지르코니아

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지르코니아에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

용한 분야는 산소센서로서 보이러, 금속 열처리로, 세라믹 재료의 소송로 등의 있어서 연료의 연소에 의해 발생하는 배기라스 주의 산소량을 측정하여 연소 효율의 향상과 대기 오염을 방지하는 목적으로 사용하고 있다.
ZrO2 세라믹스에 안정화제로 첨가된 Ca, Mg, Y 등의 이온들이 Zr 이온과 원자가가 다체, 즉 고체 전해질이 되는 것으로 알려져 있어 이러한 성질을 이용한 망목상이나 다공성 백금 전극을 붙인 지르코니아 고체 전해질 세라믹스는 그 양측에 산소 농도차가 생기면 산소 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 산소가 고체전해질의 가운데를 산소 이온 형태로 빠져나가게 되며 이때 발생하는 기전력을 이용하여 산소농도를 검출할 수 있다. 　
최근에는 자동차의 배기가스 정화 계통 등에 지르코니아 산소 센서가 많이 사용되고 있는 데 이는 배기가스에 표함되어 있는 가연성분이 촉매활성을 가진 백금 전극과 반응하여 발생되는 평형산소 분압이 공기 과잉율에 따라 급격히 변화하는 성질을 이용한 것이다.　
지르코니아 분말의 큰 용도 중의 하나는 광통신용 커넥터 부품인 페룰과 슬르브를 들 수 있는 데 페룰용 지르코니아 원료는 기존의 T-TZP 분말의 알루미나를 0.25wt%정도 첨가하여 제조된 분말을 사용한다. 알루미나를 첨가한 분말은 0.3um이하로 균일하고 우수한 aging 특성을 보이므로 고정밀수준의 가공을 요하는 제품 생산에 필수적이다.　
지르코니아의 기계적 분야의 응용은 인화 지르코니아의 개발로 가속 화되고 있으며 다양한 성형기술과 Hot isostatic pressing 등 소결 기술의 발전에 따라 가위, 칼 등 각종 산업 기계 부품에 이르기까지 그 응용범위를 확대해 나가고 있다.　
생체용 구조세라믹스는 뼈조직과 직접 화학결합을 할수있는가 없는가의 여부에 따라 크게 생체활성 또는 생체불활성으로 나누어지며 이들 분류의 주요 상업화된 재료 및 응용분야를 <표 1-7>에 나타내었다.　
생체와의 반응성
재료
응용분야
생체불활성
알류미나 지르코니아
정형의과 관련응력지지관절,
골반, 무릎, 어깨, 손목등 인공치근 및 치관
생체활성
Bioglass A/W
glass-ceramic
Certival수산화칼슘(HAp)
뼈 결합용 코팅제 인공치근
척추수술용 보철물
생체분해성
인산칼슘(TCP)
뼈충진제
<표 1-7> 생체 세라믹스의 분류 및 주요응용 분야
생체 불활성 세라믹스의 대부분이 생체용 구조세라믹스로 응용될 수 있으며 이들 재료들은 뼈와 화학적 결합은 히지 않으나 생체친화성과 응력지지능력을 가지고 있다. 이들 세라믹스 중에서 강도와 경도 거리고 내식성이 뛰어난 알루미나가 주로 생체용 구조세라믹스로 사용되고 있다. 　
그러나 알루미나의 취성 때문에 최근에는 알루미나보다 인구성과 내충격성이 우수한 지르코니아가 생체용 구조세라믹스로 응용되기 시작했다. 지르코니아 응용에 있어서의 문제점으로 지르코니아 또는 안정화제로 쓰이는 이트리아 분말에 불순물로 존재할 수 있는 UO2 또는 ThO2에 의한 방사능 노출의 가능성이 제기코니아의 생체용 구조세라믹스로의 응용범위는 확대될 전망이다. 고관절 수술에 사용되는 보처물은 일반적으로 대퇴골에 삽입되는 지지대, 골반에 삽입되는 비구컵 그리고 지지대와 비구컵 사이에서 윤활을 돕기위한 골두로 구성되어 있다. 지지대는 주로 티타늄 합금을, 비구컵은 고분자량 폴리에틸렌 그리고 골두는 Co-Cr 계 합금을 주로 상용해 왔다. 골두재료로 세라믹이 20여년전부터 유렵을 중심으로 사용되어 왔으며 비금까지 유럽지역에 한해서 약 2백만개의 알루미나 재질의 골두가 고관절 보철물로 사용되어 왔는데 이것은 류럽 전체 고관절의 1/3을 차지하는 것이다.
THR의 장기적 사용에 있어서 일어나는 실패는 골두와 비구컵의 마찰에 따른 마모로 미세파편이 골소실의 원인이 되어 인공고관절의 무균이탈이 일어나기 때문이다. 골두를 알루미나로 바꿀 경우 금속에 비해 약 1/5로 마모량을 줄일 수있어 보철물의 수명을 연장시킬 수 있으며 비구컵재료를 UHMWPE에서 알루미나로 대체하여 알루미나골두와 도잇에 인공고관절로 응용할시 그 마모량은 다시 약 1/4로 줄어드는 것으로 보고되고 있다.
최근에는 알루마나보다 높은 강도와 인성을 가진 지르코니아를 이용하여 환자에 따라 골두의 크기를 작게 하거나 지지대의 골두 삽인부분 길이를 조절하는 등 속 보철물 디자인에 융통성을 부여할 수 있게 되었다.
인공치관은 금, 은, 백금, 파라디움 등 귀금속 합금윌에 사라믹도재를 용융시킨 금속도재관 (Porcelain Fused to Metal PfM)이 주류를 이루고 있으나 90년대에 들어 심미성에 대한 강한 욕구와 PFM에 사용되는 금속에 의한 잠정적인 체내부작용 및 과민반응에 의해 PFM의 금속을 제외시킨 전도재 쟈켓관(All Ceramic Jacket Crown)의 수요가 증가하고 있는 실정이다. 전도재 쟈켓관의 재료는 glass-ceramic, 알루미나, 지르코니아 등이 사용되는 재료의 조성 및 재조 공정에 따라 상품화된 제품명은 Optec, Alceram, Dicor, Empredd, In-Ceram등이 있다.　
3). 국내외 기술(제품)개발 동향
지르코니아는 기존에는 구조재료로 사용 용도를 확대하기 위하여 안정화 및 부분안정화 개발이 진행되었으며 최근에는 기능성 재료로서의 개발에 국내외 모두 적극적으로 추진되고 있는 추세이다. 특히 세계적으로 에너지 자윈 고갈에 따른 대책으로 미국에서는 연료 전지(SOFC)의 개발을 차기 가장 중요한 과제로 추진하고 있다.
연료전지는 지르코니아의 산소 이온 전도도를 이용하여 전기를 발생토록 하는 것으로 기초 이론도 계속 연구 중이며, 이를 이용 조기 산업화를 위한 실용화 기술이 주를 이루고 잇다. 핵심 소재 개발로는 Ni - ZrO2계를 중심으로 개발되고 있으며, 가정용 등으로 사용할 수 있는 소형 (1KW)을 목표로 진행되고 있다.
또한, 가공기술 관련하여 상기 재질을 이용 저가로 고 표면적 형상을 갖는 성형 기술(압출 성형, press 등) 기술을 개발하고 있으며, 이를 stacking 하여 고용량으로 만들기 위한 소결체 집합 기술이 개발되고 있어 단시간 내에 실용화가 진행

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