Si3N4-BN 머시너블 세라믹 복합재료의 R-curve 거동

초록

Si3N4-BN계 세라믹스를 고온가압소결로 제조하였다. Si3N4에 BN을 첨가하면 BN입자가 균열의 벽개성을 개선하여 기계가공성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 Si3N4에 BN을 부피 비로 10~40 vol% 첨가하여 균열 저항력과 경도 등의 기계적 성질을 조사하였다. BN의 첨가량이 늘어남에 따라 R-Curve는 서서히 증가하였으며, 600 ㎛ 이상의 균열거리에서는 짧은 균열거리에서 이미 균열저항력이 포화된 단일체 Si3N4 시편보다도 높은 균열저항 값을 보였다. 모든 Si3N4-BN복합체는 짧은 균열에서는 상대적으로 낮은 파괴인성을 보였으나, 1500 ㎛의 긴 균열거리에서 9 MPa*m1/2 의 높은 파괴인성 값을 보였다. 또한 BN 첨가에 따라 경도는 감소하였다. 이러한 결과로 볼 때, BN의 첨가는 짧은 균열에서의 낮은 인성을 유발하고 경도를 감소시켜서 가공 시 연마 연삭재의 소모와 가공에너지 소모를 줄일 것으로 사료된다. 이와 반면에 Si3N4-BN복합체는 긴 균열거리에서 높은 인성을 보이므로, 가공으로 인해 재료가 큰 손상을 입지 않을 것이다.