화학과 응용 Introduction 첨단 세라믹 소재와 응용 - Introduction - 소재의 중요성 - 신소재공학의 내용

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1 화학과 응용 Introduction 첨단 세라믹 소재와 응용 - Introduction - 소재의 중요성 - 신소재공학의 내용
- 소재의 발전 - 재료의 분류 첨단 세라믹 소재와 응용 - Introduction - 제품별 종류 - 기능별 종류

2 Introduction 1. 재료(소재)의 중요성 ◎ 인류의 역사 재료와 문명 / 문화의 관계로 표현되어 왔다. (근대화까지)
1. 재료(소재)의 중요성 ◎ 인류의 역사 재료와 문명 / 문화의 관계로 표현되어 왔다. (근대화까지) ∧ = Stone ages → Bronze ages → Iron ages → <현대> Sophisticated materials ◎ 성장동력산업분야 → 6T IT, NT, BT, ET, ST, CT 첨단소재의 기반 ∧ 실제 현장의 요구, 문제점 소재의 어려움에 봉착 = ex) 대일 무역 적자

3 2. 신소재공학의 내용 3. 소재의 비약적인 발전 Structure Properties Performance
2. 신소재공학의 내용 Structure Properties Performance Depend on Influence ex) graphite 와 Diamond 3. 소재의 비약적인 발전 - 초전도체의 개발 - 초고속 인터넷 : 광케이블 → P4의 비약적 발전 - Automobile industry : 경량화 Fe → Al → Mg 합금 : 외연기관 : hybrid 차의 현실화

4 4. 재료의 분류 ◎ Based on atomic bonds and structure
4. 재료의 분류 ◎ Based on atomic bonds and structure 1) Metal : 자유전자에 의한 금속 결합 → valence electron 들이 핵 (parent atom)에 묶여 있지 않고 자유롭게 이동하면서 전체를 결합시키고 있다. - high electrical and thermal conductivity ← free valence electrons - 불투명, 광택, 반사력 ← valence electron 이 빛을 받으면 전자기적으로 진동하면서 나타나는 현상 - 일반적으로(비교적), 무거움(밀도↑), 가공성이 높다 2) Polymer : 비금속 원소들 (주기율 오른쪽 윗부분)의 공유/배위 결합 → 전자친화력이 높은 비금속 원소들이 공유 / 배위결합을 하면서 커다란 분자 (macromolecules)를 구성한다. 이 큰 분자체는 반복되는 단위분자 (mer)로 구성되어 있고, 이것이 반복되면서 Polymer를 이룬다. - 가볍다 : low density - thermal, electrical insulator - 반사력은 없고, 투과력이 있다 (적어도 thin film에서) - 유연성, 변형이 쉽다 이것들은 모두 일반적 or 상대적 성질들이다 !

5 ◎ Based on electrical conductivity
3) Ceramic : 비금속 무기 화합물 → 비금속 원소와 금속 원소의 화합물이다. 따라서 그 결합형태나 특징이 매우 다양하다. ex) insulator ↔ superconductor - 종류 : 산화물, 탄화물, 질화물 등 - 일반적 특성 : hard, brittle, high wear – resistance high temp, performance … ◎ Based on electrical conductivity conductivity [S / m] 10-9 104 Insulators Semiconductors Conductors

6 첨단 세라믹 소재와 응용 1. Introduction
◈ Ceramics : nonmetallic inorganic compounds (materials) ex) oxides, nitrides, carbides, borides, silicides, sulfides,……… ◈ 분류 i) traditional (classical) ceramics : 천연원료 사용 : 점토, 고령토, 규사, 장석,……. ii) fine (new, funtional) ceramics : 필요한 성분만을 선별 사용 : Al2O3, SiO2, MgO, TiO2, ZrO2,….

7 Products Produced by Ceramic Powder Processing
2. 제품별 종류 Products Produced by Ceramic Powder Processing Electronics Substrates, chip carriers, electronic packaging, Capacitors, inductors, resistors, electrical insulation Transducers, servisors, electrodes, igniters, Motor magnets, spark plug insulators, Advanced structural materials Cutting tools, wear-resistant inserts, Engine components, Resistant coatings, Dental and orthopedic prostheses, High efficiency lamps Chemical processing components Ion exchange media, Emission control components, Catalyst supports, Liquid and gas filters Refractory structures Refractory lining in furnaces, thermal insulations, kiln furniture, Recuperators, regenerators Crucibles, metal-processing materials, filters, molds, Heating elements Construction materials Tile, structural clay products, Cement, concrete Institutional and domestic products Cookware, Hotel china and dinnerware, Bathroom fixtures, Decorative fixtures and household items

8 전기/전자 세라믹 세라믹 전기전자부품 전자기판(반도체부품)

9 전기/전자 세라믹 전기전자용 정밀세라믹 반도체용 정밀세라믹 < 반도체 메모리 부분 회로기판 정밀제어부분 >
< D-Ram 부분 회로기판 정밀제어부분 >

10 구조용 세라믹스 절삭공구 (세라믹팁) 내부용 연마재 Fine Ceramic components 디스크형 연마재
절삭공구 (세라믹팁) 내부용 연마재 Fine Ceramic components 디스크형 연마재 공업용 정밀 나이프 내마모 세라믹 부품

11 구조용 세라믹스 내마모성 세라믹 구조용 세라믹 < 가정용 세라믹 히터 < 항공용 가스엔진터빈 부품
< 지열 세라믹 펌프 < 선박용 가스엔진터빈 부품

12 자동차용 세라믹스 < 엔진 부품 벨브 트로닉 > < 워터펌프 기어 박스 > < 흡기 시스템
오일 펌프 >

13 NAS (Sodium Sulfur Battery) 원리
< NAS cell structure < NAS system(2MW급) NAS (Sodium Sulfur Battery) 원리 < NAS 발전기 < NAS system(2kW급)

14 연료전지(SOFC)용 세라믹스 < SOFC의 원리 연료전지 자동차 > 연료전지 발전소 > Anode H2
O2 + 4e-  2O2- Electrolyte 2H2+2O2-  2H2O+4e- H2 O2 O2- < SOFC의 원리 연료전지 자동차 > Cathode 연료전지 발전소 >

15 고온(내화)세라믹스 내화물 건물 내벽용 내화물 단열재 내화벽돌

16 고온(내화)세라믹스 부정형 내화물 정형 내화물 < Car type 전기로 화력발전소 > < 용융용 전기로
annealing용 전기로 >

17 건설용 세라믹스 저열시멘트 건물외벽 건축용 점토타일 중용열 시멘트 조강시멘트 보도블럭

18 시멘트 < 보통 시멘트 일반 콘크리트 공사 이용 중용열 시멘트 > < 저열 시멘트 조강 시멘트 >
장기강도가 좋아 댐,지하구조물 공사 이용 < 저열 시멘트 수화열이 낮아 원자력발전 공사 이용 조강 시멘트 > 강도가 우수하여 다리 공사 이용

19 의료용 세라믹스 인공심장 인공치아 인공관절/뼈

20 광학용 세라믹스 액정 Display(LCD) 적외선 조사기 렌즈 LED Printhead

21 가정용 세라믹스 액자 식기 머그컵 도자기 볼펜

22 가정용 세라믹스 난방용 히터 칼날 가위 원적외선 세라믹히터 가정용 보일러

23 기타 세라믹제품/적용분야 실리콘 태양전지 AH-64 헬리곱터 기체 초전도 세라믹스 친환경 바이오 세라믹 제품
우주왕복선 표면타일

24 기타 세라믹제품/적용분야 -자동차(차재)관련제품- -통신시스템(Global website)-

25 Classification of Ceramics by Function
3. 기능별 종류 Classification of Ceramics by Function Function Class Nominal Composition Electrical Magnetic Nuclear Optical Mechanical Insulation Ferroelectrics Piezoelectric Fast ion conduction Superconductors Soft ferrite Hard ferrite Fuel Cladding/shielding Transparent envelope Light memory Colors Structural refractory Wear resistance Cutting Abrasive Construction α-Al2O3, MgO, porcelain BaTiO3, SrTiO3 PbZr0.5Ti0.5O3 β-Al2O3, doped ZrO2 Ba2YCu3O7-x Mn0.4Zn0.6Fe2O4 BaFe12O19, SrFe12O19 UO2, UO2-PuO2 SiC, B4C α-Al2O3, MgAl2O4 Doped PbZr0.5Ti0.5O3 Doped ZrSiO4, doped ZrO2, doped Al2O3 α-Al2O3, MgO, SiC, Si3N4, Al6Si2O13 α-Al2O3, ZrO2, SiC, Si3N4, toughened Al2O3 α-Al2O3, ZrO2, TiC, Si3N4, SIALON α-Al2O3, SiC, toughed Al2O3, SIALON Al2O3-SiO2, CaO-Al2O3-SiO2, porcelain

26 Classification of Ceramics by Function
Nominal Composition Thermal Chemical Biological Aesthetic Insulation Radiator Gas sensor Catalyst carrier Electrodes Filters Coatings Structural prostheses Cements Pottery, artware Tile, concrete α-Al2O3, ZrO2, Al6Si2O13, SiO2 ZrO2, TiO2 ZnO, ZrO2, SnO2, Fe2O3 Mg2Al4Si5O18, Al2O3 TiO2, TiB2, SnO2, ZnO SiO2, α-Al2O3, MgO NaO-CaO-Al2O3-SiO2 α-Al2O3, porcelain CaHPO4•2H2O Whiteware, porcelain Whiteware, CaO-SiO2-H2O