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예컨대 절삭용 등에 이용되기 시작하고 있다. 우수한 이온 전도성 재료로서 fully Yttria Stabilized Zirconia(YSZ)는 산소 센서 및 고체 연료 전지 분야에서 활용되는데, 세라믹의 결점인 취약성도 크게 개선된다. 이 상전이의 극복을 위한 연구 결과 CaO, MgO, Y2O3 등을 소량 첨가 고용시킴으로써 상전이를 방지할 수 있음이 발견되었다.5~7. 고체 전해질로서의 성질을 이용한 산소 센서도 엔진의 연소 관리 등에 이용되는 경우가 늘어나고 있다. 굴절률이 크고 녹는점이 높아서 내식성이 크다. 또 도자기용 안료의 성분으로서도 중요하다. 또 열팽창률이 주철에 가깝고 단열성도 뛰어나기 때문에 디젤엔진의 부품으로 금속재료와 조합하여 이용되는 것이 크게 기대되고 있다. 지르코늄의 산화물이며 흰색의 결정체이다. PSZ 란 PSZ는 상온에서 tetragonal 상을 얻을 수 있도록 안정제를 소량 첨가함으로써 제조하는데 이러한 안정제는 FSZ와 마찬가지로 MgO,700℃ → 단사정계로 보기 드문 광물이다. 그리고 이 안정화 지르코니아는  ......

Index & Contents

자연과학 올립니다 화학 - 지르코니아에 대하여

[자연과학]화학 - 지르코니아에 대하여

지르코니아에 대하여

요약 ; 산화지르코늄을 통틀어 이르는 말이다. 지르코늄의 산화물이며 흰색의 결정체이다.

화학식 ; ZrO2

분자량 ; 123.22

녹는점 ; 약 2,700℃

→ 단사정계로 보기 드문 광물이다. 굴절률이 크고 녹는점이 높아서 내식성이 크다. 물에 녹지 않고, 황산플루오린화수소산에 녹는다. 요업용으로 중요한 원료이며, 치과에서 사용하는 세라믹 재료 중 가장 강도가 높고 심미성이 뛰어나 치아를 대신하는 재료로도 이용되고 있다. 급격한 온도의 변화에 견디므로 급열급랭의 기구 류(예를 들면, 도가니)에도 사용된다.

신소재에서 바라보기

높은 융점(2677℃)과 낮은 열전도율 때문에 뛰어난 내열재료로 주목을 받아 왔지만 약 1100℃에서 단사정 - 정방정 상전이로 기인한 체적 변화가 있어 실용상 문제가 있었다. 이 상전이의 극복을 위한 연구 결과 CaO, MgO, Y2O3 등을 소량 첨가 고용시킴으로써 상전이를 방지할 수 있음이 발견되었다. 그리고 이 안정화...지르코니아에 대하여

요약 ; 산화지르코늄을 통틀어 이르는 말이다. 지르코늄의 산화물이며 흰색의 결정체이다.

화학식 ; ZrO2

분자량 ; 123.22

녹는점 ; 약 2,700℃

→ 단사정계로 보기 드문 광물이다. 굴절률이 크고 녹는점이 높아서 내식성이 크다. 물에 녹지 않고, 황산플루오린화수소산에 녹는다. 요업용으로 중요한 원료이며, 치과에서 사용하는 세라믹 재료 중 가장 강도가 높고 심미성이 뛰어나 치아를 대신하는 재료로도 이용되고 있다. 급격한 온도의 변화에 견디므로 급열급랭의 기구 류(예를 들면, 도가니)에도 사용된다.

신소재에서 바라보기

높은 융점(2677℃)과 낮은 열전도율 때문에 뛰어난 내열재료로 주목을 받아 왔지만 약 1100℃에서 단사정 - 정방정 상전이로 기인한 체적 변화가 있어 실용상 문제가 있었다. 이 상전이의 극복을 위한 연구 결과 CaO, MgO, Y2O3 등을 소량 첨가 고용시킴으로써 상전이를 방지할 수 있음이 발견되었다. 그리고 이 안정화 지르코니아는 큰 음이온 전도성을 나타내는 사실이 발견되어 고체 전해질로서의 이용, 특히 우수한 산소 센서로 널리 이용된다.

그리고 이 결정 상전이의 양을 조정하여 조직ㆍ미세구조를 컨트롤한 PSZ는 고강도이고, 세라믹의 결점인 취약성도 크게 개선된다. 이와 같은 높은 인성의 지르코니아는 기계용 재료, 예컨대 절삭용 등에 이용되기 시작하고 있다. 지르코니아를 알루미나나 질화규소 등으로 분산시킴으로써 이와 같은 취약성의 개선에 이바지할 수 있음이 알려져 있다. 또 도자기용 안료의 성분으로서도 중요하다.

(캡쳐사진 출처 ; 네이버 카페)

→ 응용 ; 세라믹의 최대 결점이었던 취성을 극복한 최초의 세라믹으로서, 내마모성, 경도, 내식성 등의 장점을 살려 공구ㆍ절삭용 등외에도 기계 부품 등에 대한 용도가 늘어나고 있다. 또 열팽창률이 주철에 가깝고 단열성도 뛰어나기 때문에 디젤엔진의 부품으로 금속재료와 조합하여 이용되는 것이 크게 기대되고 있다. 이 용도가 실용화되면 2000~3000억 원대의 시장이 확실시 된다. 고체 전해질로서의 성질을 이용한 산소 센서도 엔진의 연소 관리 등에 이용되는 경우가 늘어나고 있다.

FSZ 란

FSZ는 안정화제의 첨가량이 가장 많은 경우로 모든 입자들이 cubic 구조로 안정화제의 것을 말하며, 이 cubic 구조의 지르코니아 고용체는 상온에서 2,500℃ 까지 상태변화가 일어나지 않는다. 일반적으로 FSZ를 만들기 위하여 지르코니아에 16mol%의 Y203(13.75 wt%)를 첨가한다.

우수한 이온 전도성 재료로서 fully Yttria Stabilized Zirconia(YSZ)는 산소 센서 및 고체 연료 전지 분야에서 활용되는데, 특히, 고체연료저지 분야에서의 이용은 높은 에너지 전환 능력 및 친환경성으로 인하여 세계적으로 관심이 쏠리고 있다.

PSZ 란

PSZ는 상온에서 tetragonal 상을 얻을 수 있도록 안정제를 소량 첨가함으로써 제조하는데 이러한 안정제는 FSZ와 마찬가지로 MgO, Y2O3, CaO 및 CeO2가 있다. PSZ는 일반적으로 8mol%(2.77 wt%)의 MgO, 8mol%(3.81wt%)의 CaO 또는 3~4mol%(5.5~7.1wt%)의 Y2O3를 첨가하여 제조한다.

MgO-PSZ는 1750℃ 부근의 cubic 영역에서 소결한 후 약 1,400℃에서 일반시간 열처리하면 약 150nm 길이 렌즈 모양의 tetragonal 사이 석출되는데 이 tetragonal 상은 50~100um 크기의 cubic상 지르코니아 결정 입자 안에 갇혀서 상온에서도 tetragonal 상온으로 존재하지만 균열이 발생할 때 균열 주위에서 상태변화를 일으키며, PSZ에 높은 인성을 제공한다. 최적화된 PSZ는 파괴인성이 20MPa ml/2까지 달하며, Y2O3 첨가 지르코니아는 6~12MPa ml/2의 파괴 인성을 보이나 고강도는 약 1.5Pa 까지 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.

지르코니아 합성법

공침법 ; 목적으로 하는 이온을 침전시키려고 할 때 용액 중

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