폐 상안정 지르코니아 분말로 제조한 소결체의 물성 연구

Abstract

스컬 공정으로 제조된 큐빅지르코니아에서 보석용으로 사용되는 부분 외에 일반적으로 버려지는 에지부 폐지르코니아를 분쇄하여 1550<TEX>$^{circ}C$</TEX>-2hr의 저온 소결 공정으로 소결한 소결체의 물성을 분석하여 재활용 가능성을 확인해보았다. 비교를 위한 새 지르코니아와 30 mol%-<TEX>$Y_2O_3$</TEX> 혼합분말 (모두 1㎛ 길이의 셀룰러형)로 만든 소결체는 직경 <TEX>$\sim$</TEX>10㎛의 조밀 소결체가 결합된 형태를 보였으나, 1<TEX>$\sim$</TEX>30㎛의 크기 및 형태가 일정하지 않은 분말로 제조된 폐지르코니아 소결체는 <TEX>$\sim$</TEX>30㎛ 이상의 결정립을 가진 미세구조를 보였다. 새 지르코니아 혼합 분말로 만든 소결체는 cubic상인 <TEX>$Y_2O_3$</TEX>, <TEX>$Z_{r0.8}O_{1.9}$</TEX>와 monoclinic상인 <TEX>$Z_rO_2$</TEX>의 혼합상을 보였으나, 폐지르코니아 분말 소결체의 경우 tetragonal 단일상을 보임을 확인하였다. 폐지르코니아 소결체도 70 이상의 비커스 경도와 4.11 g/cc의 소결밀도를 보여서 구조재로 사용이 가능하였다. We newly propose that we may reuse scrap powders (<TEX>$Z_rO_2$</TEX>+8 mol%-<TEX>$Y_2O_3$</TEX>) as <TEX>$Y_2O_3$</TEX>-stabilized zirconia (YSZ) sintered products through sintering process at 1550<TEX>$^{circ}C$</TEX> for 2hrs. We also prepared the reference specimen from fresh <TEX>$Z_rO_2$</TEX>+30 mol%-<TEX>$Y_2O_3$</TEX> powder mixture (celluar type with 1㎛-length). The reference sample showed a dense microstructure with grains of <TEX>$\sim$</TEX>10㎛ in diameter, while the sintered sample from scrap powder showed irregular grains of 1<TEX>$\sim$</TEX>30 ㎛ in diameter. Through XRD analysis, we confirmed that the reference sample has mixed phases of <TEX>$Y_2O_3$</TEX>(cubic), <TEX>$Z_{r0.8}O_{1.9}$</TEX>(cubic), and <TEX>$Z_rO_2$</TEX>(monoclinic), while the sintered YSZ sample from scrap powder has only tetragonal phase. Moreover, the sintered YSZ from scrap powder showed vickers hardness and apparent density more than 70 and 4.11 g/cc, which implies that it can be suitable for structural material application.