의뢰정보
의뢰기관 ㈜케이에프씨티 남은기한 2개월
제안자수 12명 포상내용 100만원
문제 개요 및 배경

- 핫 프레스1)에 의해 보론나이트라이드(BN)2)을 소결3)(열처리)하는 방법은 분말을 틀(그라파이트 몰드)에 넣어(장입) 압력과 열을 가하는(가압소결) 방법①과 분말을 미리 가성형 한 후 성형체를 몰드에 넣어 열처리하는 방법②이 있습니다.

핫프레스 BN 열처리방법

1)핫 프레스(hot press): 알루미나와 흑연 등의 성형기에 분체 또는 예비 성형체를 채우고 일축 가압하면서 가열 소결하는 방법 또는 장치. 복잡한 형상의 소결체는 얻기 어렵지만 비교적 균일하고 고밀도의 것을 간단히 얻을 수 있다.
2)보론나이트라이드(BN): 이 원료는 붕산 및 요소의 혼합물을 질소가스 중에서 가열 합성하여 얻은 거친 보론나이트라이드에 탄소를 넣고 질소가스 중에서 열처리하여 얻은 육방정의 질화붕소이다. 이 원료를 건조한 것은 정량할 때 보론나이트라이드(BN : 24.82) 95.0% 이상을 함유한다.
3)소결: 분체를 가열하였을 때, 분체 입자 간에 결합이 일어나 응고하는 현상. 고체의 가루를 틀 속에 넣고 프레스로 적당히 눌러 단단하게 만든 다음 그 물질의 녹는점에 가까운 온도로 가열했을 때 가루가 서로 접한 면에서 접합이 이루어지거나 일부가 증착(蒸着)하여 서로 연결되어 한 덩어리로 된다. 이와 같은 방법으로 금속제품을 만드는데, 원래 녹는점이 높아서 녹이기 어려운 텅스텐에 처음 사용되었다.

- 일반적인 프레스방법①은 분말을 이용하는 방법이나 산업적으로는 분말을 몰드(성형 틀)에 장입할 때 균일한 밀도(loose density)를 가지도록 장입하는 것이 어려우며 쌓여있는 분말의 높이를 일정하게 만드는 작업이 어려워 핫 프레스 펀치로 가압할 때 한쪽 가장자리 혹은 중심부에 가해지는 압력이 달라집니다. 이로 인해 소결(열처리)중에 압력이 가해지는 방향으로 소결(열처리) 수축이 달라지고 크랙(갈라짐 현상)을 유발하는 원인이 됩니다.

- 분말을 미리 일축가압프레스 등으로 1차 가성형한 후 핫 프레스에 장입하는 방법②은 성형체의 두께 조절이 가능하며 두께 편차를 최소화 할 수 있는 방법이나 이 또한 성형체 부위별 성형밀도 균일성에는 방법적으로 한계를 가집니다.
크랙(갈라짐) 현상
▲ 크랙(갈라짐) 현상


- 성형체 밀도를 균일하게 하기 위해 일축가압프레스 후 냉간정수압성형(CIP: Cold Isostatic Press)을 하는 것이 해결 방법이라고 판단되어 이를 시험해 보았습니다. 하지만 냉간정수압성형법은 밀도의 균일화는 이룰 수 있으나, 성형체의 밴딩 또는 두께편차가 커지는 단점이 있어 냉간정수압성형 후 성형체(Green body) 가공을 통해 일정한 두께의 성형체를 만드는 것이 좋을 것으로 생각되었습니다. 그렇게 냉간정수압성형시 성형압력에 따라 즉, 일축가압프레스 압력과의 비에 따라 핫프레스 후 소결체의 크랙 발생 여부를 관찰해 보았습니다.

※ 핫 프레스 방식은 일축가압방식이므로 소결(열처리) 시에는 가압방향(성형체 두께방향)과 성형체 중심에서 원주방향(성형체 반지름 방향)으로 수축이 다르게 진행

- 결론적으로, 일축가압프레스압력과 냉간정수압성형(CIP: Cold Isostatic Press)압력을 조절할 필요가 있다고 판단하게 되었습니다. 일축가압프레스 압력이 너무 높을 경우 핫 프레스 소결 시에 가압되는 압력의 영향이 너무 미미하거나 일정압력 이상에서 급속한 수축이 일어나 이 또한 크랙이 원인이 되기 때문입니다. 그렇기에 세라믹스 핫 프레싱시 일축가압프레스압력과 냉간정수압성형(CIP: Cold Isostatic Press)의 압력조절에 대한 아이디어가 필요합니다.

- 또한 성형된 세라믹스를 잘라보았을 때 가운데 부분(내부)과 바깥 부분(외부)의 색상이 다른 결함도 발견이 되었습니다. 이 또한 압력조절을 잘 한다면 해결 될 수 있을 것으로 보고 있습니다. 국민들의 전문적이고 다양한 아이디어 제안을 통해 ㈜케이에프씨티가 가진 기술애로사항 해결에 도움을 받고자 합니다.
성형된 세라믹의 내·외부 색상 차이 현상
▲ 성형된 세라믹의 내·외부 색상 차이 현상

해결과제

냉간정수압성현(CIP)된 BN계 세라믹스를 핫 프레싱시 발생되는 크랙 제거 및 내·외부 색상 차이 제거

해결요건

- 크랙이 발생된 BN계 세라믹스의 크랙이 발생되지 않게 하는 핫프레싱 조건제시 및 재현성을 확보할 것
- 곡강도 곡강도: 물체가 횡하중(중력의 방향과 직교하는 면내에서 작용하는 하중)을 지지할 수 있는 능력
30MPa이상, 밀도 2.0g/cm3이상의 고강도 및 고밀도의 BN계 세라믹스 제작이 가능할 것

포상내역

- 상금: 100만원
- 최우수 아이디어 제안자 1인에 대해 포상금 100만원(제세공과금 포함) 지급
- 최우수 아이디어 최종 선정자 발표 외 세부심사결과는 공개하지 않음
- 선정하지 않은 아이디어는 사용하지 않으며, 수상작의 권리이전 관련 사항은 ‘㈜케이에프씨티’와 제안자 간에 별도 협의를 통해 결정함
- 제3자의 저작권, 초상권 등을 침해하는 표절작품은 응모 불가하며, 입상작으로 선정된 후라도 표절사실이 밝혀질 경우 수상을 취소하고 상금을 환수할 수 있음

수상내역



○ 성명 : 강효웅
○ 소속 : 개인
○ 시상내역 : 상금 100만원
○ 선정 아이디어 : 지르코니아를 예로든 세라믹스 형성과정 제안

아이디어 보기
번호 제안자
아이디어 제목
제안일
12 김*석
소성시 1차로 세라믹을 전기로로 진공 소성하여 본 소성을 한다.
2014.12.18
11 윤*식
세라믹스 갈라짐 현상(초음파 또는 세라믹스의 고유 주파수 이용)
2014.12.11
10 홍*웅
두께불일치 개선
2014.12.10
9 홍*경
급하면체한다
2014.12.05
8 이*균
세라믹스의 갈라짐 현상 개선 및 색상균일화 방안
2014.12.04
7 진*점
세라믹스 열처리시 갈라지거나 색변색 막는 방법
2014.12.03
6 장*철
2가지 단점에 대한 대안
2014.12.03
5 김*종
원적외선 방사소금을 희석하여 크랙 방지
2014.12.03
4 이*우
세라믹 성형시 균일 압력 문제의 해결
2014.12.03
3 오*욱
갈라짐 변색 해결방안
2014.12.03
2 진*양
세라믹스 갈라짐 현상 개선방법
2014.12.03
1 강*웅
제시된 내용에서 발견한 몇가지 문제와 제안사항.
2014.12.02