| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 가을 (11/05 ~ 11/05, 인하대학교) |
| 권호 | 10권 2호 |
| 발표분야 | 반도체 II(화합물) |
| 제목 | 기계적 합금화에 의한 Skutterudite CoSb3 의 합성 |
| 초록 | 1. 서론 Skutterudite 합금 결정시스템은 격자 열전도도 감소에 의한 열전에너지 변환특성의 향상이 기대되는 결정구조로, 잠재력이 풍부한 열전소재군의 하나이며, 여러 종류의 조성, 도펀트, filler 등의 영향과 이에 따르는 합성 또는 제조방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 화학양론비 조성의 unfilled skutterudite CoSb3를 기계적 합금화 공정을 통해 제조하였으며, 특정온도에서의 항온 열처리를 통해 반도체 특성을 갖는 단상의 δ-CoSb3로의 상변태를 유도하였다. 치밀화 소결공정 방안으로 진공열간 압축성형(Vacuum Hot Pressing)법을 이용하여 단상의 δ-CoSb3상을 합성하였고, 열전특성을 분석하여 온도 의존성 평가와 상변태에 대한 상관관계를 조사하였다. 2. 실험방법 CoSb3 화학양론비 조성이 되도록 Co, Sb 분말(순도99.9%)을 혼합한 후, Szegavari type 의 고에너지 어트리터를 이용하여, Ar 분위기 하에서 기계적 합금화 공정을 실시하였다. 기계적 합금화 공정은 zirconia 볼을 사용하였으며 볼과 분말 비는 20:1로 하였다. 공정은 150시간에 걸쳐 실시하였으며, 밀링시간에 따른 상변화 거동을 X-선 회절분석(XRD)과 주사전자현미경(SEM), 에너지분산 X-선 분광기(EDS)를 이용하여 최적 상변태 과정을 확립하였다. 기계적 합금화 분말의 치밀화 소결공정으로, 진공열간 압축성형(Vacuum Hot Pressing)법을 이용하여 저온상변태 온도 직하에서 2시간 동안 60 MPa의 압력으로 성형하였고, 상분석을 통하여 구성상과 열전 특성을 조사하였다. 3. 실험 결과 기계적 합금화 공정에 의해 CoSb3 합금 분말을 제조하였다. 밀링과정 중 48시간 이후부터 합금화가 시작되는 것으로 추정할 수 있으나, 100~150시간의 밀링과정에는 초격자 피크가 출현하지 않은 준안정상태로 존재하는 것을 알 수 있었다. 100시간의 기계적 합금화 분말은 400℃에서 2시간 동안의 항온 열처리 후 δ-상으로 상변태가 완료 되었다. As-milled 분말은 진공열간 압축성형(Vacuum Hot Pressing)방법으로 크랙과 기공이 거의 없는 치밀 조직으로 성형할 수 있었다. 열전 특성을 측정한 결과, Seebeck 계수는 상온에서 음의 값을 보이고, 온도가 증가함에 따라 양의 방향으로 증가하였다. 300K~600K 구간에서 온도가 증가함에 따라 전기전도도는 증가하였고 개략적인 성능지수 (ZT)값은 600K에서 0.16으로 나타났다. 기계적 합금화 공정은 CoSb3계 skutterudite 합성에 있어, 고상반응합성(solid state reaction)을 이루는 효율적인 대체 공정으로 활용될 것으로 사료된다. 참고문헌 [1] I.-H. Kim et al., Materials Science Forum, Vol. 449, 917 (2004). [2] G.A. Slack, V.G. Tsoukala, some properties of semiconducting IrSb3, J. Appl. Vol. 76, 1665 (1994). [3] D.T. Morelli, T. Caillat, J.-P. Fleurial, A. Borshchevsky, J. Van-dersande, B. Chen, C. Uher, Phys. Rev. B Vol. 51, No. 15, 9622 (1995). |
| 저자 | 권준철, 최용길, 최문관, 조경원, 김일호, 이영근, 이정일, 어순철 |
| 소속 | 충주대 |
| 키워드 | 기계적 합금화; Skutterudite; CoSb3; |
