| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 봄 (05/14 ~ 05/14, 강릉대학교) |
| 권호 | 10권 1호 |
| 발표분야 | 반도체 II (화합물) |
| 제목 | 기계적 합금화에 의한 Skutterudite CoSb3 열전재료의 합성 |
| 초록 | 1. 서론 Skutterudite 합금 결정시스템은 격자 열전도도 감소에 의한 열전에너지 변환특성의 향상이 기대되는 결정구조로 잠재력이 풍부한 열전소재군의 하나로서, 여러 종류의 Skutterudites의 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 합성하였으며, 특정온도에서의 항온 열처리를 통해 반도체 특성의 δ-CoSb3상으로의 변태를 유도하였다. 또한 치밀화 소결공정 방안으로 진공열간 압축성형(Vacuum Hot Pressing)법을 이용하여 단상의 δ-CoSb3상을 합성하였다. 2. 실험방법 CoSb3 화학양론비 조성이 되도록 Co 분말, Sb 분말(순도99.9%)을 혼합한 후, Szegvari type의 고에너지 어트리터를 이용하여 Ar 분위기 하에서 ZrO2 볼과 분말 비를 20:1로 하여 기계적 합금화 공정을 실시하였다. 밀링은 150시간에 걸쳐 실시하였으며, 밀링시간에 따른 상변화 거동을 X-선 회절분석(XRD)과 주사전자현미경(SEM), 에너지분산 X-선 분광기(EDS)를 이용하여 분석하여 최적 상변태 과정을 확립하였다. 기계적 합금화 분말의 치밀화 소결공정으로, 진공열간 압축성형(Vacuum Hot Pressing)법을 이용하여 저온상변태 온도 직하에서 2시간 동안 60 MPa의 압력으로 성형하고, 이에 따른 미세조직 및 제반물성을 조사하였다. 3. 실험 결과 기계적 합금공정에 의해 CoSb3 합금분말을 제조하였다. 밀링과정 중 48시간 이후부터 X-선 회절시험시 원소피크가 사라지기 시작하여 합금화가 시작되는 것으로 추정할 수 있었으나, 100∼150시간의 밀링과정에는 superlattice peak이 출현하지 않고 회절피크에 큰 변화가 없어 As-milled 분말은 준안정상태로 존재하는 것으로 추정할 수 있었다. 100시간의 기계적 합금화 분말은 400℃에서 2시간 동안의 항온열처리 후 합금화 완료와 더불어 δ-상으로의 상변태를 유도할 수 있었다. As-milled 분말은 진공열간 압축성형(Vacuum Hot Pressing)방법으로 크랙 과 기공이 거의 없는 치밀 조직으로 성형할 수 있었으며, 소결밀도 95.6%, 평균 미세경도 660 Hv의 매우 건전한 소결체를 제조할 수 있었다. 향후 열전 특성을 분석하여 상변화 거동에 따르는 열전물성 변화를 조사할 예정이다. 감사의 글: 본 연구과제는 산업자원부의 출연금 등으로 수행한 지역전략산업 석박사 연구인력 양성사업의 연구결과입니다. 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 | 최문관, 권준철, 조경원, 어순철, 김일호, 이영근, 이정일 |
| 소속 | 충주대 |
| 키워드 | 기계적 합금화; Skutterudite; CoSb3; 열전반도체 |
