Issue
HWAHAK KONGHAK,
Vol.39, No.5, 527-535, 2001
연소합성을 이용한 탄화질화 티타늄 세라믹 제조에서의 연소특성
Combustion Characteristics for Producing Titanium Carbonitride Ceramics by Combustion Synthesis
고온에서 우수한 경도와 산화에 대한 안정성을 가지고 있는 탄화질화 티타늄의 연소합성에 대하여 고찰하였다. 압착된 반응물은 연소전면이 통과한 후에도 장시간 동안 고온을 유지하면서 반응이 일어나고 있었다. 질화티타늄(TiN)과 탄화질화 티타늄(TiC(x)N(1-x))을 생산하는 과정에서 위와 같은 후연소(after-burn)가 약 20-100초동안 일어나는 것이 관측되었다. 후연소 시간은 반응물의 티타늄에 대한 탄소의 몰비가 증가함에 따라서 증가하고, 이의 몰비가 약 0.7에서 최대의 후연소 시간을 나타낸 다음에 몰비가 더욱 증가하면 후연소 시간이 감소하였다. 연소온도와 연소파의 전파속도는 반응물의 티타늄에 대한 탄소의 몰비가 증가함에 따라서 증가하였고 관측된 연소파의 속도는 0.4cm/sec를 나타내었다. 반응성이 높은 카본블랙을 탄소원으로 사용하여 연소합성에 의하여 제조된 탄화티타늄(TiC(x))은 반응중에 티타늄의 용융이 일어나 이것이 탄소사이의 간극을 통하여 모세관 퍼짐(capillary speading)이 일어나는 것이 관측되었다. 연소합성에 의하여 제조한 탄화질화 티타늄의 표면 미세조직으로부터 카본블랙이 세라믹을 합성하는데 반응성이 높고 반응물중의 티타늄에 대한 탄소의 몰비가 감소할수록 티타늄의 용융을 촉진시킨다는 것을 알 수 있었다.
The combustion synthesis of titanium carbonitride ceramics with excellent hardness and chemical stability to oxidation at high temperatures was investigated. The compacted reactants remained at a relatively high temperature for the greater length of time after the passage of combustion front transversing the compact. After-burn time of about 20 to 100 seconds was detected for producing titanium nitride and titanium carbonitride ceramics. After-burn time increased with the increasing ratio of carbon to titanium in the reactants, reached the maximum value at its ratio of 0.7, and thereafter decreased with the further increasing ratio of carbon to titanium. The combustion temperatures as well as the velocity of combustion waves increased with the increasing ratio of carbon to titanium in the reactants. The velocity of combustion waves reached the constant value of 0.4 cm/sec at higher ratio of carbon to titanium than 0.70 in the reactants. The microstructure of combustion-synthesized titanium carbide using the carbon black as carbon source showed the existence of titanium melting during the combustion reaction and the capillary spreading of melted titanium between the interstices of solid carbon. The surface of combustion-synthesized titanium carbonitride revealed that the carbon black was active for producing the carbonitride ceramics and the decreasing ratio of carbon to titanium in the reactants enhanced the melting of the titanium during the reaction.
[References]
  1. Merzhanov AG, Borovinskaya IP, Combust. Sci. Technol., 10, 195, 1975
  2. Crider JF, Ceram. Eng. Sci. Proc., 3, 519, 1982
  3. McCauley JW, Ceram. Eng. Sci. Proc., 11, 1137, 1990
  4. Hlavecek V, Am. Ceram. Soc. Bull., 69, 537, 1990
  5. Munir ZA, Anselmi-Tamburini V, Mater. Sci. Report, 3, 277, 1989
  6. Munir ZA, Ceram. Bull., 67, 342, 1988
  7. McCauley JW, Ceram. Eng. Sci. Proc., 9, 503, 1988
  8. Frankhouser WL, "Advanced Processing of Ceramic Compounds," Noyes Data Corp., Park Ridge, New Jersey, 1987
  9. Toth LE, "Transition Metal Carbides and Nitrides," Academic Press, New York, 1971
  10. Storms EK, "The Rafractory Carbides," Academic Press, New York, 1967
  11. Stasyuk LF, Neshpor VS, Sov. Powder Metall. Ceram., 18, 851, 1988
  12. Kim SH, Chem. Ind. Technol., 8, 506, 1990
  13. Shkiro VM, Borovinskaya IP, Merzhanov AG, Sov. Powder Metall. Ceram., 18, 684, 1979
  14. Arbuzov MP, Moshkovskii EI, Lyashchenko AB, Sov. Powder Metall. Ceram., 20, 426, 1981
  15. Kirdyashkin AI, Maksimov YM, Nekrasov EA, Combust. Explos. Shock Waves, 17, 377, 1981
  16. Nekrasov EA, Smolyakov VK, Maksimov YM, Combust. Explos. Shock Waves, 17, 513, 1982
  17. Holt JB, Munir ZA, J. Mater. Sci., 21, 251, 1986
  18. Sarian S, J. Appl. Phys., 39, 3305, 1968
  19. Sarian S, J. Appl. Phys., 40, 3515, 1969
  20. Baldoni JG, Buljan ST, Ceram. Bull., 67, 381, 1988
  21. Pierson HO, "Handbook of Chemical Vapor Deposition," pp. 213, 1992
  22. Munir ZA, Deevi SD, Eslamloo-Grami M, High Temperature-High Pressure, 20, 19, 1988
  23. Deevi S, Munir ZA, J. Mater. Res., 5, 2177, 1990
  24. Munir ZA, Holt JB, J. Mater. Sci., 22, 710, 1987
  25. Eslamloo-Grami M, Munir ZA, J. Am. Ceram. Soc., 73, 2222, 1990
  26. Eslamloo-Grami M, Munir ZA, J. Am. Ceram. Soc., 73, 1235, 1990
  27. Agrafiotis CC, Puzynski JA, Hlavacek V, Combust. Sci. Technol., 76, 187, 1991