Al2TiO5 세라믹의 고온에서의 열∙기계적 물성에 관한 연구

Abstract

Aluminum Titanate (Al2TiO5)는 높은 결정학적 이방성으로 인해 미세균열이 형성되어 낮은 열팽창계수를 보이고 상온에서보다 고온에서 강도가 향상된다. 그러나 특정 온도 구간에서 Al2O3와 TiO2 와 분해되어 열•기계적 물성이 저하된다. 본 연구에서는 티탄산 알루미늄에 첨가제를 넣어 대기 분위기에서 반응소결 하여 첨가제가 고온 기계적 물성과 열팽창 특성에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 분해를 감소시키는 열역학적 안정제와 낮은 기계적 강도를 향상시키기 위한 강도증진제를 따로 첨가하거나 동시에 첨가하여 각 안정제가 미치는 영향에 대해 첨가제가 없는 순수 Al2TiO5 와 비교 하였다. 일반적인 세라믹 공정으로 1500oC, 1550 oC, 1600 oC 에서 소결체를 제조하여 X-선회절분석, 열팽창거동 분석 및 미세구조를 분석하고 상온, 1100 oC, 1200 oC, 1300 oC 에서 기계적 강도를 측정하였다. 강도 증진제인 Mullite만 첨가한 조성 AT-m 은 1200 oC에서 최대 72MPa 의 강도향상을 보였으나 높은 열팽창계수(3.3ｘ10-6/K) 를 보였고, 소결온도가 증가할수록 열팽창계수의 변화는 없었다. 반면에 조성 ATM-mZ(Mullite+ZrO2+MgO) 및 조성 ATM-Z (ZrO2+MgO) 는 1100 oC 에서 각각 138MPa, 118MPa 으로 향상을 보였다. 또한 소결온도가 증가할수록 열팽창계수가 순수 Al2TiO5 의 이론값(0.5ｘ10-6/K) 과 일치하였다. 이를 통해 열역학적 안정제는 Al2TiO5 상 형성을 촉진하여 소결성을 증가시키고 미세구조를 발달시킨다. 강도 증진제로는 Mullite가 ZrO2 보다 가장 높은 향상값을 보인다. Al2TiO5 의 고온 기계적 물성과 열팽창 특성을 위해서는 열역학적 안정제와 강도증진제의 동시 첨가가 가장 높은 향상값을 보인다고 판단된다.