소개글
"지르코니아 시편제조"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 실험 목적 및 배경
1.2. 이론적 배경
2. 실험 준비
2.1. 실험 장치 및 시약
2.2. 주의사항
3. 실험 과정
3.1. 시편 제작
3.1.1. 분말 혼합
3.1.2. 가압 성형
3.1.3. 소결
4. 분석 및 평가
4.1. 밀도 측정
4.2. 경도 측정
4.3. 미세구조 관찰
5. 결과 및 고찰
5.1. 시편 특성 분석
5.2. 공정 변수에 따른 영향
6. 개선 방안
6.1. 분말 제조 및 성형 공정 개선
6.2. 소결 조건 최적화
7. 결론
8. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 실험 목적 및 배경
실험 목적 및 배경은 다음과 같다.
2016년 1학기에 세라믹스 화학을 통해 이론으로 배웠던 지르코니아와 시편을 소결할 때 생기는 미세구조 변화에 대해 직접 실험하여 이해하고, 전자현미경을 통해 미세구조를 관찰하는 것이 이 실험의 목적이다.
지르코니아는 평균 입자크기가 1㎛ 이하인 미세한 분말로서 소결이 비교적 잘되는 세라믹 소재이다. 지르코니아는 생체 불활성이며 생체 친화성을 가지고 있어 치과용 세라믹스로 주로 사용된다. 또한 지르코니아는 굴절률이 크고 녹는점이 높아 내식성, 내열 충격성이 크다는 특징이 있다.
이번 실험을 통해 지르코니아 시편의 성형 및 소결 공정에서 발생하는 미세구조 변화를 직접 관찰하고, 물리적 특성 분석을 수행함으로써 지르코니아의 특성을 보다 깊이 있게 이해할 수 있을 것으로 기대된다.
1.2. 이론적 배경
지르코니아는 원소 주기율표상으로 티타늄 쪽에 속해 있으며 지르코늄과 지르코니아는 티타늄이 가지고 있는 생체친화적인 성질도 동시에 가지고 있다. 일반적으로 지표상의 광물질들은 각각의 독특한 결정구조를 가지고 있는데 지르코니아는 일반적으로 단사정, 정방정, 그리고 입방정의 세 가지 동질다상을 가지고 있다. 일반적으로 우리가 지르코니아를 사용할 때 상온에서 정방정상을 안정화시켜 사용한다.
지르코니아 세라믹스는 생체 불활성으로 뼈와 화학적 결합은 하지 않으나 생체 친화성을 가지고 있어 특히 치과용 세라믹스로 주로 쓰인다. 환자의 심미적인 욕구가 높아지면서 금속은 심미적으로 문제가 되었고 금값의 지속적인 상승은 환자들에게 부담이 되었다. 지르코니아는 귀금속에 비해 저렴하고 경제성 및 심미성이 높아 환자가 선호한다.
가압성형은 금형 몰드나 고무틀 안에 분말 재료를 넣고 압력을 가하여 성형하는 방법인데, 가장 간단하면서도 경제적인 방법이다. 일축 가압성형은 단단한 몰드 내에서 펀치, 플랜저 또는 피스톤을 통하여 일축 방향으로 만 압력을 가하여 압축 성형하는 방법이다. 건식 가압성형은 0.5%~5% 정도의 수분을 함유한 과립 또는 분부 건조된 분말을 이용하기 때문에 건조 수축이 없어서 필요한 제품을 정밀하게 성형할 수 있다.
소결은 세라믹에 열을 가해 고온에서 수축과 치밀화를 유도하며, 이를 통해 강도가 크고 단단한 제품이 된다. 이러한 원리를 이용하여 전기로에서 분말로부터 만들어진 성형체를 높은 온도에서 열처리를 하면, 분말 간 접촉점에서 원자의 확산이 일어나고, 그로 인해 중심 간 거리가 가까워지면서 부피 감소가 일어나 치밀하고 단단한 소결체가 된다.
밀도는 원료나 소결체의 질량(g)을 그 물질의 부피(cm³)로 나눈 값이며 단위는 g/cm³이다. 진 밀도란 입자 내 기공을 제외한 부피당 고체만의 질량을 말하며, 겉보기 밀도는 기체 혹은 액체 내의 고체 입자를 담그면 입자 내 기공 속으로 기체 또는 액체가 침투한다.
연마는 현미경으로 관찰하기 위한 시편의 가공에 가장 일반적으로 쓰이는 방법으로 이전 단계에서 손상 또는 변형된 표면을 제거하는 과정이다. 비커스 경도기는 꼭지각 136°인 사각뿔인 다이아몬드 압입자를 사용하여 하중을 가하며 그 흔적으로 경도를 측정한다. 비커스 경도 측정의 장점은 얇은 재료나 침탄 질화 층같이 엷은 부분의 경도를 정확하게 측정할 수 있고, 압입부의 흔적이 적으므로 연마 또는 경화된 재료 경도 시험에도 적당하다.
열을 사용한 부식으로 입계나 결함을 포한한 부분은 반응성이 커서 쉽게 증발하는 원리를 이용하여 부식 시키는 것을 thermal etching이라 한다. 전자현미경은 전자빔을 사용하기 때문에 현미경의 내부는 진공상태여야 하며, 전자가 공기와 충돌하면 에너지가 소실되거나 굴절되는 등 원하는 대로 제어하기 어렵기 때문이다. 전자현미경으로 재료의 표면형상, 적층 결함, 계면 등을 직접 관찰함에 따라 이들이 재료의 여러 성질들에 미치는 영향을 정확히 규명할 수 있다.
2. 실험 준비
2.1. 실험 장치 및 시약
실험 장치 및 시약은 다음과 같다.
TZP(Tetragonal zirconia polycrystal) 분말, 윤활제(WD-40), 전자 저울, 가압 프레스, 몰드, 버니어 캘리퍼스, 스푼, 핀셋, 종이, 비중 측정기, 가열기, 비커, 전기로, 몰드, POLYSTAR(강화플라스틱용액 상 불포화폴리에스테르수지), 경화제, 연마기, SiC Paper(#220, #400, #800, #1200), 비커스 경도기, 광학 현미경, SEM 등이 사용된다.
가압 프레스는 시편 성형에 사용되며, 비중 측정기는 시편의 밀도...
참고 자료
재료 공학 실험 강의 자료
세라믹스 화학 교재
도해 기계용어사전, 기계용어편찬회, 1990. 4. 1., 일진사 ‘비커스 경도 시험’
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주사전자현미경의 기본원리와 응용 (나노융합산업)|작성자 COXEM
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