파인 세라믹스(fine ceramics)

목차

제 1 장
새로운 석기시대의 개막
1. 세라믹스의 두 조상, 두 줄기의 족보
2. 파인 세라믹스의 탄생

제 2 장
다채로운 전자적 기능의 응용
1. 유전성을 이용한 제품
2. 도전성을 이용하는 세라믹스

제 3 장
세라믹스의 미래도
1. 자성재료로서의 세라믹스
2. 광학 재료로서의 세라믹스
3. 내열 강도재로로서의 세라믹스
4. 바이오 세라믹스

제 4 장
특성을 낳는 세라믹스의 구조
1. 원자와 이온의 충전상태
2. 특이한 성질의 원인

제 5 장
세라믹스를 만든다.
1. 소결체
2. 유리
3. 가루
4. 단결정
5. 다공질체
6. 박막
7. 섬유

본문내용

믹스 가루는 금속을 고온에서 증발시켜 기상(氣相)에서 산화, 탄화, 질화 등의 반응을 일으켜 미립자를 안개모양으로 생성시키는 기상반응법(氣相反法)과, 약간 대량으로 미립자를 제조하고 싶을 때 수용액으로부터의 침전반응을 사용하는 것, 수용액을 분무기로 급속히 뿜어내 안개의 상태 그대로 건조하게 되어 구상의 미립자를 얻는 분무건조법 등으로 만들어 진다.
4. 단결정
보석의 씨앗은 보석
단결정에는 소결체에 존재하는 입계(粒界)가 없으므로 어느 부분을 취하더라도 균일하며 물질 본래의 특성이 발휘된다. 단결정을 만드는 방법에는 물질을 융점 이상으로 가열하여 용융(熔融)상태로 하고, 융액을 냉각하는 과정에서 종자결정에 접촉시켜, 종자 위에 고체를 석출시키면서 결정을 성장케 하는 방법, 즉 용융법이 있다. 이 용융법에는 기술적으로 화염용융법(火焰熔融法)과 단결정을 원하는 형상으로 성형시 절삭(切削), 연삭(硏削), 연마 등의 가공이 필요한 베르뇌유(Verneuil)법, 그리고 용융된 액면에 씨앗결정을 접촉시켜 씨앗결정을 천천히 끌어올리는 인상법(印上法 : Czochralski법이라 불림)이 있다.
Autoclare에서 수정을 만든다
물에 대해 물질이 용해하는 성질을 이용하는 단결정 합성법으로서는 수열법(水熱法)이 있다. 보통 350~400℃의 뜨거운 물을 사용하고 대표적인 물질이 수정이다.
높은 융점의 물질을 물에 용해시키려면 고온의 열수(熱水)를 사용하지 않으면 안 되고, 그렇게 되면 고압에 견뎌낼 수 있는 용기가 필요하기 때문에 물 대신에 물질을 잘 용해하는 물질(융제 : 融劑 )을 사용하여, 고온에서 융해하여 저온에서 석출시키는 방법도 생각되고 있다.
5. 다공질체
바탕과 그림의 관계
다공질체를 제조하는 방법은 구멍의 크기에 따라서 달라진다. 첫째는 제올라이트(zeolite)처럼 결정구조 그 자체가 공동(空洞)을 갖는 물질을 인공적으로 합성하는 방법이고, 둘째는 수화물(水和物), 수산화물, 탄산염 등을 가열 분해하여 산화물로 하는 것, 셋째는 세라믹스의 원료가루를 소결시킬 때, 치밀해지는 중간단계의 것도 다공질체가 된다.
분자수준의 체치기
균질(均質)하다고 생각되는 유리에도 완만한 성분의 분포가 있지만 분상의 열처리조건을 제어함으로써 구멍의 크기를 수십에서 수천Å로 크게 변화 시킬 수 있다. 골격을 형성하고 있는 실리카는 내열성, 내약품성에 뛰어난 물질이므로 튼튼한 다공질체가 만들어지게 된다.
구멍 속에 모노머(monomer)를 함침(含浸)시킨 다음 중합(重合)시키면 무기와 유기의 복합재료가 만들어 지므로 무기유리의 경질성과 유기유리의 강인성을 다 살릴 수 있는 무기유리의 취약성과 유기유리의 흠이 나가 쉽다는 결점을 문제시하지 않아도 되는 재료가 만들어 진다.
첨단 복방망이
레이저광선이나 전자빔을 사용해서 1마이크론 정도까지의 작은 구멍을 똑바로 뚫을 수 있고 이렇게 하여 만들어진 곧은 구멍의 용도로는 2차전자배증관(二次電子倍增管)이 있다. 이것은 관 양끝에 높은 전압을 가한 상태에서 마이너스 방향으로부터 전자를 넣으면 부딪친 곳에서 1개의 전자가 수 개의 전자를 방출하고, 이 수 개의 전자가 다시 각각 수 개의 전자를 방출 한다는, 즉 기하급수적으로 늘어나는 회로이며 미약한 신호를 강한 신호로 증폭하는 소자로서 사용되고 있다.
6. 박막
기체도 쌓이면 얇은 막이 된다
가장 많이 사용되는 박막의 작성법은 화학증착법(化學蒸着法 : 약칭 CVD)일 것이다. 이 방법에서는 막으로 만들고 싶은 물질의 구성원소를 기화(氣化)하기 쉬운 물질로 바꾸어 가스로서 수송하고 다른 가스와 반응시켜 생성되는 고체상을 기판 위에 쌓이게 하여 막으로 만드는 방법이다.
이온이 충돌하면 무엇이 튀어나오는가?
이온을 고체표면에 충돌시키면 원자, 분자, 이온이 방출되는 것을 이용하여 이것을 기판 위에 받아 막으로 하려는 방법인 스파터링법(sputtering)이 최근 잘 사용되고 있다. 최초에 충돌시키는 이온에는 아르곤이 자주 사용되고 충돌 당하는 쪽의 물질로서는 각종 금속이 사용된다.
반응하기 쉬운 가스를 혼입하는 방법을 반응스파터링법이라 부르며 스프레이(spray)를 뿌려주는 방법으로 박막을 만들기도 한다. 열분해하기 쉬운 물질을 스프레이로 가열된 판 위에 뿜어대면 판 위에 막이 형성된다.
박막은 절연체 피막, 내열 내식성 보호막, 자기메모리, 투광성 도전막, 반사막 등에 사용된다.
7. 섬유
광파이버는 ppb의 순도를 요구한다
섬유의 형태로 사용되고 있는 세라믹스에는 초고순도의 실리카(SiO2)섬유가 있다. 섬유를 서로 얽어서 공간을 많이 만들어 단열재도 만들고 있으며 특히 세라믹스의 단열재는 내열성이 있으므로 가장 높은 온도에서도 사용할 수 있는 것이라 하여 중용시 되고 있지만 세라믹스처럼 형상을 부여하는데 어려움이 많은 재료도 따로 없다. 이런 문제를 어떻게 해결해야 하는가 하면 우선 고순도의 실리카유리의 덩어리를 만든 다음에 가열하여 연하게 변화시켜 늘이는 법 이외에는 별다른 방법이 없다. 어쨌든 이렇게 만들어진 성분은 고순도 실리카이므로 유리로서 다룰 수가 있다. 즉 용융하여 연신(延伸)하면 섬유가 된다. 최근의 실리카 광학섬유는 순도가 지극히 높아 ppb 정도의 불순물도 문제가 될 정도이다.
세라믹스 중에서는 역시 유리가 형상부여성이 가장 뛰어나므로, 값이 싸고 대량으로 생산할 수 있는 섬유로서 유리섬유의 역할은 매우 중요하다. 유리섬유는 FRP(유리섬유강화플라스틱)로서 배, 자동차 등의 경량(輕量) 강도재료에, 또 불연성(不燃性) 단열재로서 건축에 사용되고 있다.
세라믹스섬유는 금속을 위한 철근
유리만큼은 형상부여성이 좋지 않은 물질을 섬유화 하려는 데는 다소 연구가 필요하다. 알루미나의 경우 어느 방법도 섬유라는 형상은 유기물을 빌어 만들고 있으며 또 단결정의 제조법인 EFG법을 응용하여 섬유를 만들 수도 있다. 탄화규소의 고분자를 사용하는 약간 다른 방법이 취해지긴 하지만 유기고분자가 발견되면 다른 물질의 섬유도 합성이 가능해질 것이다. 알루미나, 탄화규소 등 내열성이 있고 더욱이 강도가 큰 세라믹스 섬유는 금속과 혼합하여 금속을 강화하며 그 응용도 넓어지고 있다.

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