MgO-CaO-Al2O3-SiO2 Glass-Y2O3-YSZ 하이브리드 첨가제가 AlN의 물성에 미치는 영향

Abstract

본 연구의 주요 목표는 저온에서 소결 가능하며 높은 굽힘 강도를 가진 AlN 세라믹 기판의 제조이다. 일반적인 AlN의 강도 향상 방법으로는, 첨가제를 사용하여 입자 성장을 제한함으로써 입자크기를 감소시키거나 첨가제에 의해 생성된 이차상으로 슬립계(Slip system)의 피닝(Pinning) 및 균열의 전파를 방해하는 방법이 있다. 반면 위와 같은 첨가제의 영향에 의해 열전도도는 감소하게 되는데, 열전도도의 손실을 최소화하며 강도를 향상시키는 방법에 대해 연구를 같이 진행하였다. AlN을 저온에서 소결하면서 열전도도를 향상시키기 위해 MgO-CaO-Al2O3-SiO2 (MCAS glass)와 Y2O3를 첨가제로 선정하였고, 강도 향상을 위해 Yttria-stabilized zirconia (YSZ) 추가로 첨가하였다. 성형체는 1600 ℃에서 1시간 동안 무가압 소결한 뒤 YSZ 함량에 따른 강도 향상 효과와 열전도도 저하 효과를 비교하였다. 1 wt% MCAS glass-3 wt% Y2O3-1 wt% YSZ 조성에서 가장 높은 굽힘 강도 값을 갖게 되었으며, 열전도도 값 또한 높은 값을 유지할 수 있었다. MCAS glass는 녹는점이 낮아 저온에서의 AlN의 액상 소결을 위한 첨가제로서 사용되었고 Y2O3, YSZ는 각각 열전도도와 기계적 강도를 향상시키기 위해 첨가제로 사용되었다. 소결된 AlN의 열전도도와 굽힘 강도를 평가하였고, 그 결과 1 wt% MCAS glass-3 wt% Y2O3-1 wt% YSZ 조성에서 약 608 MPa로 가장 높은 강도 값과 약 109 W/m·K의 열전도도 값을 가졌다.