화학공학소재연구정보센터
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HWAHAK KONGHAK, Vol.38, No.6, 853-858, December, 2000
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졸-겔법에 의한 Yttria-Stabilized Zirconia(YSZ) 및 ZrO2-겔의 합성과 결정화공정에 관한 연구
Synthesis of Yttria-Stabilized Zirconia and ZrO2-gel by Sol-Gel Method and the Crystallization Mechanism of Gel Powders
황운연†, 이승구, 이정운, 박형상, 유승준1, 윤호성2, 김용렬3
  • 서강대학교 화학공학과
  • 1서남대학교 환경화학공학부
  • 2한국자원연구소 자원활용 소재연구부
  • 3대진대학교 화학공학과
Un-Yeon Hwang†, Seung-Gu Lee, Jung-Woon Lee, Hyung-Sang Park, Seung-Joon Yoo1, Ho-sung Yoon2, and Yong-Ryul Kim3
  • Department of Chemical Engineering, Sogang University, Korea
  • 1Faculty of Environmental and Chemical Engineering, Seonam University, Korea
  • 2Division of Mineral Utilization and Materials, Korea Institute of Geology, Mining & Materials, Korea
  • 3Department of Chemical Engineering, Daejin University, Korea
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초록
본 연구에서는 지르코니움 알콕시드에 대한 아세틸아세톤에 의한 킬레이트화 반응을 이용하여 투명한 YSZ 및 ZrO2-겔을 제조하였다. 0.4≤[Acac]/[Zr-n-p]=R≤0.6의 반응조건에서 1시간의 반응과 3시간의 숙성공정에 의하여 투명한 ZrO2-겔을 제조하였으며, R값이 증가함에 따라 겔화 시간은 증가하였다. 또한 R값은 겔의 내부 구조와 결정화 공정에 영향을 미쳤다. [Acac]/[Zr-n-p]=0.5의 조건에서 서로 다른 4가지 조성의 YSZ-겔을 제조하였으며, Y2O3의 조성은 YSZ-겔의 결정에 중요한 영향을 미쳤다. XRD 분석에 의하면 60℃에서 24시간 건조한 겔은 조성에 관계없이 모두 비정질 상이었으며, 450℃에서의 하소에 의하여 입방정계의 결정구조가 생성되었다. 2.5YSZ와 4.5YSZ 시료의 경우 각각 600℃ 및 1,000℃에서 정방정계 결정구조로 상변화가 일어났으나 6.5YSZ 및 8.5YSZ 시료는 하소 온도를 1,000℃까지 증가하여도 결정구조의 변화는 나타나지 않았고 결정성만 향상되었다. 하소 공정의 450℃ 부근에서 나타나는 발열반응은 비정질상의 입방정계로의 결정화와 ZrOCO3(lattice), H2O 그리고 CO2의 생성에 의한 것이며, 850℃부근에서 나타나는 발열반응은 결정구조 내에 존재하는 CO32-의 유리에 기인 것임을 알 수 있었다.
In this study, transparent yttria stabilized zirconia(YSZ)-gel and ZrO2-gel were prepared by the alkoxide-acetylacetone chelation method of Zirconium-n-propoxide. Transparent ZrO2-gel could be prepared through 1 hour reaction and three hours aging in the condition of 0.4≤[Acac]/[Zr-n-p]=R≤0.6. The gelation time was increased with increasing the molar ratio R. The molar ratio R had an important effect upon the inner structures of gel and the crystallization process. YSZ-gel of the four kinds of composition was prepared in the condition of [Acac]/[Zr-n-p] = 0.5. Crystallization behavior of these gels depended upon the concentration of Y2O3. All samples dried at 60℃ for 24 hr were amorphous by XRD analysis, and the first crystalline phase obtained beyond 450℃ from the dried samples was the cubic one. The 2.5YSZ and 4.5YSZ samples passed through the cubic phase were transformed into the tetragonal phase was at arround 600℃ and 1,000℃, respectively. For 6.5YSZ and 8.5YSZ, cubic structure was developed continuously without transformation of crystal structure by 1,000 o C. An exothermic peak around 450℃ on DTA analysis associated with the crystallization to cubic phase and the formation of ZrOCO3 (lattice), H2O, and CO2 . The third exotherm (about 850℃) during the calcination was attributed to the liberation of CO3(2-).
Keywords:ZrO2-Y2O3 Gel;Sol-Gel Process;Metal Alkoxide;Chemical Modification
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