 의하면 LED 칩의 온도를 10℃ 낮추면 LED 수명이 2배로 증가하게 되므로 방열효율을 높일 수 있는 방열소재의 수요가 매우 높다.In the case of LED lighting, the LED element is very sensitive to heat, so the higher the heat dissipation efficiency, the higher the light efficiency and life of the LED. As is known, when the temperature of the LED chip is lowered by 10°C, the LED life is doubled, so the heat dissipation efficiency The demand for heat dissipation materials that can increase is very high.
또한, LED 조명에서는 LED모듈의 열을 히트싱크(heat sink) 또는 등기구에 효율 좋게 열을 전달하기 위해 방열 시트가 사용되고 있다. 기존에는 단순히 열전도성 필러를 첨가하여 열전도도를 증가시키는 시도가 이루어진 반면, 최근에는 새로운 무기입자의 제조 혹은 무기입자의 형태나 배열 등을 조절함으로써 열전도도를 증가시키는 방법들이 연구되고 있다.In addition, in LED lighting, a heat dissipation sheet is used to efficiently transfer heat of the LED module to a heat sink or luminaire. In the past, attempts have been made to increase the thermal conductivity by simply adding a thermally conductive filler. Recently, methods for increasing the thermal conductivity by controlling the shape or arrangement of inorganic particles or manufacturing new inorganic particles have been studied.
한편, AlN, Al2O3, BN, SiC, BeO 등의 세라믹들은 높은 열전도도와 절연 특성을 가지고 있어 열전도성 소재로 각광받아 왔다. 일반적으로 세라믹과 고분자가 혼합된 복합재료의 열전도도는 필러의 충전 밀도, 입자의 크기와 크기 분포, 표면처리, 가공방법 등에 의해 영향을 받는다. 특히, 에폭시 수지에 무기 필러를 분산시킨 열전도성 수지 조성물은 칩 부품의 밀봉이나 발열부품의 탑재된 회로와 방열판 사이의 절연층을 형성하는 등의 전자부품 용도에 있어서 널리 이용되고 있다.On the other hand, ceramics such as AlN, Al 2 O 3 , BN, SiC, BeO, etc. have high thermal conductivity and insulating properties, and have been spotlighted as thermal conductive materials. In general, the thermal conductivity of a composite material in which a ceramic and a polymer are mixed is influenced by filler packing density, particle size and size distribution, surface treatment, and processing method. In particular, a thermally conductive resin composition in which an inorganic filler is dispersed in an epoxy resin is widely used in electronic component applications such as sealing chip components or forming an insulating layer between a circuit and a heat sink of a heating component.
그러나 유무기 복합재료 제조 시, 구형의 AlN 필러는 약 74 vol%까지 충전되며 이때의 열전도도는 8.2W/m.K로 높지만 수분에 민감한 AlN은 가수분해 되어 Al2O3가 되기 때문에 본래의 열전도도가 떨어지는 단점이 있다. 또한, 탄화규소 분말의 고유 열전도도는 270W/m.K로 매우 높으나 반도체라는 단점을 가지고 있어 내전압이 낮아 사용이 어렵다.However, when manufacturing organic-inorganic composite materials, the spherical AlN filler is filled up to about 74 vol%, and the thermal conductivity at this time is 8.2 W/m . Although it is high as K, AlN, which is sensitive to moisture, is hydrolyzed and becomes Al 2 O 3 . In addition, the intrinsic thermal conductivity of the silicon carbide powder is 270 W/m . It is very high as K, but has the disadvantage of being a semiconductor, so it is difficult to use due to its low withstand voltage.
탄화규소 분말을 제조하는 대표적인 방법에는 애치슨(Acheson)법, 열탄소환원법(carbothermal reduction method), 직접탄화법(direct carbonization method) 기상반응을 이용한 합성법, 액상고분자 반응법 등이 있다. 그 중에서도 애치슨(Acheson)법은 알파상의 탄화규소(α-SiC)를 제조하는데 적합한 대표적 산업적 양산 방법으로, 석영과 코크스를 출발물질로 하여 전기 저항로에서 2,000~2,400℃의 온도 조건으로 탄화규소를 생성한다.Typical methods for producing silicon carbide powder include the Acheson method, the carbothermal reduction method, the direct carbonization method synthesis using a gas phase reaction, and the liquid polymer reaction method. Among them, the Acheson method is a representative industrial mass production method suitable for manufacturing alpha-phase silicon carbide (α-SiC), and silicon carbide is used as a starting material in quartz and coke at 2,000 to 2,400℃ in the electric resistance furnace. To create.
상기 탄화규소 분말의 대표적인 제조방법 중에서, 열탄소환원법(carbothermal reduction method)이란 탄소와 혼합한 실리카를 아르곤 분위기에서 열처리하여 탄화규소를 제조하는 방법인데, 열처리 과정 중에 실리카가 탄소와 반응하여 실리카 중의 산소는 일산화탄소(CO) 가스로 형성되어 소실되고 남은 규소는 탄소와 반응하여 탄화규소를 형성한다. 그 전체 반응식 및 구체적인 반응과정은 아래 식과 같다.Among the typical manufacturing methods of the silicon carbide powder, a thermal carbon reduction method is a method of manufacturing silicon carbide by heat-treating silica mixed with carbon in an argon atmosphere, and silica reacts with carbon during the heat treatment process to oxygen in the silica. Is formed of carbon monoxide (CO) gas and disappears, and the remaining silicon reacts with carbon to form silicon carbide. The overall reaction formula and the specific reaction process are as follows.
SiO2 ＋ 3C → SiC ＋ 2CO↑SiO2 + 3C → SiC + 2CO↑
SiO2(s) ＋ C(s) → SiO(g) ＋ CO(g)SiO2(s) + C(s) → SiO(g) + CO(g)
SiO(g) ＋ 2C(s) → SiC(s) ＋ CO(g)SiO(g) + 2C(s) → SiC(s) + CO(g)
그러나 상술한 열탄소환원법, 기상반응법 또는 액상고분자 반응법 등은 낮은 온도영역에서 안정한 베타상의 탄화규소(β-SiC)를 제조하는 방법으로서는 적합하지만 수율이 낮다는 단점이 있다.However, the above-described thermal carbon reduction method, gas phase reaction method, or liquid polymer reaction method is suitable as a method for producing a stable beta phase silicon carbide (β-SiC) in a low temperature region, but has a disadvantage of low yield.
따라서 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하고자 탄화규소 분말 제조 시 바나듐 금속 분말을 1~5 중량% 첨가하여 이를 실리콘 및 카본 분말과 반응시키는 직접탄화법을 사용함으로써 바나듐이 탄화규소 격자 내에 균일하게 분포하여 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 얻을 수 있고, 상기 분말을 이용하면 1 x 1011 Ωcm 이상의 높은 저항 값을 나타냄으로써 우수한 열전도도와 절연성을 모두 만족시키는 방열 필러도 얻을 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Therefore, the present inventors use vanadium doping by uniformly distributing vanadium in the silicon carbide lattice by using a direct carbonization method in which 1-5% by weight of vanadium metal powder is added and reacted with silicon and carbon powders to solve the above problem. It has been found that the obtained silicon carbide powder can be obtained, and when the powder is used, a heat dissipation filler that satisfies both excellent thermal conductivity and insulation can be obtained by exhibiting a high resistance value of 1 x 10 11 Ωcm or more, leading to the completion of the present invention. .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 직접탄화법에 의하여 바나듐이 탄화규소 격자 내에 균일하게 분포되어 있는 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vanadium-doped silicon carbide powder in which vanadium is uniformly distributed in a silicon carbide lattice by a direct carbonization method.
또한, 상기 제조방법에 따라 얻어진 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 이용하여 1 x 1011 Ωcm 이상의 높은 저항 값을 나타냄으로써 우수한 열전도도와 절연성을 모두 만족시키는 방열 필러를 제공하고자 하는 것이다.In addition, by using a vanadium-doped silicon carbide powder obtained according to the above manufacturing method, it is intended to provide a heat dissipation filler that satisfies both excellent thermal conductivity and insulation by exhibiting a high resistance value of 1 x 10 11 Ωcm or more.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, (I) 실리콘 분말, 카본 블랙 분말 및 바나듐 금속분말을 혼합한 후, 1,350~1,800℃에서 1차 열처리하는 단계; (II) 상기 1차 열처리 후, 1,800~2,000℃에서 2차 열처리하는 단계; 및 (III) 상기 2차 열처리 후, 600~1,000℃에서 탈탄 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 제조방법을 제공한다.The present invention for achieving the object as described above, (I) after mixing the silicon powder, carbon black powder and vanadium metal powder, the first heat treatment at 1,350 ~ 1,800 ℃; (II) after the first heat treatment, a second heat treatment at 1,800 ~ 2,000 ℃; And (III) after the second heat treatment, performing a decarburization process at 600 ~ 1,000 ℃; provides a method for producing a vanadium-doped silicon carbide powder comprising a.
상기 (I) 단계 이전에 실리콘 분말을 탄화규소 볼을 이용하여 습식 분쇄하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it further comprises the step of wet grinding the silicon powder before the step (I) using a silicon carbide ball.
상기 (I) 단계의 1차 열처리는 헬륨, 네온, 아르곤 가스 또는 진공 분위기에서 1~20℃/min의 승온속도로 1,350~1,800℃까지 승온시키고 2~3시간 등온상태를 유지함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.The first heat treatment of the step (I) is performed by heating to 1,350 to 1,800°C at a heating rate of 1 to 20°C/min in a helium, neon, argon gas or vacuum atmosphere and maintaining the isothermal state for 2 to 3 hours. Should be
상기 (II) 단계의 2차 열처리는 헬륨, 네온, 아르곤 가스 또는 진공 분위기에서 1~20℃/min의 승온속도로 1,800~2,000℃까지 승온시키고 1~14시간 등온상태를 유지함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.The second heat treatment of step (II) is performed by heating to 1,800 to 2,000°C at a heating rate of 1 to 20°C/min in a helium, neon, argon gas, or vacuum atmosphere and maintaining an isothermal state for 1 to 14 hours. Should be
상기 (II) 단계의 2차 열처리는 3~5회의 사이클로 수행되는 것을 특징으로 한다.The second heat treatment of step (II) is characterized in that it is performed in 3 to 5 cycles.
상기 사이클은 1,800~1,850℃ 및 1,950~2,000℃에서 각각 승온과 강온을 반복하면서 각각의 온도범위에서 10분~1시간 등온상태를 유지하는 것을 특징으로 한다. The cycle is characterized by maintaining the isothermal state for 10 minutes to 1 hour in each temperature range while repeating the temperature increase and temperature decrease at 1,800 to 1,850°C and 1,950 to 2,000°C, respectively.
상기 (III) 단계의 탈탄 공정은 대기 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 한다.The decarburization process of step (III) is characterized in that it is performed under an atmospheric atmosphere.
또한, 본 발명에서는 상기 제조방법에 따라 제조된 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 제공한다.In addition, the present invention provides a vanadium-doped silicon carbide powder prepared according to the above manufacturing method.
상기 바나듐 도핑된 탄화규소 분말은 바나듐이 탄화규소 격자 내에 균일하게 분포되어 있고, 여분의 바나듐 화합물을 함유하지 않으며, 순도 99.00~99.99%의 결정상인 것을 특징으로 한다.The vanadium-doped silicon carbide powder is characterized in that vanadium is uniformly distributed in the silicon carbide lattice, does not contain extra vanadium compounds, and is a crystalline phase having a purity of 99.00 to 99.99%.
또한, 본 발명은 상기 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 이용한 절연성 방열 필러를 제공한다.In addition, the present invention provides an insulating heat dissipation filler using the vanadium-doped silicon carbide powder.
본 발명에 따르면, 직접탄화법에 의하여 바나듐이 탄화규소 격자 내에 균일하게 분포되어 있는 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 얻을 수 있으며, 또한 본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 이용하여 1 x 1011 Ωcm 이상의 높은 저항 값을 나타냄으로써 우수한 열전도도와 절연성을 모두 만족시키는 방열 필러를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to obtain a vanadium-doped silicon carbide powder in which vanadium is uniformly distributed in a silicon carbide lattice by a direct carbonization method, and also by using a vanadium-doped silicon carbide powder obtained according to the production method of the present invention 1 By showing a high resistance value of x 10 11 Ωcm or more, it is possible to provide a heat dissipation filler that satisfies both excellent thermal conductivity and insulation.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 X선-회절(XRD) 패턴을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 주사전자현미경(SEM) 이미지.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 X선-회절(XRD) 패턴을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 주사전자현미경(SEM) 이미지.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 X선-회절(XRD) 패턴을 나타낸 그래프. 1 is a graph showing an X-ray-diffraction (XRD) pattern of a vanadium-doped silicon carbide powder (before performing a decarburization process) according to Example 1 of the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM) image of a vanadium-doped silicon carbide powder (before performing a decarburization process) according to Example 1 of the present invention.
3 is a graph showing an X-ray diffraction (XRD) pattern of a vanadium-doped silicon carbide powder (before performing a decarburization process) according to Example 2 of the present invention.
4 is a scanning electron microscope (SEM) image of a vanadium-doped silicon carbide powder (before performing a decarburization process) according to Example 2 of the present invention.
5 is a graph showing an X-ray diffraction (XRD) pattern of a vanadium-doped silicon carbide powder (before decarburization process) according to a comparative example of the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄화규소 분말, 이를 이용한 절연성 방열 필러에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a vanadium-doped silicon carbide powder according to the present invention and a silicon carbide powder produced thereby, and an insulating heat-radiating filler using the same will be described in detail.
먼저, 본 발명에서는 (I) 실리콘 분말, 카본 블랙 분말 및 바나듐 금속분말을 혼합한 후, 1,350~1,800℃에서 1차 열처리하는 단계; (II) 상기 1차 열처리 후, 1,800~2,000℃에서 2차 열처리하는 단계; 및 (III) 상기 2차 열처리 후, 600~1,000℃에서 탈탄 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 제조방법을 제공한다.First, in the present invention (I) after mixing the silicon powder, carbon black powder and vanadium metal powder, the first heat treatment at 1,350 ~ 1,800 ℃; (II) after the first heat treatment, a second heat treatment at 1,800 ~ 2,000 ℃; And (III) after the second heat treatment, performing a decarburization process at 600 ~ 1,000 ℃; provides a method for producing a vanadium-doped silicon carbide powder comprising a.
일반적으로 직접탄화법에 의하여 탄화규소 분말을 제조하는 방법은 이미 공지기술로 잘 알려져 있으며 가장 경제적이고 간단한 공정으로 탄화규소 분말을 제조할 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는, 탄화규소 분말 제조 시 바나듐 금속분말을 1~5 중량% 첨가하여 이를 실리콘 및 카본 분말과 반응시킴으로써 바나듐이 탄화규소 격자 내에 균일하게 도핑된 탄화규소 분말을 얻을 수 있었다.In general, a method of manufacturing a silicon carbide powder by a direct carbonization method is well known in the art, and the silicon carbide powder can be produced by the most economical and simple process. Accordingly, in the present invention, by adding 1 to 5% by weight of vanadium metal powder during the production of silicon carbide powder and reacting it with silicon and carbon powder, it was possible to obtain silicon carbide powder in which vanadium is uniformly doped in a silicon carbide grid.
상기 (I) 단계의 카본 블랙 분말은 평균입경이 1 ㎛ 이하로서, 바람직하게는 0.2~0.5 ㎛인 것일 수 있고, 바나듐 금속분말은 평균입경이 5 ㎛ 이하로서, 바람직하게는 2~4 ㎛인 것일 수 있다.The carbon black powder of step (I) has an average particle size of 1 μm or less, preferably 0.2 to 0.5 μm, and the vanadium metal powder has an average particle size of 5 μm or less, preferably 2 to 4 μm. May be
아울러 상기 (I) 단계 이전에 실리콘 분말을 탄화규소 볼을 이용하여 습식 분쇄하는 단계를 더욱 포함함으로써, 상기 실리콘 분말의 평균입경을 2 ㎛이하로, 바람직하게는 0.5~1 ㎛ 크기로 조절하여 사용할 수 있다.In addition, by further comprising the step of wet grinding the silicon powder using silicon carbide balls prior to the step (I), the average particle size of the silicon powder is adjusted to a size of 2 µm or less, preferably 0.5 to 1 µm. Can.
상기 (I) 단계의 열처리는 구체적으로 헬륨, 네온, 아르곤 또는 진공 분위기에서 1~20℃/min의 승온속도로 1,350~1,800℃까지 승온시키고 2~3시간 등온상태를 유지함으로써 수행되는 것인바, 바람직하기로는 아르곤 가스 분위기에서 20℃/min의 승온속도로 1,800℃까지 승온시키고 2시간 등온상태를 유지하는 열처리 과정을 수행할 수 있다.The heat treatment in step (I) is specifically performed by heating to 1,350 to 1,800°C at a heating rate of 1 to 20°C/min in a helium, neon, argon or vacuum atmosphere and maintaining an isothermal state for 2 to 3 hours. Preferably, in an argon gas atmosphere, the temperature may be increased to 1,800° C. at a heating rate of 20° C./min, and a heat treatment process may be performed to maintain the isothermal state for 2 hours.
상기 (II) 단계의 2차 열처리는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징으로서, 헬륨, 네온, 아르곤 가스 또는 진공 분위기에서 1~20℃/min의 승온속도로 1,800~2,000℃까지 승온시키고 1~14시간 등온상태를 유지함으로써 수행되는 것인바, 바람직하기로는 진공 분위기에서 20℃/min의 승온속도로 2,000℃까지 승온시키고 2시간 등온상태를 유지하는 열처리 과정을 수행할 수 있다. 상기 (II) 단계를 통하여 고결정성 및 고순도의 탄화규소 분말을 얻으면서 SixVy, VxCy 등 반응과정 중 여분의 바나듐 화합물이 제거된다.The second heat treatment of the step (II) is a core technical feature of the present invention, helium, neon, argon gas, or a vacuum atmosphere at a heating rate of 1 to 20°C/min at 1,800 to 2,000°C and heating for 1 to 14 hours. It is performed by maintaining an isothermal state, and preferably, a heat treatment process in which the temperature is raised to 2,000° C. at a heating rate of 20° C./min in a vacuum atmosphere and maintained in an isothermal state for 2 hours may be performed. Through the step (II), extra vanadium compounds are removed during the reaction process such as Si x V y and V x C y while obtaining high crystalline and high purity silicon carbide powder.
또한, 상기 (II) 단계의 2차 열처리는 3~5회의 사이클로 수행되는 것이 더욱 바람직한바, 이를 통하여 높은 결정성 및 고순도의 탄화규소 분말을 수득하면서 그 분말의 크기를 조절할 수 있으며, 상기 사이클을 수행함에 있어서는 1,800~1,850℃ 및 1,950~2,000℃에서 각각 승온과 강온을 반복하면서 각각의 온도범위에서 10분~1시간 등온상태를 유지하는 것일 수 있다. In addition, the second heat treatment in the step (II) is more preferably performed in 3 to 5 cycles, thereby obtaining a high crystallinity and high purity silicon carbide powder, thereby controlling the size of the powder, and controlling the cycle. In performing, it may be to maintain an isothermal state for 10 minutes to 1 hour in each temperature range while repeating the temperature increase and temperature decrease at 1,800 to 1,850°C and 1,950 to 2,000°C, respectively.
마지막으로 상기 1, 2차 열처리 과정을 통하여 얻어진 탄화규소 분말에 잔존하는 탄소를 제거하기 위하여 600~1,000℃에서 탈탄 공정을 수행함으로써, 바람직하기로는 대기분위기 하에서 800℃에서 상기 탈탄 공정을 수행함으로써 고순도(99.00~99.99%)의 결정상인 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 제조할 수 있다.Finally, in order to remove carbon remaining in the silicon carbide powder obtained through the first and second heat treatment processes, a decarburization process is performed at 600 to 1,000°C, preferably, a high purity is performed at 800°C under an atmospheric atmosphere. A vanadium-doped silicon carbide powder having a (99.00 to 99.99%) crystal phase may be prepared.
또한, 본 발명에서는 상기 제조방법에 따라 제조된 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 제공한다.In addition, the present invention provides a vanadium-doped silicon carbide powder prepared according to the above manufacturing method.
상기 바나듐 도핑된 탄화규소 분말은 바나듐이 탄화규소 격자 내에 균일하게 분포되어 있고, 여분의 바나듐 화합물을 함유하지 않으며, 순도 99.00~99.99%의 결정상인 것일 수 있다. In the vanadium-doped silicon carbide powder, vanadium is uniformly distributed in the silicon carbide lattice, does not contain extra vanadium compounds, and may be a crystalline phase having a purity of 99.00 to 99.99%.
또한, 본 발명은 상기 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 이용한 절연성 방열 필러를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide an insulating heat dissipation filler using the vanadium-doped silicon carbide powder.
이하 구체적인 실시예 및 비교예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다. Hereinafter, specific examples and comparative examples will be described in detail with the accompanying drawings.
(실시예 1)(Example 1)
실리콘 분말(잉곳에서 분쇄된 분말을 탄화규소 볼을 이용하여 습식분쇄 함으로써 얻은 평균입경 0.8 ㎛의 것) 28g(1 mol), 카본 블랙 분말(평균입경 0.5 ㎛) 14.4g(1.2 mol) 및 바나듐 금속분말(평균입경 4 ㎛) 1.06g을 혼합한 후, 20℃/min의 승온속도로 1,800℃까지 승온하고, 아르곤 가스 분위기 하에서 1,800℃에서 2시간 등온상태를 유지하여 1차 열처리를 하였다. 상기 1차 열처리 후, 진공 분위기에서 20℃/min의 승온속도로 2,000℃까지 승온시키고 2시간 등온상태를 유지하여 2차 열처리를 하였다. 상기 2차 열처리 후, 대기 분위기 하에서 800℃에서 탈탄 공정을 수행함으로써 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 제조하였다.28g (1 mol) of silicon powder (average particle size of 0.8 µm obtained by wet pulverizing powder crushed in an ingot using silicon carbide balls), 14.4 g (1.2 mol) of carbon black powder (average particle size 0.5 µm) and vanadium metal After mixing 1.06 g of powder (average particle size 4 µm), the temperature was raised to 1,800° C. at a heating rate of 20° C./min, and the primary heat treatment was performed by maintaining an isothermal state at 1,800° C. for 2 hours under an argon gas atmosphere. After the first heat treatment, the temperature was raised to 2,000° C. at a heating rate of 20° C./min in a vacuum atmosphere, and the second heat treatment was performed by maintaining the isothermal state for 2 hours. After the second heat treatment, vanadium-doped silicon carbide powder was prepared by performing a decarburization process at 800° C. under an atmospheric atmosphere.
(실시예 2)(Example 2)
2차 열처리 과정으로서 아르곤 가스 분위기 하에서 1,800℃에서 2시간 열처리하고, 이후 2,000℃로 승온하여 1시간 등온상태를 유지하는 사이클을 3회 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 제조하였다. As a secondary heat treatment process, vanadium doping was performed in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 1,800° C. for 2 hours under an argon gas atmosphere, and then the temperature was raised to 2,000° C. and 3 cycles of maintaining the isothermal state were performed 3 times. Prepared silicon carbide powder.
(비교예)(Comparative example)
상기 실시예 1, 2에 따른 2차 열처리 과정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1, 2와 동일한 방법으로 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 제조하였다.Vanadium doped silicon carbide powders were prepared in the same manner as in Examples 1 and 2, except that the secondary heat treatment processes according to Examples 1 and 2 were not performed.
도 1에는 본 발명의 실시예 1에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 X선-회절(XRD) 패턴을 그래프로 나타내었는바, 직접탄화법에 의하여 실리콘, 카본 블랙 및 바나듐 금속분말이 반응하여 바나듐 도핑된 탄화규소 분말이 생성되었음을 확인할 수 있다.Figure 1 shows the X-ray diffraction (XRD) pattern of the vanadium-doped silicon carbide powder (before decarburization process) according to Example 1 of the present invention as a graph, and silicon, carbon black and vanadium by direct carbonization It can be confirmed that the metal powder reacted to produce vanadium-doped silicon carbide powder.
또한, 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예 1에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 주사전자현미경(SEM) 이미지로부터는 상기 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 평균입경이 약 1 ㎛ 정도인 것을 확인하였으며, 에너지분산형분광분석을 병행하여 바나듐 도핑량을 분석한 결과 0.42% 값을 얻을 수 있었다.In addition, from the scanning electron microscope (SEM) image of the vanadium-doped silicon carbide powder according to Example 1 of the present invention shown in FIG. 2 (before performing the decarburization process), the average particle diameter of the vanadium-doped silicon carbide powder is about 1 It was confirmed that it was about µm, and an analysis of vanadium doping was performed in parallel with energy dispersive spectroscopy to obtain a value of 0.42%.
아울러 본 발명의 실시예 1로부터 제조된 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 열전도도와 전기저항을 각각 측정한 결과, 열전도도는 약 133.2 W/mK, 전기저항은 1.17 x 1011 Ωcm 이상으로 나타났다.In addition, as a result of measuring the thermal conductivity and electrical resistance of the vanadium-doped silicon carbide powder prepared from Example 1 of the present invention, the thermal conductivity was about 133.2 W/mK, the electrical resistance was 1.17 x 10 11 Ωcm or more.
도 3에는 본 발명의 실시예 2에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 X선-회절(XRD) 패턴을 그래프로 나타내었는바, 직접탄화법에 의하여 실리콘, 카본 블랙 및 바나듐 금속분말이 반응하여 바나듐 도핑된 탄화규소 분말이 생성되었음을 확인할 수 있다. Figure 3 shows the X-ray diffraction (XRD) pattern of the vanadium-doped silicon carbide powder (before performing the decarburization process) according to Example 2 of the present invention as a graph. Silicon, carbon black and vanadium by direct carbonization method It can be confirmed that the metal powder reacted to produce vanadium-doped silicon carbide powder.
또한, 도 4에 나타낸 본 발명의 실시예 2에 따른 바나듐 도핑된 탄화규소 분말(탈탄 공정 수행 전의 것)의 주사전자현미경(SEM) 이미지로부터는 상기 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 평균입경이 약 300 ㎛ 정도인 것을 확인하였으며, 에너지분산형분광분석을 병행하여 바나듐 도핑량을 분석한 결과 0.42% 값을 얻을 수 있었다.In addition, from the scanning electron microscope (SEM) image of the vanadium-doped silicon carbide powder (before performing the decarburization process) according to Example 2 of the present invention shown in FIG. 4, the average particle diameter of the vanadium-doped silicon carbide powder is about 300 It was confirmed that it was about µm, and an analysis of vanadium doping was performed in parallel with energy dispersive spectroscopy to obtain a value of 0.42%.
아울러 본 발명의 실시예 2로부터 제조된 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 열전도도와 전기저항을 각각 측정한 결과, 열전도도는 약 130.7 W/mK, 전기저항은 1.70 x 1011 Ωcm 이상으로 나타났다.In addition, as a result of measuring the thermal conductivity and electrical resistance of the vanadium-doped silicon carbide powder prepared from Example 2 of the present invention, the thermal conductivity was about 130.7 W/mK, and the electrical resistance was 1.70 x 10 11 Ωcm or more.
한편, 도 5에 나타낸 비교예의 데이터로부터는 1차 열처리 과정만을 수행함으로써 실리콘 분말, 카본 블랙 분말 및 바나듐 금속분말이 반응하여 바나듐 도핑된 탄화규소 분말이 생성될 때, SixVy, VxCy 등 여분의 바나듐 화합물이 잔존하고 있음을 확인할 수 있다.Meanwhile, from the data of the comparative example shown in FIG. 5, when only the primary heat treatment process is performed, silicon powder, carbon black powder, and vanadium metal powder react to produce vanadium-doped silicon carbide powder, Si x V y , V x C It can be confirmed that extra vanadium compounds such as y remain.
따라서 본 발명에 따르면, 직접탄화법에 의하여 바나듐이 탄화규소 격자 내에 균일하게 분포되어 있는 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 얻을 수 있으며, 또한 본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 바나듐 도핑된 탄화규소 분말을 이용하여 1 x 1011 Ωcm 이상의 높은 저항 값을 나타냄으로써 우수한 열전도도와 절연성을 모두 만족시키는 방열 필러를 제공할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a vanadium-doped silicon carbide powder in which vanadium is uniformly distributed in a silicon carbide lattice by a direct carbonization method, and also by using a vanadium-doped silicon carbide powder obtained according to the production method of the present invention. By exhibiting a high resistance value of 1 x 10 11 Ωcm or more, it is possible to provide a heat dissipation filler satisfying both excellent thermal conductivity and insulation.
Claims (10)
(II) 상기 1차 열처리 후, 1,800~2,000℃에서 2차 열처리하는 단계; 및
(III) 상기 2차 열처리 후, 600~1,000℃에서 탈탄 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 바나듐 도핑된 탄화규소 분말의 제조방법.(I) After mixing the silicon powder, carbon black powder and vanadium metal powder, the first heat treatment at 1,350 ~ 1,800 ℃;
(II) after the first heat treatment, a second heat treatment at 1,800 ~ 2,000 ℃; And
(III) After the second heat treatment, performing a decarburization process at 600 ~ 1,000 ℃; Method for producing a vanadium-doped silicon carbide powder comprising a.
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| 비특허문헌 1. M. Bickermann et al., Mater. Sci. Forum 389-393 (2002) 139-142 |
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