| 초록 |
시스 발열체(sheath heater)에 사용되는 열전달 매체는 작동온도, 1000 ℃에서 열안정성, 불연성, 높은 수준의 복사, 고온전기절연 특성, 그리고 작동온도에서의 결정상안정 등 요구된다. II그룹의 알칼리토류 산화물 중에서 MgO는 2470±20℃까지 결정구조(halite, F8) 안정성, 45–60 Wm-1K-1 열전도, 그리고 1000V/2000MΩ, ∞ MΩ의 전기절연성을 가진다. 산업적으로 사용되는 대표적인 MgO는 하소마그네시아와 전융(fused)마그네시아 2종이 있다. 해수 또는 염수퇴적 공침물, MgCO3를 열분해한 하소마그네시아는 낮은 비표면 때문에 전기절연성의 변화가 쉽게 나타난다. 2800 ℃에서 용융한 전융마그네시아의 전도기구는 결함상태와 온도영역 의존거동을 나타낸다. 이 때문에 MgO의 전도기구는 격자내의 양이온과 빈자리, 그리고 결함타입에 따른 전도규명이 관심의 대상이 되어왔다.1) 기존의 연구에서 다결정 MgO의 열·전기 전도거동은 온도에 따른 결함 상태, 격자내의 불순물 종류와 농도, 그리고 기공의 존재 등에 의해 결정된다고 보았다. 즉, 1000 ℃이하 온도에서는 이온전도를 따르고 고온영역에서는 양이온 크기에 따른 격자에너지, 그리고 산소분압에 따른 불순물, 그리고 결함형태에 의존하여 고온영역 전도도가 결정된다. 최근 이에 더하여 J. Choi는 다결정 MgO는 시효에 의한 표면수화반응, MgO+OH ⇄ Mg(OH)2으로 절연저하 거동을 지적하였다.2) 따라서 MgO결정격자에 연관된 인자, 그리고 표면 수화반응을 억제하기 위해 속도론에는 영향을 미치지만 평형상태와 무관한 표면에너지 안정화에 대한 연구가 필요하다. 이런 관점에서 다결정 MgO의 열·전기 전도거동에서 나타나는 공통점인 결함농도의 제어가 중요한 인자임을 주목하였다. 이에 따라 본 연구에서는 하전변화 때문에 빈자리의 양이온 농도가 높은 MgO에 Sn, Zn, 그리고 Fe 도판트 첨가영향과 CaO, Al2O3, V2O5, P2O5 등 외부 산화물 도핑에 의한 빈자리, 그리고 전공 감소가 전기전도와 열전달 거동에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. Reference 1. I. O. Wilson, IEE Proc., 128, 159 (1981). 2. J. S. Choi, D. W. Shin, and W. T. Bae, J. Kor. Ceram. Soc., 50 57 (2013). |
