기계화학법에 의한 $K_{0.5}Na_{0.5}NbO_3$ 분말 합성 및 소결 거동

Abstract

본 연구에서는 기계화학법으로 제조된 KNN 분말을 이용하여 상압소결로 고밀도 KNN 비연계 압전 세라믹스를 제조하였다. 기계화학법으로 합성된 분말은 응집체 형태를 가지고 있기 때문에 상압소결 공정으로 치밀한 소결체를 제조할 수 없었지만, 응집체를 제거하기 위한 습식밀링 공정을 도입한 결과 습식밀링 시간이 길어질수록 소결밀도가 증가하는 경향을 보였으며, 30시간의 습식밀링을 한 후에는 약 99%이상의 높은 소결밀도를 갖는 소결체를 제조할 수 있었다. 기계화학법으로 제조된 KNN 분말에는 합성되지 못한 미반응 상태의 잔류 carbonate가 소결 중 $CO_2$가 발생을 유도하기 때문에 소결 중 $CO_2$ 발생구간에서 시편에 crack을 유도하여 건전한 소결체를 제조하기 어렵지만, 열처리를 통해 미반응 잔류 carbonate를 제거한 후 소결을 실시하면 crack이 발생하지 않고 높은 소결밀도를 갖는 KNN 비연계 압전 세라믹스를 제조할 수 있었다. 본 연구에서 제조한 기계화학법으로 제조된 KNN 분말을 이용한 고밀도 KNN 비연계 압전 세라믹스는 압전상수 119 pC/N, 전기기계결합계수 0.41를 가지며, 이 결과는 상압소결 공정으로 KNN 비연계 압전 세라믹스를 제조한 이전의 어떠한 결과보다도 우수한 전기적 특성의 향상을 나타내었다.