고출력 초음파 진동자 조성설계 및 생산 공정 기술지원 - itfind ·...

고출력 초음파 진동자 조성설계고출력 초음파 진동자 조성설계고출력 초음파 진동자 조성설계고출력 초음파 진동자 조성설계

및 생산 공정 기술지원및 생산 공정 기술지원및 생산 공정 기술지원및 생산 공정 기술지원

2006. 6. 302006. 6. 302006. 6. 302006. 6. 30

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 요 업 기 술 원요 업 기 술 원요 업 기 술 원요 업 기 술 원

참여기업참여기업참여기업참여기업 :::: 주 래 트 론주 래 트 론주 래 트 론주 래 트 론( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 고출력 초음파 진동자 조성설계 및 생산 공정 기술지원 지원기간(

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다: 2005. 07. 01~ 2006. 06. 30) .

2006. 07. 31.2006. 07. 31.2006. 07. 31.2006. 07. 31.

지원기관 요 업 기 술 원지원기관 요 업 기 술 원지원기관 요 업 기 술 원지원기관 요 업 기 술 원::::

대표자 오 유 근대표자 오 유 근대표자 오 유 근대표자 오 유 근( )( )( )( )

참여기업 주 래트론참여기업 주 래트론참여기업 주 래트론참여기업 주 래트론: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 이 충 국대표자 이 충 국대표자 이 충 국대표자 이 충 국( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 백 종 후백 종 후백 종 후백 종 후

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김 세 기김 세 기김 세 기김 세 기

〃〃〃〃 :::: 임 은 경임 은 경임 은 경임 은 경

〃〃〃〃 :::: 이 원 경이 원 경이 원 경이 원 경

〃〃〃〃 :::: 왕 영 성왕 영 성왕 영 성왕 영 성

〃〃〃〃 :::: 조 현 승조 현 승조 현 승조 현 승

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기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제

고유번호연구기간 2005. 7. 1 ~ 2006. 6. 30.

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명 고출력 초음파 진동자 조성설계 및 생산 공정 기술지원

지원책임자 백 종 후 지원연구원수

총 명: 3

내부 명: 2

외부 명: 1

총

사업비

정부 천원: 50,000

기업 천원: 30,000

계 천원: 80,000

지원기관명 요업기술원 소속부서명 전자부품팀

지원기업 기업명 래트론 기술책임자 이 원 경: :

요약보고서

면수180

기술지원 세부목표

고출력 초음파 진동자용 압전 조성 설계o

설계 조성에서 균일한 혼합을 위한 원료 배합 기술 개발o

저가이면서 최적 양산공정 기술 확립o

- d33 (10-12

이상m/V 280

- k33 이상(%) 65

- Qm 품질계수 이상, 1200

큐리온도 이상- Tc ( ) 300

기술지원내용 및 범위

고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원-

균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원-

혼합의 방법 혼합공정 제어 원료배합에 대한 지원- , ,

입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원-

공정별 오차의 최소화 및 치수제어기술 지원-

열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 지원-

초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원-

색 인 어

각 개 이상( 5 )

한 글 초음파 압전 진동자 조성 세척기, , , ,

영 어 Ultrasonic, Piezoelectric, Resonator, Composition, Cleaner

- 4 -

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

대상품목o

세척기용 고출력 초음파 진동자-

세정기 융착기용 초음파 진동자- ,

고출력 초음파 진동자 조성설계 및 생산 공정개발o

고출력 초음파 진동자용 압전 조성 설계-

설계 조성에서 균일한 혼합을 위한 원료 배합 기술 개발-

입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원-

초음파 진동자 제조공정개발 및 공정별 핵심 기술 확보-

저가이면서 최적 양산공정 기술 확립-

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

기술지원 세부목표

고출력 초음파 진동자용 압전 조성 설계o

설계 조성에서 균일한 혼합을 위한 원료 배합 기술 개발o

저가이면서 최적 양산공정 기술 확립o

- d33 (10-12

이상m/V 280

- k33 이상(%) 65

- Qm 품질계수 이상, 1200

큐리온도 이상- Tc ( ) 300

기술지원내용 및 범위

선진국 제품분석 평가방법개발 기술지원o ,

선진국 분석 및 평가- sample

초음파 진동자 평가방법에 대한 기술지원-

초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원o

고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원o (1)

조성시스템과 조성 시스템 개발- PCMN-PZT PSN-PZT .

- d33 (10-12m/V 293, - k33 (%) 69.5

- Qm 품질계수 큐리온도, 1942, - Tc ( ) 320

- 5 -

균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원o


입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원o

성형공정 결합제 첨가제의 영향 조사- , ,

입도분포 제어기술 및 입도 측정방법 지원-

공정별 오차의 최소화 및 치수제어기술 지원o

각 공정의 평가방법 및 치수제어기술 지원-

온도의존성 평가 및 특성 분석-

열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 기술지원o

하소 열처리 제조건 파악 및 유지시간 변화 영향조사-

소결 열처리 제조건 파악 및 소결 온도 변화영향 조사-

미세조직 제어 기술 확립-

초음파 진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원o

초음파 진동자 물성평가방법 지원-

진동자의 특성 측정 및 비교분석-

초음파 성능 검사방법 지원-

초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원o

선진국 특성 비교 검토- sample

신뢰성 특성 분석 및 평가-

- 6 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

고출력 초음파 진동자용

압전 조성 설계

초음파 진동자의 조성-

설계에 어려움.

고출력의 특성을 갖는-

조성의 미확보

초음파 진동자의 조성설계-

능력 확보 선진국 수준을 능-

가하는 특성을 갖는 조성 개

발

-d33 (10-12m/V 293, -k33

(%) 69.5

-Qm 품질계수, 1942, -Tc

큐리온도( ) 320

상세 내용은

보고서에

수록

설계 조성에서 균일한

혼합을 위한 원료 배합

기술 개발

고출력의 특성을 갖는-

원료 배합기술 미확보

혼합의 방법 혼합공정 제- ,

어 원료배합에 대한 조건 확,

보

입도 분포 제어 및 충진

밀도 제어를 통한

성형기술에 대한 지원

입도 분포 제어를 통한-

성형공정 미흡

성형공정 결합제 첨가제- , ,

의 영향

입도분포 제어기술 및 입도-

측정방법

열처리 조건 변경에 의한

최적 열처리 조건에 대한

기술지원

열처리 조건 변경에 대-

한 영향파악 미흡

하소 열처리 제조건 파악-

및 유지시간 변화영향 파악

소결 열처리 제조건 파악-

및 소결 온도 변화영향


초음파 진동자 측정 및

평가방법에 대한

기술지원

측정 및 평가방법에 대-

한 자체 능력 미흡

초음파 진동자 물성평가방-

법

진동자의 특성 측정 및 비-

교분석

초음파 성능 검사방법 확립-

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기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 초음파 세척기용 진동자o :

모 델 명o :

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 일본 다무라 -

-d33 (10-12

m/V 293

-k33 (%) 69.5

-Qm 품질계수, 1942

큐리온도-Tc ( ) 320

상세 내용은

보고서 참조

경쟁제품 대비 가격 일본 다무라 - 원1,500 /EA

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년75 /

인건비 절감 백만원 년25 /

계 백만원 년75 /

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비 고

내 수 백만원 년10 / 백만원 년30 / 300%

수 출 천달러 년50 / 천달러 년200 / 400%

계 백만원 년60 / 백만원 년230 / 300%

산출근거 차년도는 중국 현지공장을 통해서 현지 생산예정임 생산제품은 국내에 일산썬텍: .

등의 초음파세척기 업체에 공급 예정 국내 초음파 소요물량에 대해 공급을 전제로. 50%

함.

수입대체 효과수입대체 효과수입대체 효과수입대체 효과5)5)5)5)

- 8 -

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

적용당시 환율 : 1,150/$￦

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

고출력 초음파 진동자용 압전 조성 설계능력 확립o

설계 조성에서 균일한 혼합을 위한 원료 배합 최적화 기술 개발o

제조공정기술의 개선 향상을 통한 생산 기술력 확보o

초음파 진동자 측정 및 평가방법에 기술력 확보

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

고출력 초음파 진동자의 조성 국산화

초음파 미용기 가습기등의 응용제품으로의 개발 및 생산에 활용,

압전 변압기 개발에 활용

기타 액츄에이터를 포함한 압전 응용제품에 공정기술 활용

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적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건5 초음파 관련 특허 문헌 규격, ,

시제품제작 건1 특성평가용 시제품 제작

양산화개발 건1 현지공장에서의 양산화 추진

공정개선 건3 원가절감 공정단순화,

품질향상 건5 선진국 제품과 경쟁수준으로 향상

시험분석 건50 성능향상 평가방법 확립 국외산 비교평가, ,

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건2 원천기술 확보로 자체기술 개발 역량향상

기술마케팅 경영자문/ 건1

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건1

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

참여기업 방문회수 건8

기타

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종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

초음파 진동자의 조성 설계 및 자체 개발능력이 부족한 지원업체를 지원하기 위해서-

여러 가지 분석장비와 고가의 정밀기기를 이용하여 조성개발 공정개선 및 평가를 수행,

하였음.

또한 본 사업에서는 한 단계 수준 높은 초음파 진동자를 개발하기 위해서 선진국 제- ,

품분석 평가방법개발 초음파세척기의 원리 및 구동방법 균일한 혼합을 위한 원료 배, , ,

합 입도 분포제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형 공정별 오차의 최소화 및 치수제어, ,

기술 열처리 조건 변경에 의한 열처리 조건 및 측정 및 평가방법에 대한 기술 초음파, , ,

진동자의 양산공정 확보에 대한 개발 내용을 지원하였다.

그 결과 본 기술지원사업을 통해서 개발된 초음파 진동자의 특성은 선진국 제품의 특-

성보다도 월등히 우수한 결과를 얻었으며 이러한 결과는 관련 학술회의에 보고함, .

향후 개발 조성을 기반으로 해서 경쟁력 있는 제품 양산화가 가능할 것으로 사료되며- ,

매출증대가 기대되고 있으며 기술력도 한 단계 업그레이드 하게 되어 고부가가치 분야,

로 더 많은 이익이 창출될 것이며 새로운 시장 매출도 형성 될 것으로 예상된다, .

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연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과

주 부처 사업 주관 부처 기재1) :

사업명 사업명 기재2) :

관리번호 관리번호는 기관에서 관리하는 과제관리번호임3) :

세부과제명 세부과제명을 기재4) :

연구책임자 연구책임자를 기재5) :

연구기관명 연구기관명을 기재6) :

과제시작년도 해당 세부과제의 시작년도 기재 예7) : ( , 2001)

과제종료년도 해당 세부과제의 종료 예정 년도 기재 예8) : ( ) ( , 2002)

게재년도 해당 논문의 학술지 게재 연도 기재9) :

논문명 해당 논문의 제목 기재10) :

저자 해당 논문의 저자를 기재하되11) : , 주저자 교신저자주저자 교신저자주저자 교신저자주저자 교신저자(first author),(first author),(first author),(first author),

공동저자공동저자공동저자공동저자(corresponding author), (co-author)(corresponding author), (co-author)(corresponding author), (co-author)(corresponding author), (co-author) 등 해당란에 기재

학술지명 해당 논문이 게재된 학술지명 기재 예12) : ( , Cell)

해당 논문이 게재된 학술지의 기재 예13) Vol.(No.): Volume(Number) ( , 114(4))

국내외 구분 학술지의 국내외 구분 예 국외14) : ( : )

15) 구분 등재 학술지이면 그렇지 않으면 비 기재구분 등재 학술지이면 그렇지 않으면 비 기재구분 등재 학술지이면 그렇지 않으면 비 기재구분 등재 학술지이면 그렇지 않으면 비 기재SCI : SCI ‘SCI’, ‘ SCI’SCI : SCI ‘SCI’, ‘ SCI’SCI : SCI ‘SCI’, ‘ SCI’SCI : SCI ‘SCI’, ‘ SCI’

- 12 -

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과

출원된 특허의 경우

등록된 특허의 경우

주 과학기술연구개발성과의 주 와 동일1)~8): ‘ 1)~8)’

출원 등록 년도 해당 특허의 출원 또는 등록 연도 기재9) ( ) :

특허명 해당 특허의 명칭을 기재10) :

출원 등록 인 해당 특허의 출원 또는 등록인 기재11) ( ) :

출원 등록 국 해당 특허의 출원 또는 등록 국가명 기재 예 한국12) ( ) : ( , )

출원 등록 번호 해당 특허의 출원 또는 등록 번호 기재13) ( ) :

예 등록 제 호( , 0308920 )

특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재특허이외의 지적재산권의 경우 상기 양식에 준용하여 기재※※※※

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사업화 현황

사업화 세부사항

사업(9)

화명

(10)

사업화

내용

사업화 업체 개요(11) (12)

기 매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액 합계

백만원( )업체명 대표자 종업원수사업화

형태

주 사업화 업체 개요의 사업화 형태는 연구책임자 창업 기술이전에 의한11) 1. , 2.

창업 창업지원 기존업체에서 상품화 중에서 선택하여 번호 기입, 3. , 4.

고용창출 효과

고용창출 세부사항

(9)

창업

명( )

(10)

사업체 확장

명( )

(11)

합계

명( )

주 창업의 경우는 사업화 성과 에서 사업화 현황의 종업원 수를 기입9) “2. ”

사업체 확장에 의한 고용창출은 국가연구개발사업을 통해서 기업체의 팀이나10)

부서의 신규 생성 및 확대에 의한 것을 의미하며 확인된 경우만 기입

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세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용

지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건1. : 81. : 81. : 81. : 8

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005.8.11 초음파 세척기용 조성 설계 협의

2 2005.9.29 초음파 세척기용 진동자 조성 및 공정 협의

3 2005.10.6 초음파 세척기용 진동자 제조공정 설비 검토,

4 2005.11.9 진동자 조성에 대한 평가 및 신규 조성검토

5 2006.2.8균일한 혼합을 위한 원료배합 및 입도 분포

제어 협의

6 2006.4.5차 조성 결과 분석 및 열처리 조건실험 지원2

내용

7 2006.5.15 신뢰성 검사 항목 검토 및 실험진행 내용

8 2006.5.30 진동자 평가 및 보고서 검토

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. :2. :2. :2. :


1 2005.9.29 압전 관련 논문 제공 유

2 2005.11.9 관련 특허

3 2005.12.17 관련 규격

4 2006.2.8 신뢰성 온도안정성 자료,

5 2006.4.5 발표 논문 공유

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. : 13. : 13. : 13. : 1


1 2005.11 현지 생산을 위한 제품 제작 유

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시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건4. : 504. : 504. : 504. : 50


1 수시 측정Impedence 유

2 수시 XRD

3 수시 SEM/EDX

4 수시 분체 특성평가

5 수시 신뢰성 분석PSA,

기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건5. :5. :5. :5. :


유

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목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

선진국 제품분석 평가방법개발 기술지원선진국 제품분석 평가방법개발 기술지원선진국 제품분석 평가방법개발 기술지원선진국 제품분석 평가방법개발 기술지원1. ,1. ,1. ,1. ,

초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원2.2.2.2.

고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원3. (1)3. (1)3. (1)3. (1)

고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원4. (2)4. (2)4. (2)4. (2)

균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원5.5.5.5.

입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원6.6.6.6.

공정별 오차의 최소화 및 치수제어기술 지원공정별 오차의 최소화 및 치수제어기술 지원공정별 오차의 최소화 및 치수제어기술 지원공정별 오차의 최소화 및 치수제어기술 지원7.7.7.7.

열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 기술지원열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 기술지원열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 기술지원열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 기술지원8.8.8.8.

초음파 진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원초음파 진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원초음파 진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원초음파 진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원9.9.9.9.

초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원10.10.10.10.

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1.1.1.1.

수행한 기술지원의 내용수행한 기술지원의 내용수행한 기술지원의 내용수행한 기술지원의 내용2.2.2.2.

지원 내용의 기업 전략에의 기여도지원 내용의 기업 전략에의 기여도지원 내용의 기업 전략에의 기여도지원 내용의 기업 전략에의 기여도3.3.3.3.

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

부 록부 록부 록부 록

- 17 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

압전 세라믹스는 압력이 가해졌을 때 전압를 발생하고 전계가 가해졌을 때 기계적,

인 변형이 일어나는 소자로서 기계적인 진동에너지를 전기에너지로 전기에너지를,

기계적인 진동에너지로 상호 변환이 가능하며 변환효율이 매우 높은 재료이다.

진동을 전기적인 에너지로 변환할 수 있는 원리를 이용해 가속도 센서 등으로 응용

하고 가청영역의 소리를 전기에너지와 상호 변환할 수 있는 원리를 이용해 레코드,

디스크의 픽 업 마이크로 폰 스피커 버저 등의 소자로 이용된다 또한 초음파를, , , .

투과하고 받을 수 있으므로 초음파 센서의 프루브 어군탐지기 등으로 사용(Probe),

된다.

외부로부터 힘이나 압력을 받으면 고전압 스파크를 발생시킬 수 있어 가스 기기의

와 압전 변압기에 응용 된다 기타 응용제품으로는 세라믹 필터ignitor . , delay line,

초음파 세척기 초음파 가공기 초음파 용착기 초음파 가습기 등 여러 방면에서 활, , ,

용되고 있다.

압전세라믹스는 초음파 응용기기 분야의 핵심 기초소자로서 응용분야에 따라 요구

되는 특성이 매우 상이하며 정밀한 제조공정 제어가 필요하다.

년대 산업적으로 응용되기 시작한 이래 각종 제품 의 소형 경량화 및 자동화1960 ,

추세에 따라 응용범위가 확대되고 있다 향후 전자 기계 재료 공학의 복합 기술로. , ,

서 광학기기 반도체 장치 정밀기기 소형 모터등의 주요부품으로 무한한 발전이, , ,

기대된다 그러나 이는 일본을 주축으로 한 선진국에 의해 이루어지고 있고 국내의. ,

경우 양산 기술부족 등으로 인해 대부분 완제품 또는 원료를 수입하여 후가공처리,

판매하고 있는 실정이다.

특히 고출력 초음파 진동자는 세정 가공 융착이 필요한 다양한 분야 즉 반도체, , , ,

공정 미생물학 광학 가전분야 정밀기기 의료기기 계측기기 분야에 적용되고 있, , , , , ,

으며 그 응용분야는 점차 확대되고 있다.

이러한 초음파 진동자는 원통형 원판 또는 각판 굴곡형등 이 주로 사용되고 있는, ,

데 원판형의 경우 금속과의 결합으로 낮은 주파수영역에서 높은 를 갖는 장, power

점을 가지고 있어서 수요가 확대되고 있는 추세이다 고출력 초음파 진동자는 대량.

생산을 용이하게 하기 위해서는 공정여유도가 크고 고품질인 조성설계 및 특성편차

가 적은 생산 공정 개발이 필수요건이다 따라서 고출력 초음파 진동자용 고품질.

조성설계와 생산 공정 안정화를 통한 양산성을 확보하고자 한다.

현재 고출력 초음파 진동자는 일본 등에서 대부분을 소자형태로 수입하거나 합성된

원료를 수입하여 가공처리 하여 사용하고 있는데 수입대체 및 원천기술 확보 차원

에서 국내 개발이 시급히 요청된다.

- 18 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

대상품목o

세척기용 고출력 초음파 진동자-

세정기 융착기용 초음파 진동자- ,

고출력 초음파 진동자 조성설계 및 생산 공정개발o

고출력 초음파 진동자용 압전 조성 설계-

설계 조성에서 균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술 개발-

입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술 개발-

초음파 진동자 제조공정개발 및 공정별 핵심 기술 확보-

저가이면서 최적 양산공정 기술 확립-

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333





고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원o


- d33 (10-12m/V 293, - k33 (%) 69.5

- Qm 품질계수 큐리온도, 1942, - Tc ( ) 320




성형공정 결합제 첨가제의 영향 조사- , ,







소결 열처리 제조건 파악 및 소결 온도 변화 영항조사-

- 19 -







선진국 특성 비교 검토- sample

신뢰성 특성 분석 렌 평가-

- 20 -

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

초음파 진동자 제조회사로서는 일본의 사 등과 독일Murata, TDK, Honda

사 등에서 생산하여 세계적으로 공급하고 있으며 일본의 경우Siemens , TDK,

사에서 공급하고 있다 또한 미국의Honda, Tamura, NEC . Ferro Solutions Inc,

에서도 새로운 모델의 진동자를 개발하고 있다MIDE Inc .

국내에서는 일산썬텍 경원훼라이트 레트론 등에서 대부분을 소자를 수입하거나, , ,

합성원료를 가공하여 사용하고 있고 있으며 자체 조성을 개발하여 적용한 예는 없,

는 것으로 보고 되어 있다.

래트론 에서는 초음파 가습기 미용기를 개발하여 가전업체에 일부 납품하고 있으,

나 고출력 초음파 진동자의 조성 및 공정 기술은 기술적으로 상당히 미비한 실정,

이며 본 부품의 지원을 통한 개발을 통해서 중국시장을 필두로 세계시장에 공략하,

려고 한다.

선진국의 경우 주파 매칭 초음파 듀얼타입 진동자 고주파 소재 개발에 초점을3 , ,

맞추고 있으며 지속적으로 개발을 진행하고 있다, .

일반적으로 초음파란 인간의 귀로 감지할 수 없는 영역을 의미하는 것으로 20

이상의 주파수 범위를 가리킨다.

초음파는 우리 생활에서 광범위하게 사용되고 있다 이를테면 의료용 초음파 진단.

시스템 유속 유량 측정 초음파 거리 측정 비접촉 초음파 감지 장치 초음파 세척, . , , ,

기 용착기 초음파 가습기 초음파 지방 두께 측정기 초음파 가축용 임신 진단 장, , , ,

비 초음파 해충 퇴치기 초음파 노즐 스프레이 초음파 위치 탐지 시스템 초음파, , / , ,

가진 장치 초음파 모터 초음파 개 퇴치기 어군 탐지기 초음파 후방 감지 시스템, , , ,

등이 있다.

초음파 진동자에는 초음파를 발생시키는 음원에 따라서 자왜형 압전 전왜형 및, ·

전자형 진동자 등이 있으며 현재 압전 전왜형 중 볼트 체결형 란쥬반 진동자, ·

를 가장 많이 사용 하고 있다(Bolt-clamped Langevin Transducer · BLT) .

공진 주파수에 따라서도 등으로 구 분된다28 , 40 , 50 , 60 .

및 단주파 진동자의 경우 의 압전소자 매를 서로 마주 보28 40 Ring Type 2

도록 설치한 후 전기적으로 병렬로 연결하고 상단 및 하단에 금속 을 부착하block

여 전체를 볼트로 조인 구조를 갖는다.

압전소자는 구동회로 로부터 구동 신호를 인가 받아 기계적인 진동으로 변환시켜주

는 역할을 하 며 이때 구동주파수는 압전시편의 공진 주파수가 아니라 조립된 상태

에서의 공진 주파수로 인가되므로 양자 사이에는 상당한 차이가 있다.

실제로 및 진동자에 있어 압전 시편 자체는 동일한 물성 및 크기를28 40

가지며 주파수의 차이는 금속 부위의 형상에 의해 좌우된다block .

- 21 -

압전 시편 하부의 금속 은 로서 압전시편에서 두께모드로 발생한 미소block mass

진동의 진폭을 증폭시키는 역할과 진동자에서 발생한 열을 흡수 냉각시키는 역할,

을 한다.

압전 소자 상부의 금속 은 압전소자에 비해 현저히 낮은 음향 를block Impedance

지니며 압전 소자에 의해 상하 양방향으로 발생되는 초음파중 상방향으로의, wave

를 반사시켜 하방향으로 합산되도록 하는 역할을 한다.

와 는 압전세라믹스 소자에서 두께 모드로 발생한 미소 진동의 진폭을Mass Booster

증폭시키는 역할과 진동자에서 발생한 열을 흡수 냉각시키는 역할을 한다, .

은 를 통해 증폭된 초음파를 다시 증폭시키는 역할과 초음파를 집적하Hom booster

여 대상체에 전달하는 역할을 한다.

이들 금속 부품 들은 모양 치수 질량 등의 설계에 따라 구동주파수와 진동 모드에, ,

영향을 미친다.

이는 정확한 설계와 제작 방법이 필요하다 현재 초음파 진동자는 세계 여러 곳에.

서 개발이 되어 초음파 유화기 세포파쇄기 초음파 세척기 용으로 극해 제한된 응, ,

용이 이루어지고 있다.

그러나 연속 가동 시 발열 문제와 공진 주파수가 시간에 따라 변화함에 따라 작동,

이 되지 못하는 경우 가 허다하다.

또한 실제 진동자가 낼 수 있는 출력보다 훨씬 높은 출력을 요구하는 경우가 많아

진폭 증대를 위해 극히 고배율의 혼을 사용하고 있다.

실제 혼의 경우는 비율이 가장 이상적이나 진폭의 증대를 위해 어떤 경우는1:1

정도의 혼을 사용하는 경우도 있어 진동자가 견디지 못하고 파손되는 경우가10:1

많다.

또한 출력의 증대를 위해 과도한 전압과 전류를 인가해서 사용하는 경우도 허다하

다.

초음파를 발생시키는 초음파 진동자로 현재 가장 많이 이용되는 것은 초음파 세척

기 초음파 용착기용 진동자로서 일본의 는 이미 설계 제조기, Murata, TDK, Honda ,

술 성능평가 기술 등이 확보되어 있는 상태이다, .

현재 세계적으로 개발되어진 초음파의 응용분야는 다음과 같다.

계측 초음파 줄자 이동로븟의 전방의 방해물 감지 마이크로 로봇- - , ,

정보통신 소나 어군탐지기 등 수중 탐지- - ,

의료용 진단장치 초음파 단층촬영기 초음파 치료기 외- - ,

재료내부 결함 검사 비파괴검사 용접부위 결함검사 주물내부 공격 검사- - , ,

산업용 설비진단 센서- - AE

산업용기계 세척기 용착기 가공기 연마기 유화기- - , , , ,

가공 초음파 금형 가공- -

디지털 데이터 전송 공장 내부에서 무인차량의 제어용 통신- -

기타 초음파 모터 초음파 이송장치 등- - , .

- 22 -

제 장 기술지원 수행내용 및 결과제 장 기술지원 수행내용 및 결과제 장 기술지원 수행내용 및 결과제 장 기술지원 수행내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

선진국 제품분석 및 평가방법개발 기술지원선진국 제품분석 및 평가방법개발 기술지원선진국 제품분석 및 평가방법개발 기술지원선진국 제품분석 및 평가방법개발 기술지원1.1.1.1.

가 초음파 진동자 개요가 초음파 진동자 개요가 초음파 진동자 개요가 초음파 진동자 개요....

인간의 귀를 통하여 들을 수 있는 가청 주파수 범위는 이다 초음20 ~ 20 .

파는 가청 주파수 밖의 진동음을 말한다 소리는 기계적인 진동에 의하여 공기의.

압력이 고압과 저압으로 빠르게 변화하여 진동 소스로부터 전파되어 사람 귀에 들

리는 것이다 음은 크게 초저주파 가청음 초음파로 분류한다. , , .

인간이 들을 수 있는 가청 주파수대역 보다 높은 주파수 즉(20~20000 ) 20

이상을 초음파이라고 한다 초음파는 응용범위가 매우 다양하다 세척 가공 계측. , , ,

의료진단 등 매우 많은 분야에 활용되고 있다 야산의 동물들은 사람 귀보다 감지.

하는 주파수 범위가 훨씬 넓다 동물들은 지진 화산활동 산불 등이 발생되기 이전. , ,

에 이미 전초적으로 전달되는 초저주파를 감지하여 몸을 피하여 안전한 곳으로 이

동하기도 한다.

가청주파수 보다 낮은 초저주파의 응용은 공학적으로 사용 빈도가 초음파에 비하여

매우 용도가 낮다 경우에 따라서는 비록 가청주파수 범위의 음파이라도 사람의 귀.

를 통하여 듣기 위한 목적이 아니라 기계의 고장 진단 등 공학적 목적으로 사용되

면 초음파 응용기술 범주에 포함시킨다 넓은 의미에서는 초저주파 응용기술도 초.

음파의 범위에 포함시키기도 한다.

초음파의 분류(1)

초저주파 이하- : 20

가청 주파수- : 20 ~ 20

초음파 이상- : 15

초음파의 정의(2)

인간이 들을 수 없는 가청 주파수 이상의 높은 주파수의 음파- ( )

인간이 듣기위한 목적이 아니고 음파의 성질을 이용하여 물체 물질의 물성적- , ,

변화와 계측 등에 이용하는 경우의 음파

초음파의 응용분야(3)

통신적 응용-

- 23 -

수중 어군탐지가 탐상기 두께측정기 액면계 점도계 의료용 진단기기Sonar, , , , , ,→

등

동력적 응용-

세정기 제진기 분무기 건조기 가공 융착 용접 절삭등 초음파 치료기기등, , , , ( , , ),→

파동의 간섭(4)

두 개 이상의 파동이 겹쳐질 때 나타나는 현상 간섭 결과 생기는 파동 양상은- .

원래 파동의 주기 진폭 위상 파면의 진동 방향 및 진행 방향에 의해 결정된다, , , .

보강 간섭 두 파동의 위상이 동상이어서 마루와 마루끼리 서로 합쳐질때- :

상쇄 간섭 두 파동의 위상이 이상이어서 골과 마루가 서로 상쇄될매- :

정재파 간섭의 예로서 주기 진폭 및 진행 방향이 같으나 위상이 다른 파동의- : ,

간섭으로 발생

보강간섭과 상쇄간섭보강간섭과 상쇄간섭보강간섭과 상쇄간섭보강간섭과 상쇄간섭< >< >< >< > 간섭으로 나타난 정재파간섭으로 나타난 정재파간섭으로 나타난 정재파간섭으로 나타난 정재파< >< >< >< >

초음파 진동자(5)

초음파 발생장치는 고주파 전기신호를 발생시키는 발진기와 전기신호를 초음파로

변환시키는 진동부로 구성된다.

그림 진동자 는 개략도그림 진동자 는 개략도그림 진동자 는 개략도그림 진동자 는 개략도1 ransdure1 ransdure1 ransdure1 ransdure

- 24 -

가 자왜진동자( ) (Magneto-strictive transducer)

자왜현상ㆍ

자성물질에 자장이 가해지면 결정이 미세하게 수축 팽창하는 현상- ,

자왜진동자ㆍ

자왜 현상을 일으키는 물질을 이용한 진동자-

초기에는 니켈 박판을 중첩한 것이 많이 사용되었으나 그 후 페라이트가 많이 사용

되게 되었다.

장점ㆍ

절연저항이 높아 과전류에 의한 손실이 거의 없기 때문에 효율이 이상- 90%

종방향 성분이 많아 효율적인 세척기의 구성이 가능하다- .

가격이 비교적 저렴하다- .

파워밀도를 높일 수 있다- .

단점ㆍ

구조적으로 취약하여 파손되기 쉽다- .

사용 가능한 온도가 낮다 정도- .(80 )

나 피에조 진동자 혹은 압전진동자( ) (Electro-strictive transducer)

압전현상 전왜현상 강유전성을 가지는 결정체에 고압의 전계를 가하면 구조( ) -ㆍ

에서 미세변위가 발생된다.

전왜진동자 전왜효과를 이용 초음파를 발생시키는 소자- .ㆍ

수정 로셀염 티탄산 바륨 등이 있으나 현재는 라고 하는 물질이 가잘 많이 사, , PZT

용됨.

는 납 지르콘산 티탄산 등을 혼합 소결한 것으로 큐리점이 높고 파워밀도가PZT , , ,

높으며 양산성이 우수한 등의 많은 장점이 있다, .

- 25 -

다 진동자 종류( ) PZT

원판형 디스크 형 다양한 주파수의 것이 있어 사용이 편리한 반면 대 출력의( ) :ㆍ

용도에는 적합하지 않기 때문에 주로 의료용 및 센서 등에 사용되며 세척기용으로

는 소형이나 고주파 세척기 등의 일부분에만 사용된다.

그림 초음파 진동자그림 초음파 진동자그림 초음파 진동자그림 초음파 진동자2222

진동자 개의 링형 압전소자를 금속 블록 사이에 넣어 볼트로 조임으로BLT : 2ㆍ

써 샌드위치 형상으로 만든 것이다 기계적으로 매우 강하고 고온에서 사용이 가능. ,

하다 이러한 장점들 때문에 최근의 강력 초음파 응용에서는 거의 대부분 진동. BLT

자를 사용한다 가격이 비싸며 파워밀도 균질성이 떨어져 에로젼 현상이 심해지는.

단점이 있다.

발진기(6) (Generator)

발진기는 발진부 와 전력증폭부 임피던스 매칭부로 구성되어 있다(Oscillator) , .

가 발진기( ) (Oscillator)

자려식 자려식은 전력 증폭하는 능동소자 등 자신이 발진회로를 겸하- (TR,FET )①

도록 한 것.

간이 자동추미 진동자의 부하변동에 따른 출력변화를 억제하도록 주파수가 자동- (

으로 변화하는 회로 가 가능) .

회로 구성이 간단하다- .

발진회로의 안정도가 나쁘다- .

외부의 영향을 많이 받는다- .

호환성이 나쁘다- .

타려식 증폭부와 분리된 별도의(Master oscillating power amplifier : mopa) -②

발진회로를 이용하는 방식 현재 주류를 이루고 있다. .

발진의 안정도가 높다- .

- 26 -

호환성이 비교적 높다- .

회로 등의 변조방식- PLL(Phase Locked Loop) , FM, AM , PWM(Pulse width

등을 이용한 고도의 출력제어등이 가능한 장점이 있다modulation) .

그림 귀환방식그림 귀환방식그림 귀환방식그림 귀환방식3 PLL3 PLL3 PLL3 PLL

회로에서 출력된 신호를 출력회로에서 소정의 출력으로 증폭되어 정합회로에PLL ,

의해 진동자와의 을 하여 진동자를 구동시킨다 또한 진동검출회로에 의matching , . ,

해 진동자의 진동에 비례한 전압을 검출하여 위상회로에 귀환시켜 위상보정을 한,

다 다음에 신호에 의해 회로가 최적주파수를 발진하여 출력회로에서 전력증폭. PLL ,

을 하여 진동자를 구동한다고 하는 동작을 되풀이한다 이 회로구성에 의해 항상, . ,

최대진폭이 되는 주파수를 자동적으로 추미하는 것이 가능하다, .

나 전력증폭부( ) (Power amplifier)

증폭부는 발진부로부터 고주파의 신호를 받아 증폭하여 진동자에 공급하는 회로로

써 대용량 반도체 스위칭 소자를 사용한다 스위칭 소자로써 가 많이 이용. TR, FET

되고 있다.

다 임피던스 매칭회로( ) (Impedance matching)

진동자는 용량성 혹은 유도성의 부하로써 전력전달의 측면에서는 바람직하지 않기

때문에 최대 전력 전달이 가능하도록 혹은 를 이용하여 임피던스 매칭을 행한다L C .

그림 임피던스 매칭회로그림 임피던스 매칭회로그림 임피던스 매칭회로그림 임피던스 매칭회로4444

- 27 -

라 전력측정회로에 관해서( )

세정효과에 대한 관리를 하기 위해서는 초음파의 출력상태를 관리하는 것이 중요,

하다 출력상태의 관리는 초음파의 액중음압을 실제로 측정하는 것이 바람직하지. ,

만 소리의 강도를 측정하기 위해서는 음압 를 세정면 전체에 다수를 설치, sensor

이동시켜 측정해야 한다 이 방법은 비용이 드는 것과 세정 증에 측정을 할 수 없. ,

는 것 등의 이유로 실용상은 채용되어 있지 않다 일반적으로 행하여지고 있는 방.

법으로서는 발진기로부터 진동자에 공급되는 전력을 고주파전력계로 측정하여 전, ,

력치를 관리하는 방법이 주로 채택되어 있다 본 기기의 전력측정회로. block

인 그림 을 보면 전력증폭부에서 소정의 크기가지 증폭된 전력은 정합diagram < 3> ,

회로와 진동 검출회로 진동자에 공급된다 전력측정은 정합회로에서 진동자에 가, . ,

해지는 전압과 전류를 직류 전압으로 변화하여 취득 각각의 위상차이를 신, digital

호화하여 회로부에 연산시킨 결과를 표시하고 있다 회로 상에 사용하고 있, CPU .

는 등의 부품에 의해 생기는 위상의 틀어짐을 회로부에서 위current sensor , CPU

상보정을 하고 있다.

마 발진기익 각종 부가 치로( )

회로- remote

출력회로- HIGH, LOW

잔기진단기능-

외부출력제어-

동작- timer

출력- Analog (0 ~ 5 V)

외부- interface(RS485)

바 작동순서( )

전원 차단을 확인한다.①

진동부 콘넥터를 발진기 뒷면의 콘넥터에 연결한다 방향주의OUTPUT . ( )②

리모트기능을 이용할 경우 제어선을 리모트 단자에 연결한다, . (Option)③

전원에 연결한다 본 발진기는 전용임200 V . ( 220 V .)④

진동부에 세척액이 충분한지 확인한다 최소 이상. ( 5 cm )⑤

전원 를 한다 초음파 동작 중에는 스위치 상단 녹색 가 켜진다S/W ON . LED .⑥

타이머 부착형인 경우에는 타이머 스타트 기능을 함( )

타이머 부착형인 경우 시간을 설정한다.⑦

세척조건에 따라 출력조절 볼륨을 조정한다.⑧

스위프 기능을 이용할 때는 스위프 를 누른다S/W .⑨

- 28 -

사 사용상의 주의 사항( )

세제가 없을 때 초음파를 작동시키지 말 것.①

전원 전압 변동률을 이내로 유지할 것10% .②

젖은 손으로 발진기를 조작하지 말 것.③

진동이나 충격에 주의할 것 특히 진동부의 표면. ( )④

관계자 이외에는 작동하지 말 것.⑤

장기간 사용하지 않을 때는 전원을 빼고 습기가 없는 곳이 보관할 것.⑥

이상 상태 소음이나 냄새 연기 등 때는 즉시 전원을 차단하고 원인 조치후 사( , )⑦

용.

질산 등 강한 부식성 약품을 사용할 때는 간접세정을 할 것 수명이 단축됨.( )⑧

아 이상 때의 조치방법( )

상태상태상태상태 원인원인원인원인 처리처리처리처리 비고비고비고비고

전원이상단선Fuseㆍ

전원공급선 이상ㆍ

교체- Fuse

수지 의뢰- (A/S )

단선Fuse

반복

출력 과다ㆍ

입력전압이 높을 때ㆍ

출력을 저하시킴-

입력전압을 정격 이내로 할-

것

누 전

접지 연결 불량ㆍ

진동자 극성 바뀜ㆍ

노이즈 필터 고장ㆍ

접지를 확실하게 접속한다- .

극성수정-

교체 의뢰- (A/S )

출력조절 이상 내부 회로 파손ㆍ 수리 의뢰- (A/S )

표시기 이상 감도 설정 이상ㆍ 감도조정 의뢰- (A/S )

세척불균일 정재파의 형성ㆍ 피세척물 위치변경-

금속성소음

알칼리세제의 경우강한 표ㆍ

면 장력에 의해 하울링이 발생

할 수 있다.

사용수의를 낮춘다- .

세제를 다른 종류로 교체-

정상보다 출력을 이상- 50%

상승시킴

기계적진동음작동상태 불량FANㆍ

볼트가 느슨해짐ㆍ

통풍상태를 점검-

각 부분의 볼트 너트 조임- ,

세척이 약할 때

출력조절이 LOWㆍ

온도가 적정하지 않다.ㆍ

물의 경우 탈기 안됨,ㆍ

눈금이 조밀한 바스켓 사용ㆍ

플라스틱 용기 등으로 간접ㆍ

세척

피세척물 위치가 나쁘다.ㆍ

상태로 한다- HIGH .

온도를 맞춘다- .

탈기후 사용-

눈금이 큰 바스켓 사용-

금속 혹은 유리용기 사용-

방향을 수정한다- .

- 29 -

나 선진국 제품분석나 선진국 제품분석나 선진국 제품분석나 선진국 제품분석....

관련 초음파 진동자의 선진국 를 분석하여 표 에 정리하였다sample .

표 선진국 초음파진동자 특성값표 선진국 초음파진동자 특성값표 선진국 초음파진동자 특성값표 선진국 초음파진동자 특성값1111

그림 는 일본제작 진동자의 주사전자 현미경 파단면 사진이다 그림에 나타5 (SEM) .

낸 바와 같이 전체적으로 평균 입경이 정도로 일정한 결정립을 나타내었2 - 3

으나 부분적으로 기공이 존재하는 것을 확인하였다, .

- 30 -

배율배율배율배율(a) 2k(a) 2k(a) 2k(a) 2k 배율배율배율배율(b) 3k(b) 3k(b) 3k(b) 3k

배율배율배율배율(c) 5k(c) 5k(c) 5k(c) 5k

그림 중국제작 초음파진동자 파단면 사진그림 중국제작 초음파진동자 파단면 사진그림 중국제작 초음파진동자 파단면 사진그림 중국제작 초음파진동자 파단면 사진5 SEM5 SEM5 SEM5 SEM

그림 은 일본제작 진동자의 표면과 측면의 외관사진을 보여 주고 있다6 .

표면표면표면표면(a)(a)(a)(a) 측면측면측면측면(b)(b)(b)(b)

그림 초음파 진동자 일본제작그림 초음파 진동자 일본제작그림 초음파 진동자 일본제작그림 초음파 진동자 일본제작6 ( )6 ( )6 ( )6 ( )

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다 초음파 평가방법다 초음파 평가방법다 초음파 평가방법다 초음파 평가방법....

표 초음파 세척효과 판정 방법표 초음파 세척효과 판정 방법표 초음파 세척효과 판정 방법표 초음파 세척효과 판정 방법2222

평가방법평가방법평가방법평가방법 장 단점장 단점장 단점장 단점,,,, 정도비정도비정도비정도비 비고비고비고비고

육안 간단하게 평가기능 미흡

현미경 간단하게 평가기능 양호

자외선관찰 간단하게 평가기능 우수

선 밀도계X연질의 오염물일 경

우 유리함양호

반사광

표면에 오염 분포상

태가 결과에 영향을

줌

미흡

투과광 투명재료에 유리 미흡

분산광 미흡또는 를OPTO SHELL, OPTO MULTI

사용분산광의 정방향을 측정

화학분석제한된 화학제품만

가능최우수

형광도료 미흡

표면피막의 화

학분석미흡 칠판 위에 동 도금

석출산화물분석 금속재료만 가능 우수까지 가열 반사광으로 관찰되400 ,

는 산화막의 모양을 보고 판정

비중계 미소물체 양호 비중측정

납 Erosion 우수 중량감소에 의한 평가 표준( )

알루미늄 박판

침식음장의 영향을 받음 우수 빛의 투과 혹은 무게감소로 평가

흑연분산 측정이 쉬움 양호유리나 세라믹 위에 흑면을 도포

육안이나 밀도계로 평가 표준( )

물방울낙하 표면이 평평한 시효 양호세척면에 물방울이나 수막을 주어 그

분포로 측정

방사능측정 평가기술자가 요구됨 최우수동위원소 또는 등을 미량과P32 C14

표준오염을 섞어 사용

마찰시험 표면평활이 요구 양호

부착력시험평활한 표면의 유리

나 금속재료만 가능양호

표면전도도주위상황에 영향을

받음최우수

음향적 방법 한정된 재료에 적용 최우수 압전형 의 공진 주파수를 측정Crystal

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초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원초음파세척기의 원리 및 구동방법 기술지원2.2.2.2.

가 세척의 기본가 세척의 기본가 세척의 기본가 세척의 기본....

세척이란 필요한 물건 위에 더러운 때 물질 가루 등이 묻어 있는 것을 분리하는, ,

공정이다 우리 생활에서도 빨래세탁기 식기세척 방바닥 청소기 등 세척활동이 많. , ,

다 또한 생산현장에서도 산업화가 진행될수록 세척공정이 많아진다. .

세척작용은 기계적 작용 린스작용 화학적 작용이 결합되어 나타난다 기계적 작용, , .

은 작은 범위에서 마찰 등을 이용하여 이물질을 제거하고 화학적인 반응을 촉진시

키는 역할을 하는 것으로 세척의 핵심요소가 된다.

분리 작용은 일단 분리 제거된 이물질이 다시 달라붙지 못하도록 격리시키며 잔류

세정성분을 제거하는 역할을 하게 된다 화학적인 작용력은 주로 세제에 의해 일어.

나게 되는데 기름 성분 등을 제거하는데 효과적이다.

표 손빨래 세탁기 및 초음파 세척의 작용력 대비표 손빨래 세탁기 및 초음파 세척의 작용력 대비표 손빨래 세탁기 및 초음파 세척의 작용력 대비표 손빨래 세탁기 및 초음파 세척의 작용력 대비3 ,3 ,3 ,3 ,

종류종류종류종류

작용작용작용작용손빨래손빨래손빨래손빨래 세탁기세탁기세탁기세탁기 초음파 세척초음파 세척초음파 세척초음파 세척

기계적 작용기계적 작용기계적 작용기계적 작용 비빔 수류 마찰력, 캐비테이션 및 입자가속도

분리작용분리작용분리작용분리작용 물살 수류 헹굼, 수류

화학적 작용화학적 작용화학적 작용화학적 작용 비누 세제 물 세제,

복합적인 세척작용의 예를 보면 기름으로 더러워진 식기를 물과 수세미로만 씻는,

것은 힘들다 그러나 비누를 쓰면 수세미를 쓰지 않아도 잘 씻을 수 있다 수세미를. .

쓰면 더 효과적이다 즉 수세미는 물리력이며 비누는 화학력이다 세척에서는 물리. .

력보타 화학력이 더 중요하다 세척하고자하는 대상물에 묻은 이물질을 제거하는데

세제의 선택이 중요하다 더러움의 종류에 따라 어떤 세제를 선택하면 좋은가를 해.

결하고 그것에 맞는 파워의 초음파 장치를 선택하는 것이 세척의 효율을 높일 수

있는 방법이다.

나 초음파 세척의 분류나 초음파 세척의 분류나 초음파 세척의 분류나 초음파 세척의 분류....

초음파 세척이란 초음파 에너지를 이용하여 세척에 이용하는 기술이다 현재까지.

이용 가능한 여러 가지의 공학적 세척 기술 가운데 가장 효율적이며 경제성이 높을

뿐 아니라 다른 세척 기술로는 달성할 수 없는 미세 세척 효과를 얻을 수 있다.

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특히 복잡한 형상의 물체 혹은 정밀 세척을 요하는 분야에서는 중요한 세척기술이

되고 있으며 산업 구조의 고도화에 따라 점점 그 적용이 넓어지고 있다 종류로는.

의 단주파 복합 파형을 이용하는 동시 다주파 및 이상의 고주파28 , 40 , 1

세척이 있다 .

표 발진 주파수 대역 변화에 따른 분류표 발진 주파수 대역 변화에 따른 분류표 발진 주파수 대역 변화에 따른 분류표 발진 주파수 대역 변화에 따른 분류4444

분 류분 류분 류분 류 주파수주파수주파수주파수( )( )( )( ) 세정목적세정목적세정목적세정목적

저주파 세정 20 ~ 90 직진류 캐비테이션을 이용한 강력 세정 거친세정, ,

고주파 100 ~ 400 캐비테이션 가 없는 정밀세정 등damage (LED, Wafer )

초고주파 이상1 초정밀세정 등Submicron (Wafer, LED, PDP )

항목항목항목항목 단주파단주파단주파단주파28282828 단주파단주파단주파단주파40404040 다주파다주파다주파다주파(40~90 )(40~90 )(40~90 )(40~90 ) 스프레이초음파스프레이초음파스프레이초음파스프레이초음파(1 )(1 )(1 )(1 )

세척원리 케비테이션 케비테이션 케비테이션 입자가속도

입자가속도 1500 G 2500 G 2500~5000 G 100000 G

충격력 수백기압 수십기압 수십기압 없음

정재파 비균일성( ) 매우강력 강력 약함 없음

파동의 특징 회절강함 회절강함 회절강함 직진성 높음

제거가능 입자 이상3 이상2 이상1.5 이상0.1

용도 일반 세척용 일반 세척용 정밀세척용 초정밀세척용

그림 단주파와 다주파그림 단주파와 다주파그림 단주파와 다주파그림 단주파와 다주파7777

단주파식 및 초음파 세척기(1) (28 40 Hh)

단일 주파수를 초음파에 사용하는 방식이다 보통 등이 많이 쓰이며. 20 , 40

경우에 따라서는 등도 단주파 세척에 사용된디 초음파 파장의 공간60 , 90 .

적 시간적 위치형태에 따라 진행 주파수와 반사 주파수가 일치되어 공간에 정지 상

태가 되기도 한다.

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즉 액면 높이에 따라 파워가 강한 부분과 파워가 발생하지 않는 부분이 있어 세척,

물이 세척이 되는 잘 부분과 안 되는 부분 등으로 구분되어 세척이 불균질하게 되

는 문제가 있다 이러한 형상을 정재파현상이라고 한다. .

특성 액 높이에 따라 파워가 강력한 부분이 발생하는 특징을 이용하여 일차 세- :

척이나 금속 가공물의 탈지 세정용으로 많이 사용한다.

단점 파워가 강한 부분에 의한 제품의 손상 또는 정재파현상으로 인한 세정얼- : ,

룩이 있다 발진부와 진동부의 호환성이 없어 시 주파수 매칭을 해야하는 불편. A/S

이 있다.

전기 신호를 받으면 기계적인 신호로 변환하여 주는 장치-

전왜진동 수정 티탄사바륨 지르콘티탄산납등- , ,→

자왜진동 니켈 알페로등의 페라이트계열- ,→

랑지방형 진동자-

압전 또는 진왜진동자의 양면에 금속전극을 부착하고 전체의 공진주파수로 진동→

하며 최근에는 볼트고정하여 사용함으로 진동자라고도 함, BLT

초음파가 후방으로 나오지 못하고 전방으로만 나갈수 있도록 파장의 정수배로 가-

공하여 취부함

왜 진동자로 극 극 개를 전극사이에 결합하여 초기 기계 진동이 발생하는- + , - 2

곳

전기적인 교류신호 인가 전극-

일반적으로 진동자의 공진 주파수를 입력함-

반파장의 정수배의 길이로 절단하여 붙임-

재질 알루미늄- :

목적 미세 진동 증폭 역할- ;

다주파식 초음파 세척기(2)

또는 대역의 초음파를 발생시켜 사용하는 방식으로 단주파의 단28-70 40-90

점을 개선할 수 있다.

균일 세척 여러 주파수 대역의 초음파를 발생시켜 세척 불균일이나 피 세척물- :

의 손상을 방지 할 수 있어 정밀세정용으로 사용한다.

안정된 출력 단주파 방식에서 나타나는 출력 변화 세정액 높이변화 세제의 종- : ( ,

류 온도변화 제품의 투입 등 현상이 매우 적다, , ) .

호환성 발진부와 진동부의 호환성이 있어 별도의 주파수 매칭 없이 상호 교체작-

업이 가능하며 설비보전시간의 단축 및 설비 가동률을 올려준다.

개의 진동자를 직육면체의 에 부착하여 의 진동을 주면 에- 2 Horn 40 Horn

의 복합공진이 발생하여 동싱에 다양한 주파수를 나타냄40~90

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다주파와 다주파 두 종류로 분류됨- 28 40

세정강도가 단주파에 비해 약하나 정재파 문제가 없으므로 피세척물의 균일세정-

에 유리함

수위 및 와류에 의한 출력감쇠가 적고 진동판의 수명이 길어 유지보수가 용이함-

그림 초음파 진동자 체결방법그림 초음파 진동자 체결방법그림 초음파 진동자 체결방법그림 초음파 진동자 체결방법8888

고주파식 초음파 세척기(3) (1Mhz)

고주파식 초음파 세척기는 특별히 반도체 및 등의 초정밀 세척을 위하여 개발LCD

된 제품으로 캐비테이션에 의한 강력한 파워 대신 큰 입자 가속도를 이용하여 세척

하는 방식이다 이 방식은 초정밀 세척 이 가능한 특징이 있. (SUB-MICRON, 0.1 )

다.

이 방식은 다시 반도체 등에 적합한 침지식과 대면적 에 적합한 스프레이식 샤LCD (

워식 제트식 펄스식 등 메이커에 따라 다양한 이름으로 불리고 있음 초음파가 있, , )

다.

다 초음파 세척의 원리다 초음파 세척의 원리다 초음파 세척의 원리다 초음파 세척의 원리....

초음파 세척은 주로 초음파의 캐비테이션 현상에 의해 이루어진다 캐비테이션 현.

상은 초음파가 용액 중으로 전파될 때 초음파의 큰 압력변화에 의해 미세기포군이

생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력과 고온을 동반한다 이 압력과 고온은.

수백 분의 초에서 수천 분의 초 단위의 짧은 시간동안 발생한다 이러한 강력한1 1 .

힘에 의해 오염물질을 분산 및 분해시키며 또한 세척제의 효과를 극대화시킬 수 있

게 된다 한편 고주파의 경우에는 초음파의 특성상 이러한 종류의 캐비테이션은 일. ,

어나지 않고 액체 분자의 입자 가속도가 매우 커지게 된다 가속도는 큰 마찰력 및.

충격력을 발생시키므로 이를 이용하여 초정밀 세척을 하게 된다.

초음파 발진장치로부터 전기 신호가 진동판의 진동자로 인가되면 이 진동자는 기계

신호로 변환하고 이 변환된 기계신호는 수중의 매질을 통하여 진동하여 음압의 변, ,

호로 케비테이션 현상을 발생시켜 이물의 박리 및 제거에 사용하는 것을 초음파 세

정이라고 한다.

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라 캐비테이션 현상라 캐비테이션 현상라 캐비테이션 현상라 캐비테이션 현상....

초음파 세정시스템(1) .

그림 초음파 세정시스템그림 초음파 세정시스템그림 초음파 세정시스템그림 초음파 세정시스템9999

초음파의 감압측의 반주기로 음의 압력이 발생하기 때문에 액체속에 공동이 발생-

증압측의 반주기에 밀려 일그러져서 그때에 발생하는 충격적인 큰 압력에 비해-

수축과 팽창을 반복적으로 동작

표면장력 이상의 압력에 의하여 수축폭발이 일어나는 현상-

수축 폭발에 의해서 발생한 매우 미세한 기포들이 피세척물의 이물을 박리 및 제-

거

그림 케비테이션 현상그림 케비테이션 현상그림 케비테이션 현상그림 케비테이션 현상10101010

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초음파 세척의 원리는 그림 과 같이 초음파의 음압효과와 캐비테이션 효과 가11 2

지로 나누어 볼 수 있다 캐비테이션에 의한 효과는 기포의 진동에 의한 교반 효과.

와 기포의 폭발에 의한 기계적 회화적 열적효과로 나누어 볼 수 있다, , .

그림 초음파 세척의 원리그림 초음파 세척의 원리그림 초음파 세척의 원리그림 초음파 세척의 원리11111111

그림 캐비네이션 현상그림 캐비네이션 현상그림 캐비네이션 현상그림 캐비네이션 현상12121212

캐비테이션에 의해 오염이 제거되는 과정은 다음과 같다 그림 와 같이 캐비. 12(a)

테이션 기포가 폭발하여 오염물질 사이에 틈을 만들고 와 같이 그 틈으로 기포(b)

들이 침투차여 폭발함으로써 완전하게 오염물질을 탈착하게 된다.

캐비테이션 기포의 생성과정(2)

용역 내에 강력한 초음파를 조사하면 압축력 정압 과 팽창력 부압 이 반복적으로( ) ( )①

나타나게 된다.

부압 주기 때에 액중의 미세한 이물질 혹은 기체 분자를 중심으로 기포 공동 가( )②

발생됨

이 기포는 다음의 압축주기 때에 고압으로 압축된다 압축력이 용액의 표면 장.③

력보다 작을 때 기포는 소멸되지 않는다.

기포는 다음의 부압 때 다시 팽창한다 부압의 세기가 어느 수준 이상이면 기포.④

의 입경은 커진다.

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이 과절을 무수히 반복하면서 점점 입경이 커지게 된다.⑤

어느 일정 압력 이상 용액의 표면장력 이상 이 되면 이 기포는 단번에 수축 폭( )⑥

발하면서 매우 큰 충격파를 일으키게 된다.

그림 캐비테이션 기포의 생성과정그림 캐비테이션 기포의 생성과정그림 캐비테이션 기포의 생성과정그림 캐비테이션 기포의 생성과정13131313

캐비테이션 임계값(3)

캐비테이션 발생이 시작될 때의 액체압력을 임계값이라고 한다 이 값은 실험조건.

에 따라 다르고 특히 액체의 물리적 화학적인 성질에 많을 영향을 받는다 캐비테, , .

이션 발생시점의 기준에 대해서는 여러 가지의 의견이 있지만 강력 초음파 응용에

서는 눈으로 보아 캐비테이션 기포가 발생하는 시점으로 규정한다.

초음파 주파수와 캐비테이션 발생(4)

이하 주파수에 관계없이 캐비테이션을 일으키는 음의 강도는 일정5 -

이상 음의 강도가 점점 커짐10 -

수십 대 실용 주파수대-

이상 매우 커짐100 -

주파수가 높을수록 더 높은 파워 음의 강도 가 요구되는 이유는 주파구가 높을수록( )

기포가 충분히 커질 수 있는 시간적인 여유가 점점 줄어들기 때문이다 실용적으로.

캐비테이션을 효과적으로 이용하려면 수십 대의 것을 사용하는 것이 좋다.

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기포의 수축과 온도 상승(5)

기포가 초음파의 압력을 받아 수축할 때 기포의 내부는 고온 상태가 된다 이론적.

으로 계산하면 수천도 까지 되지만 실제로는 방열 등에 의해 온도 상승이 크지 않

다 그러나 순간적으로는 고열이 발생한다는 것을 알 수 있다. .

기포의 수축과 압력상승(6)

기포가 수축되면 기포 내부의 압력은 상승한다 실제로 이 압력을 측정할 수는 없.

지만 대략 수십 기압에서 수천 기압 정도 일 것으로 추정된다.

마 초음파 세척의 주요 물리적 특성마 초음파 세척의 주요 물리적 특성마 초음파 세척의 주요 물리적 특성마 초음파 세척의 주요 물리적 특성....

온도(1)

물인 경우 온도가 높을수록 캐비테이션 강도가 약해지고 캐비테이션 기포의 수는-

증가한다.

캐비테이션 강도는 용액의 기화점 부근에서는 매우 약해진다- (boiling Point) .

용제 의 경우에는 기화온도보다 도 낮게 사용함 또한 화학적인 안전- (Solvent) 10 .

성 관계에 따라서도 온도 설정이 영향을 받는다.

소음과의 관계 높은 온도에서는 큰 소음이 발생하기 때문데 소음을 줄일 필요- -

가 있을 경우에는 낮은 온도로 사용하는 것이 좋다.

그림 캐비테이션 현상그림 캐비테이션 현상그림 캐비테이션 현상그림 캐비테이션 현상14141414

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용액 속의 용존가스(2)

용액 안에 녹아있는 용존가스는 캐비테이션 강도를 약화시킨다 예를 들면 일반- .

물에는 정도의 산소가 녹아 있는데 이를 까지 제거하면 초음파의8 ppm 0.5 ppm

세기는 약 배까지 강해진다 최근에는 세척의 품질관리 측면에서 특히 중요성이5 .

높아져가고 있다.

용존가스의 제거법(3)

전용탈기 장치 사용 중공사를 이용한 공기제거 장치를 이용하면 빠른 시간 안- :

에 완벽한 탈기를 행할 수 있다.

초음파의 단속적인 조사 특히 초음파를 펄스형으로 동작시키면 탈기효과가 있- ,

다.

용액의 가열 용액을 끊이면 포화용존 가스량이 줄어드는 효과가 있다- : .

세제류의 이용 세제를 이용하면 표면장력이 증가하여 공기와 액체와의 결합이- :

약해진다.

표면장력(4) (Surface Tension)

표면장력이 큰 액체에서는 캐비테이션 강도가 강해진다 그러나 발생하기는 어렵다. .

초음파 주파수(5)

고주파일수록 캐비테이션 강도는 낮아지지만 기포의 크기가 미세해지므로 정밀세척

에 유리하며 소음 레벨이 낮아진다.

초음파 주파수의 입경의 관계 입경 이상에서는- 0.4 28ㆍ

입경 이하에서는 이상0.1 300

그 사이에서는 대를 이용함40~50

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그림 초음파 주파수와 침투력의 관계그림 초음파 주파수와 침투력의 관계그림 초음파 주파수와 침투력의 관계그림 초음파 주파수와 침투력의 관계15151515

바 초음파 세척바 초음파 세척바 초음파 세척바 초음파 세척 각각각각론론론론....

정재파 세척(1) (Standing Wave Problem)

정재파란 파형이 정지하고 있는 것과 같은 에너지 분포를 나타내는 현상ㆍ

단일 주파수방식의 초음파에서는 매 주기 일 때의 약 마다 고1/4 (25 30 mm)ㆍ

저의 음압분포가 형성됨.

정재파 문제를 극복하기 위한 여러 방안ㆍ

피세척물을 세척탱크 내에서 상하 운동시키는 것-

초음파 방사면을 특수하게 제작하는 것-

측면에 진동자를 부가하는 방법-

초음파의 주파수를 높이는 것-

두 개 이상의 초음파를 이용하는 것-

단일 주파수를 연속가변 하는 것- (Sweep)

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그림 정재파 세척그림 정재파 세척그림 정재파 세척그림 정재파 세척16 (Standing16 (Standing16 (Standing16 (Standing WWWWaaaavvvve Probe Probe Probe Problllleeeemmmm))))

다주파 방식(2)

특수 구조의 복합주파수 방식 진동자를 특수하게 사각형태로 하여 모서리에서:ㆍ

생기는 복합 공진을 이용하는 방식으로 현재 가장 널리 사용되고 있으며 가까운 장

래에 표준기종이 될 전망이다.

주파방식 기본 주파수와 차 고조파를 적극적으로 이용하는 방식으로 일본에2 : 1ㆍ

서는 많이 사용하는 방식이지만 호환성 및 파워의 균일성이 모자라 좋은 효과를 얻

지 못하고 있다.

진동자 스위칭방식 종류 이상의 진동자를 장치하여 사용하는 방법 발진기가: 2 .ㆍ

대 이상 필요하다2 .

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그림 다주파 방식그림 다주파 방식그림 다주파 방식그림 다주파 방식17171717

스위프 방식 방식이라고도 한다(3) (Sweep frequency - FfM .)

공진 주파수 부근에서 주파수를 스위프 연속 가변 시켜 정재파의 영향을 분산시키( )

는 방식이다 정밀 세척용으로 많이 사용되고 있다.

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그림 스위그림 스위그림 스위그림 스위프프프프 방식방식방식방식18181818

출력 변동(4)

초음파 세척기는 세정액의 높이나 부하 피세척물 에 따라 출력이 변동하는 문- -

제를 가지고 있다 특히 단주파 방식에서는 매우 변등폭이 커서 무부하 때의.

정도에 불과한 경우도 있다 그림 는 의 투입형 진동20~30 % . 19 NTK 24 300 W

자로 실험한 것으로 수심과 전기 입력의 관계를 보여주고 있다 이 그래프에서 보.

면 수심의 작은 변화에도 출력이 크게 변화한다는 것을 알 수 있으며 약, 30 mm

마다 출력이 주기적으로 변동한다 이 현상은 기본적으로 초음파 진동자의 특성변.

화 임피던스 에 기인하는 것으로 단주파 진동자 특유의 공진 특성에서 비롯된- -

다 즉 진동자는 개의 압전소자와 그 앞뒤를 구성하는 금속 블록의 공진을 이. BLT 2

용하는 것인데 초음파 세척 탱크와 연결되면 탱크 내 용액의 높이가 또 다른 공진,

블록처럼 되어 전체 공진 특성에 영향을 미치게 된다 따라서 수위의 미세한 변화.

가 공진 주파수 및 임피던스에 큰 변화를 일으킨다.

그림 수그림 수그림 수그림 수심심심심과 전기 입력의 관계과 전기 입력의 관계과 전기 입력의 관계과 전기 입력의 관계19191919

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이 현상을 면밀하게 검토하면 진동자의 특성변화는 정재파현상과 매우 밀접한 관계

가 있다는 것을 알 수 있다 즉 세정액이 공진블럭으로써의 역할을 하게 될 때는.

정재파가 형성되기 때문이다 따라서 정재파 현상이 적으면 출력변동도 작아지고.

정재파 현상이 크면 출력변동도 크게 된다 따라서 출력변동을 없애기 위해서는 먼.

저 정재파를 제거해야한다 또한 발진기 회로 내에 진동자의 특성변화를 보상해 줄.

수 있는 정전력 회로를 사웅하면 개선 효과를 볼 수 있다 상대적으로 다주파 및.

고주파 방식에서는 이런 문제가 없다.

사 세제와 오사 세제와 오사 세제와 오사 세제와 오염염염염물질의 종류물질의 종류물질의 종류물질의 종류....

초음파 세척을 적절하게 활용하기 위해서는 다음의 여러 가지 사항에 대해 조사 분

석할 필요가 있다.

오염물질의 종류와 표면에 붙어있는 정도-

피세척물의 표면성질과 형상-

피세척물의 부피와 조작의 편리성-

요구되는 세척의 정도-

초음파에 의해 제거될 오염물질의 종류는 보통 다음 부류 중의 하나가 된다.

가용성 물질①

가용성의 바인더에 의해 결합된 비가용성물질②

기계적 결합이나 이온 결합에 의해 붙어 있는 비가용성 물질③

초음파에 의한 교반과 캐비테이션은 이러한 종류의 오염물질을 모두 제거할 수 있

다 처음의 경우에 세척효과는 세제와 초음파의 화학적 효과에 의해 생기며 번째. , 3

의 경우는 일차적으로 초음파의 기계적 효과에 의해 생긴다.

오염물질의 종류와 표면에 붙어 있는 정도-

피세척물의 표면성질과 형상-

피세척물의 부피와 조작의 편리성-

요구되는 세척의 정도-

가용성 물질(1) (Soluble contaminants)

초음파는 용제와 가용성 물질을 교반 시켜 이러한 종류의 불순물을 제거할 수 있

다.

가용성 바인더에 의해 결합된 비가용성 물질(2) (Non-soluble contaminant held

by a soluble biner)

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초음파의 충격력과 교반작용에 의해 입자를 떨구어 낸다.

비가용성 물질(3) (Non-soluble contaminant)

붙어 있는 물질을 초음파 캐비테이션에 의한 충격파로 제거하여 세척할 수 있다.

세척용액의 선정(4)

적절한 세척용액의 선정은 초음파 세척기에서 차적으로 중요한 요소이다1 .

세제의 선정에 있어서 고려되어야 할 요소들은 용해력 가연성 경제성 환경영향, , , ,

초음파와의 적합성 여부이다.

고품질 초음파 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 조성설계에 대한 기술지원3.3.3.3.

가 조성설계 개요가 조성설계 개요가 조성설계 개요가 조성설계 개요....

BaTiO3 세라믹스에 처음으로 압전성이 개발된 이후 많은 화학적 개량과 응용으로

의 연구가 이루어 졌으나 낮은 상전이 온도 와 압전특성 등(Tc=120 ) (kp=0.354)

의 이유로 그 응용에 많은 제약을 받았다 이후 형 압전세라믹스로. Perovskite

PbTiO3, PbZrO3, PbSnO3, PbHfO3 등 많은 연구가 이루어졌으며 특히 에 의, , Jaffe

해 PbTiO3와 PbZrO3의 고용체에서 정방정계 삼방정계의 상경계- (MPB;

에서 강한 압전성을 가지며 의Morphotropic Phase Boundary) 390 Curie

를 가지는temperature Pb(Zr,Ti)O3 고용체가 발견됨에 따라서 이 Pb(Zr,Ti)O3 세라

믹스를 사용하여 압전 정효과 및 역효과를 이용한 transducer, actuator, filter,

등 압전 세라믹스의 활용에 대한 연구가 광대하게 이루어졌resonator, transformer

으며 에 의해 이 세라믹스에 새로이 화합물을 가해 고용시킨 성분, Smolenski PZT 3

계에 관한 많은 연구가 이루어졌으며 자리에 다른 원자가를 가지는, B

A2+(B1/3

2+B2/3

5+)O3, A

2+(B1/2

2+B1/2

5+)O3, A

2+(B1/2

2+B1/2

6+)O3, A

2+(B2/3

3+B1/3

6+)O3,

A3+(B1/2

2+B1/2

4+)O3, (A1/2

1+A1/2

3+)O3 등의 복합 화합물에 관한 연구가 활Perovskite

발히 이루어졌다 표 에 복합 화합물의 예를 나타내었다. 7 Perovskite .

- 47 -

표표표표 복복복복합 화합물의합 화합물의합 화합물의합 화합물의 예예예예5 pero5 pero5 pero5 perovvvvskiteskiteskiteskite

압전특성 조절 방법으로 주 조성인 Pb(ZrxTiy)O3 이하 로서 여기에 복합 페( PZT) ,

롭스카이트 다성분계로 상업화 되어 있다 첨가하는 첨가제는 크게 종류로서. 3

로 구분할 수 있다softner, harder, stabilizer .

- 48 -

는 주로 으로서 재료의 자리에 가 이온 자리Softner donor doping PZT Pb +3 , Zr, Ti

에 가 이온이 첨가된 경우로서 공공 이 형성되도록 하는 경우이다+S Pb (vacancy) .

에 가 첨가될 경우 하기와 같은 특성 변화가 생긴다PZT donor .

increased dielectric constant①

high dielectric loss②

increased elastic compliance③

low mechanical Q④

high piezoelectric coupling factor⑤

low coercive field, relatively square hysteresis loop⑥

greatly increased electrical volume resistivity⑦

anomalousIy small aging effects⑧

easy nonelastic mechanical deformation⑨

yellow color⑩

easy phototropic darkening⑪

translucency.⑫

에 효과를 내는 첨가제는 원자가와 이온 반경을 고려할 때 표에 열거한PZT donor

원소들을 고려 할수 있다 그러나 표에 나타낸 원소들이 반드시 역할을 하는. donor

것이 아니며 또한 원자가 상태가 여러 가지로 존재하는 경우는 현상이 복잡해지며,

자리 양쪽에 들어가는 경우 나 도 아닌 경우가 있다A, B donor , acceptor .

는 주로 으로서 자리에 가 이온이 치환되거나Hardner acceptor doping Pb +1 Zr, Ti

자리에 가 가 이온이 치환될 경우로서 산소 공공 이 형성된+3 , +2 (Oxygen vacancy)

다 이 경우 하기와 같은 전기적 현상이 일어난다. .

relatively low dielectric constant①

low dielectric loss②

moderately lowered electrical resistivity③

high mechanical Q④

high coercive field⑤

more difficult poling and depoling⑥

relatively dark color⑦

relatively insensitivity to darkening by light⑧

- 49 -

일반적으로 세라믹스는 상경계영역 에서 가장높은 유전율과 전기기계 결PZT (MPB)

합계수를 가지며 상경계영역에서는 두 상이 공전하므로 분극과정에서 쌍극자가 재,

배열할 수 있는 결정학적 방향이 많아 분역 의 재배열이 용이하므로 강한(domain)

압전효과를 나타낸다 또한 초음파 세척기는 와. high mechanical Q high

그리고 높은 를 요구하기 때문에 이러한 점을 고piezoelectric coupling factor, Tc

려하여 조성을 설계하였다 따라서 본 개발지원에서는 기포실험을 통해서 확보한.

결과를 기초로 해서 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + Pb(ZrxTi1-x)O3 시스템과(PCMN-PZT)

Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 + Pb(ZrxTi1-x)O3 시스템의 조성개발을 통해서 기술지(PSN-PZT)

원을 진행하였다 또한 이러한 조성 등의 최적의 공정을 확보하기 위해서 여러 소.

결온도 소결시간에서 제작하였으며 각각에 대해서 첨가제를 첨가하여 미세조직과, ,

특성을 파악하였다.

나 실험 방법나 실험 방법나 실험 방법나 실험 방법....

본 과제에서 진행한 기본적인 실험방법은 일반적인 새라믹 재조공정으로 진행하였

다.

PbO (Aldrich, 99.9%), Nb2O5 고순도 화학(Aldrich, 99.9%), MnO ( , 99.9%), ZrO2

(Aldrich, 99%), TiO2 고순도 화학( , 99.9%), CaCO3 이며 전자(Aldrich, 99.9%), ,

저울을 사용하여 원료분말을 의 오차범위에서 정밀하게 평량하였다 평량±0.1 mg .

한 분말의 혼합은 에서 지르코니아 볼을 사용하여 습식으로 시간 하였HDPE jar 36

다 혼합된 시료는 에서 건조한 후 에서 시간 하소하였다 하. 100-150 , 850 2 .

소분말은 지르코니아 볼을 사용하여 습식으로 시간을 분쇄하였다 충분히 건조48 .

시킨 후 이를 일축 성형하여 시편을 만들었다 성형시편들은 여러 온도에서 소결하.

였으며 소결된 시편은 로 전극 처리하였으며 처리된 시편은 의, siIver paste , 120

실리콘 절연유 내에서 의 직류 전류계를 분 인가하어 분극처리 하였2.5 kV/mm 15

다 소결시편의 상 합성과 결정구조 등은 로. XRD(Mac Science KFX-987228-SE)

분석하였으며 시편의 미세구조는 주사전자 현미경 과 광학, (SEM- Topcon SM-300)

현미경 으로 분석하였다(Olympus SZ-60) .

다 조성개발내용다 조성개발내용다 조성개발내용다 조성개발내용

먼저 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + Pb(ZrxTi1-x)O3 시스템을 기본조성으로(PCMN-PZT)

하여 첨가량에 따른 압전특성의 변화를 조사하였으며 그 실험 결과를Zr/(Zr+Ti) ,

다음과 같이 요약하여 정리하였다.

그림 과 그림 은 서 시간 소결한20 21 1200 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92

Pb(ZrxTi1-x)O3 조성에서의(x, Zr/(Ti+Zr)=0.505, 0515, 0.525, 0.535, 0.545)

첨가량에 따른 유전상수와 를 나타내었다 가 증Zr/(Ti+Zr) Capacitance . Zr/(Ti+Zr)

가함에 따라 유전상수와 가 감소하였으며 결정구조의 변화와 밀접한Capacitance ,

관계가 있는 것을 보인다.

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그림그림그림그림 20202020 DDDDieieieiellllectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (εεεεrrrr) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92

Pb(Pb(Pb(Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a) x=x=x=x=0.505, (b)0.505, (b)0.505, (b)0.505, (b) x=x=x=x=0.515, (c)0.515, (c)0.515, (c)0.515, (c)

x=x=x=x=0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d) x=x=x=x=0.5350.5350.5350.535

그림그림그림그림 21 Capacitance of 0.08 Pb(Ca21 Capacitance of 0.08 Pb(Ca21 Capacitance of 0.08 Pb(Ca21 Capacitance of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333

sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a) x=x=x=x=0.505, (b)0.505, (b)0.505, (b)0.505, (b) x=x=x=x=0.515, (c)0.515, (c)0.515, (c)0.515, (c) x=x=x=x=0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d)

x=x=x=x=0.5350.5350.5350.535

그림 와 그림 은 에서 시간 소결한22 23 1200 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 +

0.92 Pb(ZrxTi1-x)O3 조성에서의(x, Zr/(Ti+Zr)=0.505, 0515, 0.525, 0.535, 0.545)

첨가량에 따른 압전전하상수Zr/(Ti+Zr) (d33 압전전하상수), (g33 을 나다낸 것이다) .

- 51 -

압전전하상수(d33 는 가 증가함에 따라 전반적으로 감소하는 경향을 보이) Zr/(Ti+Zr)

고 있으며 압전전하상수 (g33 는 반대로 증가하는 경향을 보이고 있다 압전전하상) .

수는 전기기계결합계수(kp 와 유전상수에 의해 주로 결정되어지는데 그림에서 나타) ,

낸 에 따른 유전상수의 변화와 유사한 형태를 보여주고 있다Zr/(Ti+Zr) .

그림그림그림그림 22 Pie22 Pie22 Pie22 Piezzzzoeoeoeoellllectric constant (dectric constant (dectric constant (dectric constant (d33333333) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92


x=x=x=x=0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d) x=x=x=x=0.5350.5350.5350.535

그림그림그림그림 23 Pie23 Pie23 Pie23 Piezzzzoeoeoeoellllectric constant (dectric constant (dectric constant (dectric constant (d33333333) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92


x=x=x=x=0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d) x=x=x=x=0.5350.5350.5350.535

- 52 -

그림 는 에서 시간 소결한24 1200 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92

Pb(ZrxTi1-x)O3 조성에서의 비에 따른 기계적 품질계수Zr/(Ti+Zr) (Qm 를 나타낸 것이)

다 기계적 품질계수. (Qm 는 비가 증가함에 따라 증가하는 하였고 조) Zr/(Ti+Zr) , 0545

성에서 정도의 최대값을 나타내었다1400 .

그림그림그림그림 24 Mechanica24 Mechanica24 Mechanica24 Mechanical ql ql ql quauauauallllitititityyyy factor (factor (factor (factor (QQQQmmmm) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92


x=x=x=x=0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d) x=x=x=x=0.5350.5350.5350.535

그림 은 에서 시간 소결한25 1200 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92

Pb(ZrxTi1-x)O3 조성에서의(x, Zr/(Ti+Zr)=0.505, 0515, 0.525, 0.535, 0.545)

첨가량에 따른 전기기계결합계수Zr/(Ti+Zr) (kp 를 나타낸 것이다 전기기계결합계수) .

는 비가 조성영역에서 우수한 전기기계결합계수특성을 나타낸 것은Zr/(Ti+Zr) 0.525

분극 가능한 축이 공존하는 상경계 영역에서 분극특성이 향상됨에 따라 나타난 것

으로 보인다.

- 53 -

그림그림그림그림 25 E25 E25 E25 Ellllectroectroectroectrommmmechanicaechanicaechanicaechanicallll CoupCoupCoupCouplllling factor (ing factor (ing factor (ing factor (KKKKpppp) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++

0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a) x=x=x=x=0.505, (b)0.505, (b)0.505, (b)0.505, (b) x=x=x=x=0.515, (c)0.515, (c)0.515, (c)0.515, (c)

x=x=x=x=0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d)0.525, (d) x=x=x=x=0.5350.5350.5350.535

표 조성변화에 따른표 조성변화에 따른표 조성변화에 따른표 조성변화에 따른 압압압압전특성전특성전특성전특성6666 ZZZZrrrr////((((TTTTiiii+Z+Z+Z+Zr)r)r)r)


Pb(Zr0.525Ti0.475)O3 조성에서의 주사전자 현미경 사진이며 그림에 나타낸 바(SEM) ,

와 같이 전체적으로 평균 입경이 정도로 일정한 결정립을 나타내었으며2 - 3 ,

입도분포도 일정하게 나타난 것을 알 수 있다.

- 54 -

배율배율배율배율(a) 2k(a) 2k(a) 2k(a) 2k 배율배율배율배율(b) 3k(b) 3k(b) 3k(b) 3k

배율배율배율배율(c) 5k(c) 5k(c) 5k(c) 5k

그림그림그림그림 26 SEM26 SEM26 SEM26 SEM mmmmicrographs of 0.08 Pb(Caicrographs of 0.08 Pb(Caicrographs of 0.08 Pb(Caicrographs of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333

sintered at 1200 for 2 hrssintered at 1200 for 2 hrssintered at 1200 for 2 hrssintered at 1200 for 2 hrs

지금까지의 결과를 기초로 해서 가장 우수한 특성을 나타낸 0.08

Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92 Pb(Zr0.535Ti0.465)O3 기본조성으로 하여 를Mn Source

변화시켜 가며 압전특성을 조사하였으며 그 실험 결과를 다음과 같이 요약하여 정,

리하였다 이때 사용한 는. Mn Source MnO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4 가지로 하였다4 .

그림 은 에서 시간 소결한27 1200 2 0.08 Pb((Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 +

0.92Pb(Zr0.535Ti0.465)O3 기본조성 조성에서 변화에 따른 선 회절 결Mn Source X-

과를 나타내었다 그림에서 보는바와 같이 전체조성에서 잘 합성된 것을 확인하였.

으며 기본 회절선 이 순차적으로 이동하기 때문에 잘 고용, (fundamental reflection)

되어 있음을 알 수 있다.

- 55 -

그림그림그림그림 27272727 XXXX-ra-ra-ra-rayyyy diffraction patterns of 0.08 Pb(Cadiffraction patterns of 0.08 Pb(Cadiffraction patterns of 0.08 Pb(Cadiffraction patterns of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92

Pb(Pb(Pb(Pb(ZZZZrrrr0.5350.5350.5350.535TTTTiiii0.4650.4650.4650.465))))OOOO3333 sintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) MnOOOO, (b) Mn, (b) Mn, (b) Mn, (b) MnOOOO 2222, (c) Mn, (c) Mn, (c) Mn, (c) Mn2222OOOO3333,,,,

(d) Mn(d) Mn(d) Mn(d) Mn3333OOOO4444

그림 과 그림 는 에서 시간 소결한28 29 1200 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 +

0.92 Pb(Zr0.535Ti0.465)O3 기본조성 조성에서의 변화에 따른 유전상수와Mn Source

를 나타내었다Capacitance . MnO2 첨가 조성에서 정도의 최대 유전상수를 나타600

내었다.

그림그림그림그림 28282828 DDDDieieieiellllectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (εεεεrrrr) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92



- 56 -

그림그림그림그림 29 Capacitance of 0.08 Pb(Ca29 Capacitance of 0.08 Pb(Ca29 Capacitance of 0.08 Pb(Ca29 Capacitance of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrr0.5350.5350.5350.535TTTTiiii0.4650.4650.4650.465))))OOOO3333

sintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) MnOOOO, (b) Mn, (b) Mn, (b) Mn, (b) MnOOOO 2222, (c) Mn, (c) Mn, (c) Mn, (c) Mn2222OOOO3333, (d) Mn, (d) Mn, (d) Mn, (d) Mn3333OOOO4444

그림 과 그림 은 에서 시간 소결한30 31 1200 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 +

0.92 Pb(Zr0.535Ti0.465)O3 기본조성 조성에서의 변화에 마른 압전전하상Mn Source

수(d33 압전전하상수), (g33 을 나타낸 것이다 압전전하상수) . (d33 는) Mn3O4 첨가조성

에서 의 최대값을 나타내었으며 압전전하상수161 , (g33 의 높은 값을 나타내었)F 35

다.

그림그림그림그림 30 Pie30 Pie30 Pie30 Piezzzzoeoeoeoellllectric constant(dectric constant(dectric constant(dectric constant(d33333333) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92



- 57 -

그림그림그림그림 31 Pie31 Pie31 Pie31 Piezzzzoeoeoeoellllectric constant(dectric constant(dectric constant(dectric constant(d33333333) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92



그림 와 그림 은 에서 시간 소결한32 33 12001200 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3

+ 0.92 Pb(Zr0.535Ti0.465)O3 기본조성 조성에서의 변화에 따른 기계적 품Mn Source

질계수(Qm 외 전기기계결합계수) (kp 를 나타낸 것이다 전기기계결합계수는) . Mn3O4

첨가조성에서 급격히 증가하는 경향을 나타내었다.

그림그림그림그림 32 Mechanica32 Mechanica32 Mechanica32 Mechanical ql ql ql quauauauallllitititityyyy factor (factor (factor (factor (QQQQmmmm) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92



- 58 -

그림그림그림그림 33 E33 E33 E33 Ellllectroectroectroectrommmmechanicaechanicaechanicaechanicallll CoupCoupCoupCouplllling factor (ing factor (ing factor (ing factor (KKKKpppp) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++

0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrr0.5350.5350.5350.535TTTTiiii0.4650.4650.4650.465))))OOOO3333 sintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) Mnsintered at 1200 for 2 hrs (a) MnOOOO, (b) Mn, (b) Mn, (b) Mn, (b) MnOOOO 2222, (c), (c), (c), (c)

MnMnMnMn2222OOOO3333, (d) Mn, (d) Mn, (d) Mn, (d) Mn3333OOOO4444

표 변화에 따른표 변화에 따른표 변화에 따른표 변화에 따른 압압압압전특성전특성전특성전특성7 Mn Source7 Mn Source7 Mn Source7 Mn Source

지금까지의 실험을 토대로 추가실험을 진행하였다 이에 조성은.

Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + Pb(ZrxTi1-x)O3 시스템을 기(r=0.475,0.485,0.495,0.505)

본조성으로 하여 첨가량에 따른 압전특성의 변화를 조사하였으며 그 실Zr/(Zr+Ti) ,

험 결과를 다음과 같이 요약하여 정리하였다.

- 59 -

(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)

(c)(c)(c)(c) (d)(d)(d)(d)

(e)(e)(e)(e) (f)(f)(f)(f)

그림그림그림그림 34 0.08 Pb(Ca34 0.08 Pb(Ca34 0.08 Pb(Ca34 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 sintered at 1200sintered at 1200sintered at 1200sintered at 1200

for 2 hrs (a)for 2 hrs (a)for 2 hrs (a)for 2 hrs (a) DDDDieieieiellllectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (εεεεrrrr), (b) Capacitance, (c) Pie), (b) Capacitance, (c) Pie), (b) Capacitance, (c) Pie), (b) Capacitance, (c) Piezzzzoeoeoeoellllectricectricectricectric

constant(dconstant(dconstant(dconstant(d33333333), (d) Pie), (d) Pie), (d) Pie), (d) Piezzzzoeoeoeoellllectric constant(gectric constant(gectric constant(gectric constant(g33333333)(e) Mechanica)(e) Mechanica)(e) Mechanica)(e) Mechanical ql ql ql quauauauallllitititityyyy factor (factor (factor (factor (QQQQmmmm),),),),

(f) E(f) E(f) E(f) Ellllectroectroectroectrommmmechanicaechanicaechanicaechanicallll CoupCoupCoupCouplllling factor (ing factor (ing factor (ing factor (KKKKpppp))))

- 60 -

표표표표 8 Pb(Ca8 Pb(Ca8 Pb(Ca8 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 의의의의 압압압압전특성전특성전특성전특성ssssyyyystestestestemmmm

지금까지의 실험결과를 기본으로 해서 가장 우수한 특성을 나타낸 Mn3O4 사용하여

첨가량 변화를 크게 하여 실험하였으며 그 기본식은 다음과 같다Zr/(Zr+Ti) , .

기본식 : 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92 Pb(ZrxTi1-x)O3 ( x=0.485, 0.497,

0.505, 0.515, 0.525, 0.535, 0.545 )

이 조성에서 첨가량과 소결온도에 따른 압전특성의 변화를 조사하였으Zr/(Zr+Ti)

며 그 실험 결과를 다음과 같이 요약하여 정리하였다, .


Pb(ZrxTi1-x)O3 조성에서의(x=0.485, 0.495, 0.505, 0.515, 0.525, 0.535, 0.545 )

첨가량에 따른 선 회절 결과를 나타내었다 전체 조성에서 첨가량이Zr/(Ti+Zr) X- .

증가함에 따라 기본 회전선 이 순차적으로 이동하기(110) (Fundamental reflection)

때문에 변화량에 관계없이 전체조성에서 잘 고용되어 있음을 알 수 있Zr/(Ti+Zr)

다 삼방정 구조와 정방정 구조를 나타내는 선 회절. (rhombohedral) (tetragonal) X

가peak 20=45부근에서 존재하며 정방정 구조는 과 면이 공존하며 삼, (200) (002) ,

방정 구조는 면만 존재하는데 이들 회절 에 의하여 상경계 지점을 판단(200) , peak

할 수 있다.

본 실험결과를 보면 가 증가함에 따라 정방정 구조에서 삼방정Zr/(Ti+Zr) (tetragonal)

구조로 전이되는 것을 알 수 있으며 조성부근에서 상경계(rhombohedral) , 0.515

조성임을 알 수 있다 또한 특성에 영향을 미치는(Morphotropic Phase Boundary) .

것으로 알려져 있는 차 상인2 pyrochlore(2 =28θ 부근에서 관찰 상은 전체조성에서)

관찰되지 않았다.

- 61 -

그림그림그림그림 35353535 XXXX-ra-ra-ra-rayyyy diffraction patterns of 0.08 Pb(Cadiffraction patterns of 0.08 Pb(Cadiffraction patterns of 0.08 Pb(Cadiffraction patterns of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.920.920.920.92


x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.525, (f)0.525, (f)0.525, (f)0.525, (f) x=x=x=x=0.535, (g)0.535, (g)0.535, (g)0.535, (g) x=x=x=x=0.5450.5450.5450.545

그림 은36 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92 Pb(ZrxTi1-x)O3 (x=0.485, 0.495,

조성에서의 첨가량과 소결온도에0.505, 0.515, 0.525, 0.535, 0.545 ) Zr/(Ti+Zr)

따른 유전상수를 나타내있다 에서 소결한 시편의 경우 가 증가함. 1200 Zr/(Ti+Zr)

에 따라 유전상수가 증가하였으며 조성이상에서는 오히려 감소하는 경향을, 0.505

나타내고 있다 에서 소결한 시편에서 전체조성에서 가장 놓은. 1200 Zr/(Ti+Zr)

특성을 나타내었다 유전상수가 과 소결온도에 따라 차이가 있는 것은 결. Zr/(Ti+Zr)

정구조에서 볼 수 있듯이 유전특성이 최대가 되는 상경계(Morphotropic Phase

영역의 차이에서 나타나는 결과로 보여진다Boundary) .

- 62 -

그림그림그림그림 36363636 DDDDieieieiellllectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (εεεεrrrr) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.92- 0.92- 0.92- 0.92

Pb(Pb(Pb(Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333

그림 은37 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 - 0.92 Pb(ZrxTi1-x)O3 ( x=0485, 0.495,

조성에서의 첨가량과 소결온도에 따0.505, 0.515, 0.525, 0535, 0.545) Zr/(Ti+Zr)

른 기계적 품질계수(Qm 을 나타낸 것이다) .

기계적 품질계수(Qm 는 소결온도가 증가함에 급격히 증가하는 영역을 보여주고 있)

으며 전반적으로 에서 정도의 값을 나타내었다, 400 1800 .

이것은 이 로 작용하기 때문에 나타나는 결과이다 는 주로Mn acceptor . Hardner

으로서 자리에 가 이온이 치환되거나 자리에 가acceptor doping Pb +1 Zr, Ti +3 ,

가 이온이 치환될 경우로서 산소 공공 이 형성된다+2 (Oxygen vacancy)

이것은 첨가에 의하여 전하 보상을 위하여 생성된 산소 공공 가 도메Mn (vacancy)

인벽 의 이동을 억제하기 때문에(Domain wall) Qm값이 증가하는 것으로 보여 진다.

- 63 -

그림그림그림그림 38 Mechanica38 Mechanica38 Mechanica38 Mechanical ql ql ql quauauauallllitititityyyy factor (factor (factor (factor (QQQQmmmm) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.92- 0.92- 0.92- 0.92

Pb(Pb(Pb(Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333

그림 은38 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 - 0.92 Pb(ZrxTi1-x)O3 ( x=0485, 0.495,

조성에서의 첨가량과 소결온도에 따0.505, 0.515, 0.525, 0535, 0.545) Zr/(Ti+Zr)

른 전기기계결합계수(kp 를 나타낸 것이다 첨가량이 조성에서 최대) . Zr/(Ti+Zr) 0.515

값을 나타내었으며 이것은 분극 가능한 축이 공존하는 상경계 영역에서 분극특성,

이 향상되기 때문으로 보인다 즉 상경계 영역에 근접함에 따라 정방정. (tetragonal)

구조에서는 분극가능한 축방향이 개이고 삼방정 구조에서는 분극6 (rhombohedral)

가능한 축방향이 개이므로 두 구조가 공존하는 상경계영역에서는 분극가능한 축8

방향이 개가 되기 때문이다14

그림그림그림그림 33 E33 E33 E33 Ellllectroectroectroectrommmmechanicaechanicaechanicaechanicallll CoupCoupCoupCouplllling factor (ing factor (ing factor (ing factor (KKKKpppp) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca) of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ----

0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333

- 64 -

표표표표 9 Pb(Ca9 Pb(Ca9 Pb(Ca9 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 압압압압전특성전특성전특성전특성ssssyyyystestestestemmmm

고품질 초음파 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 조성설계에 대한 기술지원고품질 초음파 조성설계에 대한 기술지원4.4.4.4.

본 기술지원에서는 고품질의 초음파 진동자를 개발하기 위해서 새로운 조성 시스템

을 설계하여 제작하였다. 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt%

MnCO3 시스템을 기본조성으로 하여 첨가량에 따른 압(PSN-PZT+Mn) Zr/(Zr+Ti)

전특성의 변화를 조사하였으며 그 실험 결과를 다음과 같이 요약하여 정리하였다, .

그림 는39 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt% MnCO3 (x,

조성이서의 첨가량과 소결Zr/(Ti+Zr)=0.485, 0.495, 505, 515, 0.525) Zr/(Ti+Zr)

온도에 따른 밀도를 나타내었다 의 전체범위에서 에서. Zr/(Ti+Zr) 0.78 g/ 0.83 g/

의 높은 밀도를 나타내었다.

- 65 -

그림그림그림그림 39393939 DDDDensitensitensitensityyyy of 0.04 Pb(Sbof 0.04 Pb(Sbof 0.04 Pb(Sbof 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%%

MnCMnCMnCMnCOOOO3333

그림 은40, 41 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt% MnCO3

조성에서의 첨가량과 소(x, Zr/(Ti+Zr)=0.485, 0.495, 505, 515, 0.525) Zr/(Ti+Zr)

결온도에 따른 유전상수와 를 나타내었다 가 증가함에 따라Capacitance . Zr/(Ti+Zr)

유전상수와 가 증가하였다가 조성 이상에서 감소하였으며 전체Capacitance 0.505 ,

소결온도 영역에서 같은 경향을 보여 주고 있다 소결온도가 증가함에 따라 유전상.

수가 전체적으로 증가하였으며 에서 소결한 시편에서 전체조성, 1200 Zr/(Ti+Zr)

에서 가장 놓은 특성을 나타내었다.

그림그림그림그림 40404040 DDDDieieieiellllectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (εεεεrrrr) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333

++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

- 66 -

그림그림그림그림 41 Capacitance of 0.04 Pb(Sb41 Capacitance of 0.04 Pb(Sb41 Capacitance of 0.04 Pb(Sb41 Capacitance of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%%

MnCMnCMnCMnCOOOO3333

그림 은42, 43 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt% MnCO3

조성에서의 첨가량과 소(x, Zr/(Ti+Zr)=0.485, 0.495, 505, 515, 0.525) Zr/(Ti+Zr)

결온도에 따른 압전전하상수(d33 압전전하상수). (g33 을 나타낸 것이다 압전전하상) .

수(d33 는 비가 조성에서 최대값을 최대값을 나타내었다가 그 이상) Zr/(Ti+Zr) 0.505

조성에서 다시 완만하게 감소하는 경향을 보이고 있으며 각 소결온도에서의 압전전

하상수는 에서 정도의 값을 나타내었다280 300 .

압전상수(d33 는 전기기계결합계수) (kp 와 유전상수에 의해 주로 결정되어지는데 그) ,

림에 나타난 비에 따른 유전상수와 전기기계결합계수Zr/(Ti+Zr) (kp 의 변화와 유사)

한 형태를 보여주고 있으며 이것은 이방성 증가에 따른 분극 값의 증대와 상경계,

영역에서의 결정구조 변화등의 복합적인 효과에 위해서 나타난 결과로 생각된다.

압전전하상수 (g33 는 비가 증가함에 따라 완만하게 증가하는 경향을 나타) Zr/(Ti+Zr)

내고 있다.

- 67 -

그림그림그림그림 42 Pie42 Pie42 Pie42 Piezzzzoeoeoeoellllectric constant(dectric constant(dectric constant(dectric constant(d33333333) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96- 0.96- 0.96- 0.96

Pb(Pb(Pb(Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

그림그림그림그림 43 Pie43 Pie43 Pie43 Piezzzzoeoeoeoellllectric constant(gectric constant(gectric constant(gectric constant(g33333333) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96- 0.96- 0.96- 0.96


그림 은44 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt% MnCO3 (x,

조성에서의 첨가량과 소결Zr/(Ti+Zr)=0.485, 0.495, 505, 515, 0.525) Zr/(Ti+Zr)

온도에 따른 품질계수(Qm 를 나타낸 것이다 에서 시간 소결한 조성에서) . 1250 2

의 최대값을 나타내었다1942 .

- 68 -

그림그림그림그림 44 Mechanica44 Mechanica44 Mechanica44 Mechanical ql ql ql quauauauallllitititityyyy factor (factor (factor (factor (QQQQmmmm) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96- 0.96- 0.96- 0.96


그림 는45 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt% MnCO3 조성

에서의 첨가량과 소결온도에 따른 전기기계결합계수Zr/(Ti+Zr) (kp 를 나타낸 것이)

다 전기기계결합계수는 조성까지 급격히 증가하였다가 그 이상 조성에서 완. 0.505

만하게 감소하는 경향을 나타내고 있다 전기기계결합계수의 최대 값은 이며. 0.695 ,

그림의 유전상수의 변화와 일치함을 알 수 있다.

그림그림그림그림 45 E45 E45 E45 Ellllectroectroectroectrommmmechanicaechanicaechanicaechanicallll CoupCoupCoupCouplllling factor (ing factor (ing factor (ing factor (KKKKpppp) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ----

0.96 Pb(0.96 Pb(0.96 Pb(0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

- 69 -

표표표표 10 Pb(Ca10 Pb(Ca10 Pb(Ca10 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 압압압압전특성전특성전특성전특성ssssyyyystestestestemmmm

지금까지의 실험결과를 토대로 가장 우수한 특성을 나타낸 0.04 Pb (Sb1/2 Nb1/2)

O3 + 0.96 Pb (Zr0.510 Ti0.490) O3 조성을 기본조성으로 하고 MnCO3 첨가량을 변화

하어 실험을 진행하였다.

0.04 Pb (Sb1/2 Nb1/2) O3 + 0.96 Pb (Zr0.510 Ti0.490) O3 + x wt% MnCO3 (X=0,

시스템을 기본조성으로 하여0.25, 05, 0.75, 1.0 wt%) MnCO3 첨가량에 따른 압

전특성의 변화를 조사하였으며 그 실험 결과를 다음과 같이 요약하여 정리하였다, .

그림 은46 0.04 Pb (Sb1/2 Nb1/2) O3 + 0.96 Pb (Zr0.510 Ti0.490) O3 + x wt%

MnCO3 조성에서의(x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 wt%) MnCO3 첨가량과 소결온도에

따른 유전상수를 나타내었다. MnCO3 첨가량이 증가함에 따라 유전상수는 감소하였

다가 조성이상에서 증가하는 경향을 나라내고 있다 소결온도가 증가함0.25 wt% .

에 따라 유전상수가 전체적으로 증가하였다.

- 70 -

그림그림그림그림 46464646 DDDDieieieiellllectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (ectric Constant (εεεεrrrr) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510

TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333


MnCO3 조성에서의(x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 wt%) MnCO3 첨가량과 소결온도에

따른 압전전하상수(d33 는) MnCO3첨가량이 인 조성에서 최소값을 나타내었다0.25

가 그 이상 조성에서 다시 완만하게 증가하는 경향을 보이고 있다.

압전전하상수(d33 는 전기기계결합계수) (kp 와 유전상수에 의해 주로 결정되어지는데) ,

그림에 나타난 MnCO3 첨가량에 따른 유전상수와 전기기계결합계수(kp 의 변화와)

유사한 형태를 보여주고 있다.

- 71 -

그림그림그림그림 47 Pie47 Pie47 Pie47 Piezzzzoeoeoeoellllectric constant (dectric constant (dectric constant (dectric constant (d33333333) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb0.96 Pb0.96 Pb0.96 Pb

((((ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333


MnCO3 조성에서의 MnCO3 첨가량과 소결온도에 따른 기계적 품질계수(Qm 를 나타)

낸 것이다 기계적 품질계수. (Qm 는) MnCO3 첨가량이 증가함에 따라 증가하는 경향

을 보이고 있다 이것은. MnCO3 첨가에 의하여 전하 보상을 위하여 생성된 산소 공

공 가 도메인벽 의 이동을 억제하기 때문에(vacancy) (Domain wall) Qm값이 증가하는

것으로 보여 진다.

그림그림그림그림 48 Mechanica48 Mechanica48 Mechanica48 Mechanical ql ql ql quauauauallllitititityyyy factor (factor (factor (factor (QQQQmmmm) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb0.96 Pb0.96 Pb0.96 Pb

((((ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

- 72 -


MnCO3 조성에서의 MnCO3 첨가량과 소결온도에 따른 전기기계결합계수(kp 를 나타)

낸 것이다 전기기계결합계수는. MnCO3 첨가량이 조성에서 급격히 감소0.25 wt%

하였다가 그 이상 조성에서 증가하는 경향을 나타내고 있다.

그림그림그림그림 49 E49 E49 E49 Ellllectroectroectroectrommmmechanicaechanicaechanicaechanicallll CoupCoupCoupCouplllling factor (ing factor (ing factor (ing factor (KKKKpppp) of 0.04 Pb (Sb) of 0.04 Pb (Sb) of 0.04 Pb (Sb) of 0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++

0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

- 73 -

표표표표 11 0.04 Pb (Sb11 0.04 Pb (Sb11 0.04 Pb (Sb11 0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 의의의의

압압압압전특성전특성전특성전특성

균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원5.5.5.5.

균질한 혼합을 위한 원료배합에 대한 기술지원을 하기 위해서 평량한 분말의 혼합

은 에서 지르코니아 볼을 사용하여 습식으로 시간 하였다 혼합된 시료HDPE jar 36 .

는 에서 건조한 후 에서 시간 하소하였다 하소분말은 지르코100~150 , 850 2 .

니아 볼을 사용하여 습식으로 시간을 분쇄하였으며 그 결과는 다음과 같다48 .

그림 은 에서 시간 하소한850 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92

Pb(Zr0.525Ti0.475)O3 조성에서의 선 회절 결과를 나타내었다 하소한 분말의 선X- . X-

회절 결과는 일반적인 패턴을 보여주고 있음을 알 수 있다.

- 74 -

그림그림그림그림 50505050 XXXX-ra-ra-ra-rayyyy diffraction patterns of 0.08Pb(Cadiffraction patterns of 0.08Pb(Cadiffraction patterns of 0.08Pb(Cadiffraction patterns of 0.08Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333

++++0.92Pb(0.92Pb(0.92Pb(0.92Pb(ZZZZrrrr0.5250.5250.5250.525TTTTiiii0.4750.4750.4750.475))))OOOO3333 cacacacallllcined at 850 for 2 hrscined at 850 for 2 hrscined at 850 for 2 hrscined at 850 for 2 hrs

그림 은 에서 시간 소결한51 1150 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3

+0.92Pb(Zr0.525Ti0.475)O3 조성에서의 선 회절 결과를 나타내었다 그림에서 보는X- .

바와 같이 기본 회절선 이 순차적으로 이동하기 때문(110) (Fundamental reflection)

에 잘 고용 되어 있음을 알 수 있다 또한 특성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있.

는 차 상인2 pyrochlore(2 =28θ부근에서 관찰 상은 전체조성에서 관찰되지 않았)

다 따라서 이리한 공정조건에서 균질한 혼합을 어한 윈료배합이 잘 이루어지는 것.

을 확인하였다.

- 75 -

그림그림그림그림 51515151 XXXX-ra-ra-ra-rayyyy diffraction patterns of 0.08Pb(Cadiffraction patterns of 0.08Pb(Cadiffraction patterns of 0.08Pb(Cadiffraction patterns of 0.08Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333

++++0.92Pb(0.92Pb(0.92Pb(0.92Pb(ZZZZrrrr0.5250.5250.5250.525TTTTiiii0.4750.4750.4750.475))))OOOO3333 sintered at 1150 for 2 hrssintered at 1150 for 2 hrssintered at 1150 for 2 hrssintered at 1150 for 2 hrs

그림 은 에서 시간 소결한52 1150 2 0.04 Pb(Sb 1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3

+ 0.5 wt% MnCO3 조성에서의 선 회절(x=0.485, 0.495, 0.505, 0.515, 0.525) X-

결과를 나타내었다 그림에서 보는바와 같이 기본 회절선. (110) (Fundamental

이 순차적으로 이동하기 때문에 잘 고용 되어 있음을 알 수 있다reflection) . 1150

에서 시간 소결한 조성에서도 이차상이 없는 페로브스카이트 상을 합성할 수 있2

었으며 첨가량이 증가함에 따라 삼방정 구조와 정방정Zr/(Ti+Zr) (rhombohedral)

구조의 공존 범위가 달라지는 것을 알 수 있으며 과 면의(tetragonal) , (200) (002)

분리된 회절선이 더 약하게 나타나는 것으로 보아 삼방정 구조로 상전이가 일어나

는 것을 알 수 있다 이러한 결과는 소결온도가 결정 구조의 변화에 영향을 받는.

유전상수 등의 압전 특성에 영향을 미칠 것을 의미한다 또한 특성에 영향을 미치.

는 것으로 알려져 있는 차 상인2 pyrochlore(2 =28θ 부근에서 관찰 상은 전체조성)

에서 관찰되지 않았다 따라서 이러한 공정조건에서 균질한 혼합을 위한 원료배합.

이 잘 이루어지는 것을 확인하였다.

- 76 -

그림그림그림그림 52525252 XXXX-ra-ra-ra-rayyyy diffraction patterns of 0.04 Pb(Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb(Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb(Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96- 0.96- 0.96- 0.96

Pb(Pb(Pb(Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1150 for 2 hrs (a)sintered at 1150 for 2 hrs (a)sintered at 1150 for 2 hrs (a)sintered at 1150 for 2 hrs (a) x=x=x=x=0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b)

x=x=x=x=0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c) x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.5250.5250.5250.525

그림 과 그림 는 와 에서 시간 소결한53 54 1200 1250 2 0.04

Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt% MnCO3 (x=0.485, 0.495,

조성에서의 선 회절 결과를 나타내었다 그림에서 보는바와0.505, 0.515, 0.525) X- .

같이 의 결과와 마찬가지로 기본 회절선 이1150 (110) (Fundamental reflection)

순차적으로 이동하기 때문에 잘 고용 되어 있음을 알 수 있으며 첨가량, Zr/(Ti+Zr)

이 증가함에 따라 삼방정 구조와 정방정 구조의 공존(rhombohedral) (tetragonal)

범위가 달라지는 것을 알 수 있으며 과 면의 분리된 회절선이 더 약하, (200) (002)

게 나타나는 것으로 보아 삼방정 구조로 상전이가 일어나는 것을 알 수 있다 따라.

서 전체소결온도에서 균질한 혼합을 위한 원료배합이 잘 이루어지는 것을 확인하였

다.

- 77 -







그림 와 그림 은 각각 에서 시간과 시간 소결한55 56 1250 2 4 0.04

Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(Zr0.510Ti0.490)O3 + x wt% MnCO3 조성에서의 선 회X-

절 결과를 나타내었다 마찬가지로 차 상에 의한 은 관찰되지 않았으며 전체. 2 peak ,

조성에서 잘 고용 되어 있음을 알 수 있다.

- 78 -

MnCO3 첨가량이 증가함에 따라 삼방정 구조와 정방정(rhombohedral)

구조의 공존 범위가 달라지는 것을 알 수 있으며 과 면의(tetragonal) , (200) (002)

분리된 회절선이 더 강하게 나타나는 것으로 보아 정방정 구조로 상전이가 일어나

는 것을 알 수 있다 따라서 이러한 공정조건에서 균질한 혼합을 위한 원료배합이.

잘 이루어지는 것을 확인하였다.

그림그림그림그림 55555555 XXXX-ra-ra-ra-rayyyy diffraction patterns of 0.04 Pb (Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb (Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb (Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb0.96 Pb0.96 Pb0.96 Pb

((((ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1250 for 2 hrs (a)sintered at 1250 for 2 hrs (a)sintered at 1250 for 2 hrs (a)sintered at 1250 for 2 hrs (a) x=x=x=x=0, (b)0, (b)0, (b)0, (b)

x=x=x=x=0.25, (c)0.25, (c)0.25, (c)0.25, (c) x=x=x=x=0.50, (d)0.50, (d)0.50, (d)0.50, (d) x=x=x=x=0.75, (e)0.75, (e)0.75, (e)0.75, (e) x=x=x=x=1111

그림그림그림그림 56565656 XXXX-ra-ra-ra-rayyyy diffraction patterns of 0.04 Pb (Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb (Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb (Sbdiffraction patterns of 0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb0.96 Pb0.96 Pb0.96 Pb

((((ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1250 for 4 hrs (a)sintered at 1250 for 4 hrs (a)sintered at 1250 for 4 hrs (a)sintered at 1250 for 4 hrs (a) x=x=x=x=0, (b)0, (b)0, (b)0, (b)

x=x=x=x=0.25, (c)0.25, (c)0.25, (c)0.25, (c) x=x=x=x=0.50, (d)0.50, (d)0.50, (d)0.50, (d) x=x=x=x=0.75, (e)0.75, (e)0.75, (e)0.75, (e) x=x=x=x=1111

- 79 -

입도분포 제어 및 충진밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원입도분포 제어 및 충진밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원입도분포 제어 및 충진밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원입도분포 제어 및 충진밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원6.6.6.6.

가 성형기술 개요가 성형기술 개요가 성형기술 개요가 성형기술 개요

제조 기술(1) GRANULE

가 중요성( )

들은 일반적으로 건식 성형공정을 거쳐 제품화하고 있으며FINE CERAMIC PRESS

이 방법은 비록 제품의 형성은 단순하지만 높은 생산효율과 재현성을 얼을 수 있어

서 각광받고 있다 건식 성형법에서 균일한 성형체를 얻기 위해서는. PRES

의 제반특성 유동도GRANULE (FLOW ABILITY, , TAP DENSITY, GRANULE SIZE

등이 정확히 조절되어야 비교적 균일한 부피 밀도의 과립을 얻을DISTRIBUTION )

수 있고 높은 유동도와 균일한 입도분포를 얻을 수 있는GRANULE SPRAY

분무건조공정 으로 의 제반특성을 얻고 있다 그러나 분무건조DRYING ( ) GRANULE .

공정의 장점뿐만 아니라 의 운전조건 원료의 분체특성 의SPRAY DRYER , , SLUSRRY

조건을 맞추기 어렵다는 단전을 가지고 있어서 최적분무 조건을 설정하기란 매우

어려운 실정이다 그러므로 본 내응에서는 에 형향을 미치는 제반. SPRAY DRYING

요인에 대하여 정리하고 제조된 에 요구되는 특성을 이해함으로써 고품질GRANULE

의 로 발전하는 초석이 되고자 한다GRANULE .

나 의 제조( ) SLURRY

WATER①

결합제로서 을 이루게 하며 성형성을 부여하며 성형체의BINDER : GRANULE , ,②

강도를 유지

첨가제③

분산제 의 전하를 낮게 해서 차 입자 분쇄되지 않은 상: PARTICLE SURFACE 1 (

태 를 분산)

표면처리제 표면장령을 낮게 하여 본체의 유동성을 개선:

윤활제 성형시 이형성과 입자간의 미끄러짐을 양호하게 하여 성형성을 향상:

(LlQUID PARAFFIN)

가소제 가소성을 부여:

감수제 분체 물로 를 제조 할때 가능한 한 적은 수분량으로 점도를: + SLURRY

낮추는 역활

소포제 중의 기포를 눌러서 제거시킴: SLURRY

다 의 점도의 조정( ) SLURRY

- 80 -

일반적으로 공정에 적합한 점도는 정도로SPRAY DRYING 1.0POISE-10.0POISE①

알려져 있으며 원료의 특성에 맞게 적정 점도를 맞춘다.

점도의 조정방법②

물을 첨가하면서 점도를 조정하는 방법ㆍ

분산제를 첨가하여 점도를 조정하는 방법ㆍ

감수제를 첨가하여 점도를 조정하는 방법ㆍ

라 의 회수( ) GRANULE

의 분무 가 작은 액적으로 나누어지는 단계이다 에SLURRY : SLURRY . SLURRY①

가해지는 에 따른 분류에서와 같이 세가지 방법으로 분류 가능하다ENERGY .

는 고속으로 회전하는 에 의해 얻어진 원심력으로ROTARY ATOMIXER WHEEL②

가 분무되는 방법이며 효율적으로 분무를 하려면 원심력이 중력이 배 이SLURRY 10

상이 바람직하고 과 의 회전속도에 따라 가 결정된다WHEEL DISK GRANILE SIZE .

그리고 은 고속으로 회전되므로 균일한 크기의WHEEL (8000~15000 R.P.M)

을 얻으려면 회전 시 진동이 없어야 한다 분말을GRANULE . CERAMIC PRESSURE

에 사용할 경우 구멍을 파손시켜 비대칭 분무가 일어나거NOZZLE TYPE NOZZLE

나 액적 이 불균일해지므로 주의하여야 한다(DROPLET) .

은 고속의 공기가 화 충돌PNEUMATIC NOZZLE (TWO FLUID NOZZLE) SLURRY③

하면서 높은 마찰력이 발생하여 액적으로 부숴지는 현상을 이용한 방법으로

외부혼합법 과 내부혼합법 의 두가지 와 의 혼합EXTERNAL( ) INTERNAL( ) SLURRY AIR

방법이 있다.

은 에 압력에너지가 얇은 에 가해PRESSURE NOZZLE SLURRY SLURRY SHEET④

져서 로 바뀌어져서 공기와의 마찰에 의해 난기류가 발생하여 작KINETIC ENERGY

은 액적으로 부수뜨리는 원리에 의한 방식이다 은 액적의 밀도 분.SPRAY PATTERN

포에 따라서 과 으로 나눌 수 있다 은HOLLOW CONE SOLID CONE . SOLID CONE

큰 액적이 많이 분포되어 있으며 압력에너지가 낮을 경우나 점도가 높을 경우 발생

되며 의 공급속도와 분무압이 일정한 경우 의 입도가 균일SLURRY HOLLOW CONE

하다 이 방법은 여러가지 종류의 의 사용에 적합하며 공기와 의 비. SLURRY SLURRY

율을 조정하여 입도조절의 범위를 넓게 할 수 있다 과립의 입도분포가 넓지만 낮.

은 압력의 을 채용할 수 있으므로 의 막힘현상을 방지하는PUMP SYSTEM NOZZLE

장점이 있다 비교적 고점도의 의 분무에 적합하다. SLURRY .

분무된 와 열풍의 접촉은 액적과 열풍이 접촉하는 건조의 단계이다 액SLURRY .⑤

적과 열풍의 상관관계에따라 건조속도 내의 의 체류시간, SPRAY DRYER DROLET

과 대벽에 쌓이는 정도가 결정된다 액적과 열풍의 상관관계는 의 디자인과 위. FAN

치 의 디자인과 위치 및 의 내부크기에 의해 결정된다, NOZZLE DRYER .

- 81 -

마 액적가 열풍의 접촉방법( )

주로 에 적용되며 분무초기에 액적의 수분CO-CURRENT : ROTARY ATOMIZER①

이 급격한 증발을 하기 때문에 의 온도를 낮게 유지하여 액적의 분포를 넓DRYER

게 하는 것이 바람직하다 그리고 에 사용할 때는. PRESSURE NOZZLE HOLLOW

방식을 선택하는 것이 좋다 이 방법은 분무초기의 액적이 차가운 공기를 만CONE .

나게 되고 부분에서 열풍을 만나게 된다 을 사용할OUT LET . PRESSURE NOZZLE

경우 이 적당하다SOLID CONE .

바 액적의 건조( )

액적이 화 되는 건조 은 다음과 같다GRANULE MECHANISM .

분무되는 액적이 짧은 시간안에 열을 흡수하여 공기와 평형상태가 되는A-B :①

과정

액적 내부의 수분이 동적 평형 상태를 나타내며 일정한 속도로 빠른 증B-C :②

발을 보인다

는 액적표면의 수분 증발한 계점이며 액적표면에는 수분이 존재치 못하C-D : C③

므로 표면이 경화되는 상태이고 증발속도는 저하된다 액적 내부의 수분이 딱딱한.

표면으로 이동하는 상태임.

는 모든 표면은 수분이 분포화 상태에 있으며 딱딱한 표면층의 수분 투D-E : D④

과도에 의해 증발이 일어난다 즉 표면층의 기공을 통하여 수분의 증발이 일어난다. .

이 생성되는 원인 분무된 이 열풍과 접촉하여 열HOLLOW GRANULE DROPLET⑤

을 받게 되어 표면에 수분의 불포화층이 형성되면서 액적 내부의 미립자들이 표면

으로 이동하게 되는데 표면이 고화됨에 따라 내부에 있는 수분이 표면으로 이동하

면서 기동을 남긴다 이때 내부온도가 올라감에 따라 액적 내부의 잔류 수분이 증.

발하면서 표면층의 약한 부위를 파괴하여 가 생성하게 된다HOLLOW .

시 가 높은 경우 화 되어 속이S/D INLET TEMP HOLLOW GRANULE INFLATING※

빈형의 등이 생기게 되고 의 밀도가 낮아지게 된다 초기 증발GRANULE GRANULE .

속도 즉 를 낮추거나 표면 고하층이 다공성이면 구형을 유지하면서, INLET TEMP

증발이 일어나 이상적인 을 얻을 수 있으며 고체함량이 높은 일GRANULE SLURRY

수록 에너지를 절약할 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다, .

의 특성(2) GRANULE

의 특성은 의 조건 의 디자인 가동조건에 의해 결정되며GRANULE SLURRY , S/D , ,

건식 성형이 원활하게 될 수 있는 의 특성을 찾는 것이 긍정적인PRESS GRANULE

목적이다.

- 82 -

가 이 갖추어야 할 특성( ) GRANULE

유동성이 양호할 것 안식각을 측정하여 판단할 수 있다( )①

의 형상이 구형일 것GRANULE②

의 입도분포가 좁을 것GRANULE③

의 입도가 성형체의 크기에 따라 조절될 것GRANULE④

적절한 결합 강도를 유지할 것⑤

성형시 과립이 잘 파괴될 것⑥

의 자체밀도가 높을 것GRANULE⑦

적정량의 수분이 함유될 것 왜냐하면 수분은 수용성 의 유리점 을. ( BINDER (Tg)⑧

낮추어 주므로 성형시 변형을 쉽게 하여 주지만 함수량이 많을 경우 성형시 금형에

의 부착을 유발하며 함수량에 따라 의 압축특성이 달라지므로GRANULE , GRANULE

세심한 조절이 요구된다.

수분의 함유량은 일반직으로 로 향상 일정하게 조절하는 것이 중요하0.1~3.0%※

다.

나 가 갖추어야 할 조건( ) BINDER

성형체의 강도를 높일 수 있을 것①

금형의 미모율이 적을 것②

입자에 이 잘될 것WETTING③

물에 잘 녹을 것④

흡습성 조해성이 적을 것,⑤

입자간 금형간의 윤활성이 있을 것,⑥

가압시 이 잘 파괴될 것GRANULE⑦

일반적으로 로서 널리 사용되는 는 중합도VINDER P.V.A (POLY VINYL ALCOHOL) ,

순도 수화도 등을 잘 검토한 후 결정하여야 하며 종류 및 첨가비는, KNOW-HOW

에 속한다 그리고 계열의 가소제로는. P.V.A GLYCRIN, POLY ETHYLENE

이 이용되며 흡습성이 있으므로 대기중의 방출을 금한다GLYCOL(P.E.G) .

다 의 조건( ) S/D

중합도 순도 수화도 및 의 특성을 갖춘 를 적절한 첨가량을 공정, , BINDER BINDER

실험에 의해 얻은 후 조건을 정립해야 한다 분산제는 분말에 흡착되어. CERAMICS

정전기를 띠게 되므로 반발력이 발생되어 차 입자를 분삭시키게 되며 혼합에 균일1

성을 주고 물을 대체 하여 점도를 조정하므로써 에너지 절약에 기여할 수 있으므로

최소 첨가점을 찾아야 한다.

- 83 -

고농도의 를 사용하면 의 밀도가 높아지고 건조속도를 늦게 하면SLURRY GRANULE

역시 의 밀도가 높아지지만 가 커야 한다는 단점이 있다GRANULE CHAMBER .

그러므로 가 커지지 않은 상태에서 최적농도와 건조속도를 찾아야 한다CHAMBER .

잔여 수분량은 에 의해 결정되고 과 의 온GRANULE OUTLETTEMP. INLET OUTLET

도차가 작으면 잔류수분이 많아지므로 이 균일한 잔여 수분량을 갖기 위GRANULE

해서는 최적 와 를 설정해야 한다 기존 직업 공정 중INLET TEMP OUTLET TEMP. .

전극 소성 공정은 직업 시간이 많이 걸리는 공정으로 노무비에 많은 부분을 차지하

고 있고 작업 내용도 몇 가지 부분 작업을 포함하고 있다 이러한 공정을 개선함으, .

로서 작업 시간 단축을 통해 원가 절감을 가져오고 작업을 단순하고 편하게 함으,

로서 생산성을 향상시키는데 목적이 있다.

나 입도분포 제어기술나 입도분포 제어기술나 입도분포 제어기술나 입도분포 제어기술....

가장 우수한 특성을 나타낸 0.04 Pb (Sb1/2 Nb1/2) O3 + 0.96 Pb (Zr0.505 Ti0.495)

+0.5 wt% MnCO3 기본조성에서 입지크기 및 분포는 입도분석기(Photo sizer 200s,

를 이용하여 측정하였다 그림 은 이 조성에서의 입도분포Section co, Japan) . 57

도이다.

그림그림그림그림 57 PS57 PS57 PS57 PSAAAA(Partic(Partic(Partic(Particlllle Sie Sie Sie Sizzzzeeee AAAAnanananalylylylysis) of 0.04 Pb(Sbsis) of 0.04 Pb(Sbsis) of 0.04 Pb(Sbsis) of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrr0.5050.5050.5050.505

TTTTiiii0.4950.4950.4950.495)))) ++++0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1250 for 2 hrssintered at 1250 for 2 hrssintered at 1250 for 2 hrssintered at 1250 for 2 hrs

이 조성의 하소온도는 에서 시간으로 하였으며 하소분말은 지르코니아 볼850 2 ,

을 사용하여 습식으로 시간을 분쇄하였다 이때의 평균 입자크기는 로48 . 0.541

나타났으며 입도분포도 에서 영역의 균일한 특성을 나타내었다, 0.1 2 .

- 84 -

그림 은58 0.04 Pb (Sb1/2 Nb1/2) O3 + 0.96 Pb (Zr0.505 Ti0.495) +0.5 wt% MnCO3

기본조성에서 에서 시간 하소한 의 이미지이다850 4 powder SEM . 500 nm ~

정도의 입자크기를 보이고 있으며 형태는 약간 구형에 가까운 모습을 나1000 nm ,

타내고 있다.

그림그림그림그림 58 SEM58 SEM58 SEM58 SEM mmmmicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrr0.5050.5050.5050.505 TTTTiiii0.4950.4950.4950.495))))OOOO3333

++++0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 cacacacallllcined at 850 for 4 hrs.cined at 850 for 4 hrs.cined at 850 for 4 hrs.cined at 850 for 4 hrs.

다 성형 기술 지원다 성형 기술 지원다 성형 기술 지원다 성형 기술 지원....

그림 는59 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x) +0.5 wt% MnCO3 조성의 성

형체의 형태를 보여주고 있으며 충진밀도 제어를 통해서 없이 성형 된 것을Crack

확인할 수 있었다.

- 85 -

그림 원형시그림 원형시그림 원형시그림 원형시편편편편으로 성형후으로 성형후으로 성형후으로 성형후 모습모습모습모습59595959

0.04 Pb(Sb0.04 Pb(Sb0.04 Pb(Sb0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

(a)(a)(a)(a) x=x=x=x=0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b) x=x=x=x=0495, (c)0495, (c)0495, (c)0495, (c) x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.5250.5250.5250.525

그림 는 각각60, 61, 62 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt%

MnCO3 조성에서의 여러온도에서의 소결체를 나타내고 있다 모든 소결온도에서 치.

밀한 초음파 진동자의 소결체를 얻을 수 있었다.

그림 소결 후그림 소결 후그림 소결 후그림 소결 후 모습모습모습모습60 1150 , 2hrs60 1150 , 2hrs60 1150 , 2hrs60 1150 , 2hrs


(a)(a)(a)(a) x=x=x=x=0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b) x=x=x=x=0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c) x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.5250.5250.5250.525

- 86 -

그림 소결후그림 소결후그림 소결후그림 소결후 모습모습모습모습61 1200 , 2hrs61 1200 , 2hrs61 1200 , 2hrs61 1200 , 2hrs







MnCO3 조성에서 MnCO3 첨가량에 따른 성형체를 나타내고 있으며 첨가량이 증가,

함에 따라 성형체의 색깔이 진하게 변하는 것을 확인하였다 또한 각 조성의 충진.

밀도 제어를 통해서 없이 성형 된 것을 확인할 수 있었다Crack .

- 87 -

그림 원형시그림 원형시그림 원형시그림 원형시편편편편으로 성형후으로 성형후으로 성형후으로 성형후 모습모습모습모습63636363

0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb(0.96 Pb(0.96 Pb(0.96 Pb(ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

(a)(a)(a)(a) x=x=x=x=0, (b)0, (b)0, (b)0, (b) x=x=x=x=0.25, (c)0.25, (c)0.25, (c)0.25, (c) x=x=x=x=0.50, (d)0.50, (d)0.50, (d)0.50, (d) x=x=x=x=0.75, (e)0.75, (e)0.75, (e)0.75, (e) x=x=x=x=1111

그림 는 에서 시간 소결한64 1250 2 0.04 Pb (Sb 1/2 Nb1/2) O3 + 0.96 Pb

(Zr0.510 Ti0.490) O3 + x wt% MnCO3 조성에서 MnCO3 첨가량에 따른 소결체를 나타

내고 있다. MnCO3 첨가량이 증가함에 따라 소결체의 색깔이 진하게 변하는 것을

확인하였으며 이것은, MnCO3 첨가가 색깔에 영향을 주는 에너지 준위를 만들어 나

타나는 현상으로 보여진다.


0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb(0.96 Pb(0.96 Pb(0.96 Pb(ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333


- 88 -

그림 는65 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92 Pb(Zr0.535Ti0.465)O3 조성에서 Mn

를source MnO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4로 변화시킨 성형체의 형태를 보여주고 있으

며 충진밀도 제어를 통해서 없이 성형 된 것을 확인할 수 있었다, Crack .

그림 원형시그림 원형시그림 원형시그림 원형시편편편편으로 성형후 소결전으로 성형후 소결전으로 성형후 소결전으로 성형후 소결전 모습모습모습모습65656565

0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrr0.5350.5350.5350.535TTTTiiii0.4650.4650.4650.465))))OOOO3333

(a) Mn(a) Mn(a) Mn(a) MnOOOO, (b) Mn, (b) Mn, (b) Mn, (b) MnOOOO2222, (c) Mn, (c) Mn, (c) Mn, (c) Mn2222OOOO3333, (d) Mn, (d) Mn, (d) Mn, (d) Mn3333OOOO4444

그림 은 에서 시간 소결한66 1200 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92

Pb(Zr0.535Ti0.465)O3 조성에서 변화에 따른 소결체를 보여 주고 있다 전Mn source .

체적으로 약간의 색깔 변화를 나타내었으며 치밀한 소결체를 얻을 수 있었다, .


0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(0.92 Pb(ZZZZrrrr0.5350.5350.5350.535TTTTiiii0.4650.4650.4650.465))))OOOO3333


그림 은67 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 - 0.92 Pb(ZrxTi1-x)O3 조성에서 Zr/(Ti+Zr)

비에 따른 성형체의 변화모습을 나타내고 있다 성형체의 측면사진에서 나타난 바.

와 같이 없이 성형 된 것을 확인할 수 있었다Crack .

- 89 -

그림 원형시그림 원형시그림 원형시그림 원형시편편편편으로 성형후 소결전으로 성형후 소결전으로 성형후 소결전으로 성형후 소결전 모습모습모습모습67 1250 , 2hrs67 1250 , 2hrs67 1250 , 2hrs67 1250 , 2hrs

0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 (a)(a)(a)(a) x=x=x=x=0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b) x=x=x=x=0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c)

x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.525 (f)0.525 (f)0.525 (f)0.525 (f) x=x=x=x=0.535 (g)0.535 (g)0.535 (g)0.535 (g) x=x=x=x=0.5450.5450.5450.545

그림 은68 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 - 0.92 Pb(ZrxTi1-x)O3 조성에서 Zr/(Ti+Zr)

비에 따른 소결체의 변화모습을 나타내고 있다.



x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.525 (f)0.525 (f)0.525 (f)0.525 (f) x=x=x=x=0.535 (g)0.535 (g)0.535 (g)0.535 (g) x=x=x=x=0.5450.5450.5450.545

공정별 오차의 최소화와 치수제어기술 지원공정별 오차의 최소화와 치수제어기술 지원공정별 오차의 최소화와 치수제어기술 지원공정별 오차의 최소화와 치수제어기술 지원7.7.7.7.

본 과제에서 진행한 기본적인 실험방법을 그림 에 나타내었으며 일반적인 세라69 ,

믹 제조공정으로 진행하였다.

- 90 -

그림 실험 방법그림 실험 방법그림 실험 방법그림 실험 방법69696969

그림 는 각각 정밀치수제어를 위해서 사용한 분극기 연마기 자동 전극70, 71, 72 , ,

프린터이다.

그림 분그림 분그림 분그림 분극극극극기기기기70707070

- 91 -

그림 연마기그림 연마기그림 연마기그림 연마기71717171

그림 자동 전그림 자동 전그림 자동 전그림 자동 전극 프린터극 프린터극 프린터극 프린터기기기기72727272

- 92 -

중요한 각 공정의 평가방법을 나열하였다.

가 밀도가 밀도가 밀도가 밀도....

또한 시편의 밀도는 시편의 부력을 이용한 습식법을 사용하였으며 시편의 공기중,

에서의 무게와 물속에서의 무게를 측정하여 다음 식에 의해 밀도를 구하였다.

여기서 시편의 밀도, p : [g/ ]

phg 물의 밀도: [g/ ]

수중에서 시편의 무게A : [g]

공기중에서 시편의 무게T : [g]

나 분체특성측정나 분체특성측정나 분체특성측정나 분체특성측정....

분쇄 분이 끝난 분말에 대해서는 그림 에 나다낸 분체특성측정기, glass frit 73

를 이용하여(Hosokawa Powder Tester Model : PT-R, Hosokawa Micron Co.) 7

가지 한 측정과 건조 의 가지 측정을 행하였mechanical bulk powder 3 supporting

다.

그림 분체특성장치그림 분체특성장치그림 분체특성장치그림 분체특성장치73737373

- 93 -

측정 가능한 분체특성으로는 아래와 같다.

안식각은 수평판 위로 진동스크린 및 유리 깔대기를 통하여 물질을 떨어뜨려 주-

의 깊게 만들어진 덩어리의 상태를 를 이용하여 측정한다lazer .

붕괴각은 위에서 형성된 덩어리에 충격을 가한 뒤 를 이용하여 측정한다- lazer .

차각은 안식각과 붕괴각 사이의 차이를 의미한다- .

기화 벌크밀도는 공정된 용적컵에 진동 클 통해 을 떨어뜨린 뒤 무- Chute sample

게를 측정하여 얻는다.

압축벌크밀도는 일정한 높이에서 특별한 수치의 을 떨어뜨려서 만들어진- sample

낙하의 충격에 의해 야기된 압축성을 측정하여 얻는다.

압축성은 기화 벌크밀도와 압축벌크 밀도를 측정해서 결정한다- .

응집성은 한 에 남은 파우더 잔여물로 규정하는데 이것은 각기 다른 의- mesh size

스크린을 겹쳐놓고 일정기간동안 계속적인 크기의 진동을 적용해서 그 결과로 얻,

어진다.

스페츌러 각은 위에 파우더를 충분히 놓은 뒤 이를 들어 올려서 스페출러 위에-

들려진 파우더의 각을 측정하여 얻은 수치이다.

분산성은 원통으로 이루어진 일정한 높이의 관내에서 일정한 양의 파우더로 시계-

접시 위로 떨어뜨려 흩어지지 않고 그 위에 남은 이다(Watch glass) powder .

균질성은 분체크기의 비- d60/d10 (d60 = particle size under sieve 60%, d10 =

로서 나타내어지는데 이는 과 분산성 측정을particle size under sieve 10%) sieving

통해 얻을 수 있다.

다 열분석다 열분석다 열분석다 열분석....

온도변화에 따는 중량 감소 및 상변화를 조사하기 위해 그림 의 장치를 이용하여74

를 측정하였다 이때 표준시료는TG-DTA(Mettler, USA) . a-Al2O3였고 승온속도는

로 행한다10 /min .

- 94 -

그림그림그림그림 74747474 TGTGTGTG----DTADTADTADTA

라라라라 온온온온도의도의도의도의존존존존성 기술성 기술성 기술성 기술....

그림 는 에서 시간 소결한75 1250 2 0.04 Pb (Sb 1/2 Nb1/2) O3 + 0.96 Pb

(Zr0.510 Ti0.490) O3 + 0.5 wt% MnCO3 조성에서의 온도의존성을 나타내고 있다 이.

조성에서의 상전이온도는 를 나타났다320 .

그림그림그림그림 75757575 TTTTeeeemmmmperature dependence of the dieperature dependence of the dieperature dependence of the dieperature dependence of the diellllectric constant as a function ofectric constant as a function ofectric constant as a function ofectric constant as a function of

frefrefrefreqqqquencuencuencuencyyyy in 0.04 Pb(Sbin 0.04 Pb(Sbin 0.04 Pb(Sbin 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrr0.5060.5060.5060.506 TTTTiiii0.4950.4950.4950.495))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%%

MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1250 for 2 hrs.sintered at 1250 for 2 hrs.sintered at 1250 for 2 hrs.sintered at 1250 for 2 hrs.

- 95 -

열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 지원열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 지원열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 지원열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 지원8.8.8.8.

그림 은76 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92 Pb (Zr0.535Ti0.465)O3 조성에서0.08

비에 따른 하소 열처리 조건에 대한 형태를 보여주고 있다 전체Zr/(Ti+Zr) powder .

적으로 약간 수축한 형태를 보여주고 있다.

그림 하소후그림 하소후그림 하소후그림 하소후 모습모습모습모습76 85076 85076 85076 850

0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb (0.92 Pb (0.92 Pb (0.92 Pb (ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333


그림 은77 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92 Pb (Zr0.535Ti0.465)O3 조성에서 Mn

를source MnO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4로 변화시켜가면서 에서 열처리한850

형태를 보여주고 있다powder . Mn3O4 첨가조성에서 가장 진한 색깔을 보였으며,

에 따라 색깔의 차이가 있는 것을 확인하였다Mn source .

- 96 -

그림 하소 후 분그림 하소 후 분그림 하소 후 분그림 하소 후 분말말말말사진사진사진사진77 85077 85077 85077 850

0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 ++++ 0.92 Pb (0.92 Pb (0.92 Pb (0.92 Pb (ZZZZrrrr0.5350.5350.5350.535TTTTiiii0.4650.4650.4650.465))))OOOO3333


그림 은78 0.08 Pb(Ca1/4Mn1/4Nb1/2)O3 + 0.92 Pb(Zr0.535Ti0.465)O3 조성에서

비에 따른 하소 열처리 조건에 대한 형태를 보여주고 있다 열처Zr/(Ti+Zr) powder .

리 조건은 에서 시간 열처리한 형태를 보여주고 있다850 4 powder .

그림 하소 후 분그림 하소 후 분그림 하소 후 분그림 하소 후 분말말말말사진사진사진사진78 85078 85078 85078 850


x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.525, (f)0.525, (f)0.525, (f)0.525, (f) x=x=x=x=0.535, (g)0.535, (g)0.535, (g)0.535, (g) x=x=x=x=0.5450.5450.5450.545

- 97 -

그림 과 그림 은 차와 차에 걸쳐서 각각 에서 시간 열처리한79 80 1 2 850 2 0.04

Pb (Sb1/2Nb1/2) O3 + 0.96 Pb (Zr0.510 Ti0.490) O3 + x wt% MnCO3 조성에서

MnCO3 첨가량에 따른 분말 사진을 나타내고 있다. MnCO3 첨가량이 증가함에 따

라 차 열처리한 분말의 색깔이 진하게 변하는 것을 확인하였으며 수축이 많이 일1 ,

어난 것을 알 수 있다.

그림 차 하소 후 분그림 차 하소 후 분그림 차 하소 후 분그림 차 하소 후 분말말말말사진사진사진사진79 850 179 850 179 850 179 850 1

0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333


그림 차 하소 후 분그림 차 하소 후 분그림 차 하소 후 분그림 차 하소 후 분말말말말사진사진사진사진80 850 280 850 280 850 280 850 2

0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490)))) OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333


그림 은 에서 시간 소결한81 1250 2 0.04 Pb(Sb 1/2Nb1/2)O3 - 0.96

Pb(ZrxTi1-x)O3 + 0.5 wt% MnCO3 조성에서의 에 따른 주사전자 현미경Zr/(Ti+Zr)

사진들로서 그림에 나타낸 바와 같이 전체적으로 평균 입경이 정(SEM) 2 ~ 3

도로 일정한 결정립을 나타내었으며 입도분포도 일정하게 나타난 것을 알 수 있다, .

- 98 -

(a)(a)(a)(a) ZZZZr 0.485r 0.485r 0.485r 0.485 (b)(b)(b)(b) ZZZZr 0.495r 0.495r 0.495r 0.495

(c)(c)(c)(c) ZZZZr 0.505r 0.505r 0.505r 0.505 (d)(d)(d)(d) ZZZZr 0.515r 0.515r 0.515r 0.515

(e)(e)(e)(e) ZZZZr 0.525r 0.525r 0.525r 0.525

그림그림그림그림 81 SEM81 SEM81 SEM81 SEM mmmmicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5

wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1250 for 2 hrs.sintered at 1250 for 2 hrs.sintered at 1250 for 2 hrs.sintered at 1250 for 2 hrs.

그림 는 에서 시간 열처리한82 1250 4 0.04 Pb (Sb 1/2 Nb1/2)O3 + 0.96 Pb

(Zr0.510 Ti0.490) O3 + x wt% MnCO3 조성에서의 MnCO3 첨가량에 따른 주사전자 현

미경 사진이다 그림에 나타낸 바와 같이(SEM) . MnCO3가 첨가하지 않은 조성 (x =

에서 는 전체적으로 평균 입경이 정도로 상대적으로 작게 나타났으나0) 2 ,

MnCO3가 첨가된 조성에서는 MnCO3 첨가량이 증가함에 따라 입경이 증가하는 경

향을 보이고 있다 전체적으로 평균 의 일정한 결정립을 가지고 있으며. 3 ~ 5 ,

첨가 조성에서는 미성장한 작은 결정립도 분포하고 있는 것을 알 수 있0.75 wt%

다.

- 99 -

도 일정하게 나타난 것을 알 수 있다 이것은. Fe2O3 가 소결조제로 작용하여 결정

립의 성장을 유도하고 또한 이온 치환에 의한 격자상수의 증가 때문으로 생각된Fe

다.

(a) 0.25(a) 0.25(a) 0.25(a) 0.25 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 (b) 0.25(b) 0.25(b) 0.25(b) 0.25 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

(c) 0.50(c) 0.50(c) 0.50(c) 0.50 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 (d) 0.75(d) 0.75(d) 0.75(d) 0.75 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

(e) 1.00(e) 1.00(e) 1.00(e) 1.00 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

그림그림그림그림 81 SEM81 SEM81 SEM81 SEM mmmmicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sbicrographs of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5

wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1250 for 4 hrs.sintered at 1250 for 4 hrs.sintered at 1250 for 4 hrs.sintered at 1250 for 4 hrs.

- 100 -

초음파진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원초음파진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원초음파진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원초음파진동자 측정 및 평가방법에 대한 기술지원9.9.9.9.

가 초음파 진동자의 물성 평가방법가 초음파 진동자의 물성 평가방법가 초음파 진동자의 물성 평가방법가 초음파 진동자의 물성 평가방법....

유전상수는 그림 참조 를 사용하여 에서Impedance Analyzer(Agilent, 4294A, ) 1

의 정전용량 를 측정한 후 다음 식으로 유전상수를 계신하셨다C .

여기서 정전용량, C :

시편의 면적S :

시편의 두께t :

ε0 진공중의 유전율: (8.854×10-12F/m)

그림그림그림그림 83 Precision I83 Precision I83 Precision I83 Precision Immmmpedancepedancepedancepedance AAAAnanananalyzlyzlyzlyzer (er (er (er (AAAAgigigigillllent 4294ent 4294ent 4294ent 4294AAAA 40404040 Hz ~Hz ~Hz ~Hz ~ 110 M110 M110 M110 MHzHzHzHz))))

안전 세라믹스의 전기기계결합계수(kp 기계적품질계수), (Qm 및 공진저항 은 압전) ( )Ω

특성을 결정짓는 중요한 인자로써 전기기계결합계수는 전기적 에너지를 기계적 에,

너지로 변환시키는 효율을 나타내며 기계적 품질계수는 전기기계 변환과정에서의,

에너지 손실에 대한 척도로써 실제 압전체의 사용 주파수가 공진 주파수 이하일,

경우라도 측정의 정확을 기하기 위하여 공진 주파수에서 임피던스(Zm 반공진주파),

수( f≈ p 공진주파수), ( f≈ s 로 부터 구한다 기계적 품질계수는 재료의 물성계수이므) .

로 시편의 형상이나 진동 모드에 무관하나 단지 측정시의 오차로 인하여 악간의 차

이가 있을 수 있다.

- 101 -

압전소자의 전기적 특성은 에 근거하여IRE standard Impedance Analyzer(Agilent,

를 사용하여 공진 반공진법에 의하여 측정하였으며 시편의 공진 및 반공진4294A) - ,

주파수와 공진시의 저항을 다음 식 에 대입하여 원판형 전기기계결합계수(kp 와 기)

계적품질계수(Qm 를 구하였다) .

여기서 공진시 시편의 저항값, R : ( )Ω

분극후 에서 측정한 시편의 정전용량C : 1[ ] [pF]

fr 공진주파수: , fa 반공진주파수:

압전정수(d33 는) Piezo d33 Tester(American Piezo Ceramics, Pennebaker Model

로 측정하였다 전계에 대한 미소변위측정은 비접촉 레이저8000) . (MTI Instrument,

방식으로 측정하였으며 그림 에 나타내었다Microtrak 7000) 84 .

그림 변위측정장치그림 변위측정장치그림 변위측정장치그림 변위측정장치84848484

나 초음파 진동자의 물성측정나 초음파 진동자의 물성측정나 초음파 진동자의 물성측정나 초음파 진동자의 물성측정....

그림 는 에서 시간 소결한85 1250 2 0.08 Pb(Ca 1/4Mn1/4Nb1/2)O3-0.92

Pb(ZrxTi1-x)O3 조성에서의 에 따른 임피던스 특성이다 비Zr/(Ti+Zr) . Zr/(Ti+Zr)

조성에서 임피던스 특성을 향상되는 것을 알 수 있었다0.515 .

- 102 -



(e)(e)(e)(e) ZZZZr 0.525r 0.525r 0.525r 0.525 (f)(f)(f)(f) ZZZZr 0.535r 0.535r 0.535r 0.535

(g)(g)(g)(g) ZZZZr 0.545r 0.545r 0.545r 0.545

그림그림그림그림 85 I85 I85 I85 Immmmpedance graph of 0.08 Pb(Capedance graph of 0.08 Pb(Capedance graph of 0.08 Pb(Capedance graph of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333


x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.525, (f)0.525, (f)0.525, (f)0.525, (f) x=x=x=x=0.535, (g)0.535, (g)0.535, (g)0.535, (g) x=x=x=x=0.5450.5450.5450.545

- 103 -

그림 부터 그림 까지는 지금까지 실험한 조성들의 임피던스 특성이다86 90 .



(e)(e)(e)(e) ZZZZr 0.535r 0.535r 0.535r 0.535

그림그림그림그림 86 I86 I86 I86 Immmmpedance graph of 0.08 Pb(Capedance graph of 0.08 Pb(Capedance graph of 0.08 Pb(Capedance graph of 0.08 Pb(Ca1/41/41/41/4MnMnMnMn1/41/41/41/4NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(- 0.92 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333


x=x=x=x=0.525, (e)0.525, (e)0.525, (e)0.525, (e) x=x=x=x=0.5350.5350.5350.535

- 104 -



(e)(e)(e)(e) ZZZZr 0.525r 0.525r 0.525r 0.525

그림그림그림그림 87 I87 I87 I87 Immmmpedance graph of 0.04 Pb(Sbpedance graph of 0.04 Pb(Sbpedance graph of 0.04 Pb(Sbpedance graph of 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++

0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1150 for 2 hrs (a)sintered at 1150 for 2 hrs (a)sintered at 1150 for 2 hrs (a)sintered at 1150 for 2 hrs (a) x=x=x=x=0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b)0.485, (b) x=x=x=x=0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c)

x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.5250.5250.5250.525

- 105 -

(a) 0(a) 0(a) 0(a) 0 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 (b) 0.25(b) 0.25(b) 0.25(b) 0.25 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333


(e) 1(e) 1(e) 1(e) 1 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333

그림그림그림그림 88 I88 I88 I88 Immmmpedance graph of 0.04 Pb (Sbpedance graph of 0.04 Pb (Sbpedance graph of 0.04 Pb (Sbpedance graph of 0.04 Pb (Sb1/21/21/21/2 NNNNbbbb1/21/21/21/2)))) OOOO3333 ++++ 0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (0.96 Pb (ZZZZrrrr0.5100.5100.5100.510 TTTTiiii0.4900.4900.4900.490))))

OOOO3333 + x w+ x w+ x w+ x wtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a)sintered at 1200 for 2 hrs (a) x=x=x=x=0, (b)0, (b)0, (b)0, (b) x=x=x=x=0.25, (c)0.25, (c)0.25, (c)0.25, (c)

x=x=x=x=0.5, (d)0.5, (d)0.5, (d)0.5, (d) x=x=x=x=0.75, (e)0.75, (e)0.75, (e)0.75, (e) x=x=x=x=1111

- 106 -







- 107 -







- 108 -

다 초음파 성다 초음파 성다 초음파 성다 초음파 성능 검능 검능 검능 검사방법사방법사방법사방법....

초음파 성능 검사방법(1) -1

를 이용한 실제 출력측정Watt Meter

장 점 단 점

사용중인 현재 초음파 전력 값을 수1.

치표현

초음파 성능을 수치로 변환2.

세정조 오염되지 않고 검사 가능3.

개의 제품만 측정함1. 1

발진기와 진동판 사이의 전선을 별2.

도연결 좌측 그림 참조( )

발진기 수만큼 전력계를 확보하기3.

어려움

가격이 비싸다4.

모든 발진기 일상점검 어려움5.


음압 측정기 를 이용한 조내 각 부분의 음압 측정Ultrasonic Meter( )

장 점 단 점

수중의 실제적인 값을 전압수치로1.

나타남으로 사용이 편리함.

생산시에도 측정 가능2.

일상 점검 가능3.

정재파로 인해 측정된 간의 반복 오1.

차가 커서 수치관리 어려움

발진기 문제분석 안됨2.

아나로그 방식으로 정확한 수치관리3.

어려움

- 109 -


을 이용한 초음파 강도의 육안검사AL Foil

장 점 단 점

정재파의 윤곽 확인 가능1.

초음파 강도 측정가능2.

초음파 전체 성능 검사 가능3.

생산시 세정조 오염으로 사용불가1.

일상 점검 불가2.

수치 관리 어려움3.

초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원초음파 진동자의 양산공정 확보에 대한 지원10.10.10.10.

가 선진국 과 특성비교가 선진국 과 특성비교가 선진국 과 특성비교가 선진국 과 특성비교. sa. sa. sa. sammmmpppplllleeee

본 기술지원을 통해서 개발한 초음파 진동자와 일본의 사 진동자의 특성을 비NTK

교하여 표 정리하였다 선진 보다도 우수한 특성을 얻을 수 있었다 이때 측. Sample .

정한 조성은 04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(Zr505Ti495)O3 + 0.5 wt% MnCO3 이며

열처리 조건은 에서 시간 이었다1200 2 .

표 특성비교값표 특성비교값표 특성비교값표 특성비교값12121212

- 110 -

표 중국에표 중국에표 중국에표 중국에서서서서 측정한측정한측정한측정한13131313 TTTTESESESESTTTT SSSSHHHHEEEEEEEETTTT

나 신나 신나 신나 신뢰뢰뢰뢰성 특성 분석 및 기술지원성 특성 분석 및 기술지원성 특성 분석 및 기술지원성 특성 분석 및 기술지원

지금까지 제작된 초음파 진동자의 양산공정 확보를 위한 환경 신뢰성 특성을 알아

보기 위해서 우수한 특성을 나타낸, 0.04 Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 - 0.96 Pb(ZxTi1-x)O3 +

0.5 wt% MnCO3 (1) x=0.485, (2) x=0.495, (c) x=0.505, (d) x=0.515, (e)

조성에서의 고온시험 저온시험 열충격 시험을 실시하였다x=0.525 , , .

고온실험(1)

에서 규정하는 발열이 없는 시험품에 대한 완만한 온도변화를 수반하는KS C 0221

고온시험 방법을 실시하였으며 시험방법은 다음과 같다 항온기 내 온도를 시험실, .

내 온도로 하고 시료를 항온기 내에 넣는다 항온기 안의 온도를 로 올, . 85 ±2

리고 이 때 항온기 내의 온도변화 비율은 분 이내의 평균으로 매분 를 넘지, 5 1

않도록 한다 시료가 온도 안정에 도달할 때 까지 방치한 후 시료를 시간 동안. , 240

고온상태에 방치하고 압전특성을 측정하였다.

저온실험(2)

에서 규정하는 발열이 없는 시험품에 대한 완만한 온도변화를 수반하는KS C 0221

저온시험 방법을 실시하였으며 시험방법은 다음과 같다 항온기 내 온도를 시험실, .

내 온도로 하고 시료를 항온기 내에 넣는다, .

- 111 -

항온기 안의 온도를 로 올리고 이 때 항온기 내의 온도 변화 비율-35 ± 2 ,

은 분 이내의 평균으로 매분 를 넘지 않도록 한다 시료가 온도 안정에 도달5 1 .

할 때 까지 방치한 후 시료를 시간 동안 저온상태에 방치한 후에 압전특성을, 240

측정하였다.

열충격시험(3)

시료를 항온기의 시험조에 넣는다 항온기 내 온도를 규정된 저온 까지 규정. -35

된 온도 변화 비율로 내린다 항온기 내 온도가 안정에 달한 후 분 동안 시료를. , 30

저온 상태로 유지하고 항온기 내 온도를 에서 유지한다 이상의 순서를85 ± 2 .

그림과 같이 사이클로 하여 사이클 반복하였다1 100 .

그림 열충격 시험에그림 열충격 시험에그림 열충격 시험에그림 열충격 시험에서서서서의 사이의 사이의 사이의 사이클클클클의 구성의 구성의 구성의 구성91 191 191 191 1

그림 는 고온시험 저온시험 열충격 시험에 대한 결과를 보여주고 있다92 , , .

가장 중요한 특성인 전기기계결합계수는 시간 고온방치 시간 저온방치 후240 , 240

에도 거의 변화가 없었으며 열충격시험에서는 약 정도 낮아지는 것을 확인하, 10%

였다 이조성이 우수한 고온특성을 갖는 것을 확인하였다 가압전전하계수. . (d33 는)

시간 저온방치 시간 고온방치 후에서 거의 변화가 없었으며 이조성이 우수240 , 240 ,

한 저온 고온특성을 갖는 것을 확인하였다, .

- 112 -

그림그림그림그림 92 0.04 Pb(Sb92 0.04 Pb(Sb92 0.04 Pb(Sb92 0.04 Pb(Sb1/21/21/21/2NNNNbbbb1/21/21/21/2))))OOOO3333 - 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(- 0.96 Pb(ZZZZrrrrxxxxTTTTiiii1-x1-x1-x1-x))))OOOO3333 ++++ 0.50.50.50.5 wwwwtttt%%%% MnCMnCMnCMnCOOOO3333 (1)(1)(1)(1)

의 신의 신의 신의 신뢰뢰뢰뢰성성성성x=x=x=x=0.485, (2)0.485, (2)0.485, (2)0.485, (2) x=x=x=x=0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c)0.495, (c) x=x=x=x=0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d)0.505, (d) x=x=x=x=0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e)0.515, (e) x=x=x=x=0.525 data0.525 data0.525 data0.525 data

- 113 -

다 양산공정 제작 과정다 양산공정 제작 과정다 양산공정 제작 과정다 양산공정 제작 과정....

단계- 1 단계- 2

압전소자와 혼 접합ㆍ

조립된 것을 일반적으로 구매하여ㆍ

제작

적적한 주파수 선택-

다주파는 형상이 다름-

옆의 그림은 단주파-

적절한 크기로 절단 및 절곡 작업ㆍ

재질은 등SUS304ㆍ

세정조에 따라 크기가 다양함ㆍ

단계- 3 단계- 4

판 내면에 접착제 도포ㆍ

진동자를 내면에 접함ㆍ

진동자 개는1 50Wㆍ

면 진동자 수량은 최소 개1200W 24ㆍ

접합

병렬로 전극 전제연결ㆍ

접착결과를 CHECKㆍ

떨어진 것은 재접착ㆍ

제작된 뚜껑을 용접ㆍ

용접시 물이 침투하지 않도록 견고ㆍ

하게 용접

에로젼 방지하기 위하여 표면에 크ㆍ

롬 코팅

- 114 -

제 절 기술 지원의 성과제 절 기술 지원의 성과제 절 기술 지원의 성과제 절 기술 지원의 성과2222

기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1.1.1.1.

본 지원 사업인 고출력 초음파 진동자 조성설계 및 생산 공정 기술지원 을 통해“ ”

수행한 기술지원 달성도는 표 에 나타내었다.

표 계획대비 기술지원 달성도표 계획대비 기술지원 달성도표 계획대비 기술지원 달성도표 계획대비 기술지원 달성도14141414

일련번호 기 술 지 원 내 용달성도

(%)

1 선진국 제품분석 평가항목 및 방법개발, 100

2 고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원 100

3 제조장치 준비 진동자 제조 설비 검토, 100

4 균일한 혼합을 위한 원료 배합에 대한 기술지원 100

5 입도 분포 제어 및 충진 밀도 제어를 통한 성형기술에 대한 지원 100

6 공정별 오차의 최소화 및 치수제어기술 지원 100

7 열처리 조건 변경에 의한 최적 열처리 조건에 대한 지원 100

8 진동자 측정 및 평가방법 지원 100

9 초음파 진동자의 양산공정 화보에 대한 지원 100

수행한 기술지원 내용수행한 기술지원 내용수행한 기술지원 내용수행한 기술지원 내용2.2.2.2.





고품질 초음파 진동자 조성설계에 대한 기술지원o (1)


- 115 -

- d33 (10-12m/V) 293, - k33 (%) 69.5

- Qm 품질계수 큐리온도, 1942, - Tc ( ) 320




성형공정 결합재 첨가제의 영향 조사- , ,







소결 열처리 제조건 파악 및 소결 온도 변화영향 조사-







선진국 특성 비교 검토- Sample

신뢰성 특성 분석 및 평가-

교육지원o

초음파 세척의 원리 및 캐비네이션 작용-

성형공정-

초음파 진동자의 시장현황-

초음파 진동자의 개발동향-

초음파 진동자의 물성 평가방법-

신뢰성 및 온도 안정성 규격-

문헌정보자료 지원o

문헌 건 특허 여건- 50 , 100

관련 규격 건 국내 규격서 건- 30 , 3

- 116 -

지원 내용의 기업 전략에의 기여도지원 내용의 기업 전략에의 기여도지원 내용의 기업 전략에의 기여도지원 내용의 기업 전략에의 기여도3.3.3.3.

주 래트론 년 창업 이래로( ) 1998 NTC Thermistor, Leak Sensor, Chip

개발업Varistor,Ultrasonic Transducer for Ultrasonic Humidifier, EMI Noise Filter

체로서 기존의 전자세라믹스의 제품을 부가가치 있는 형태 새로운 공법 도입SMD ,

을 통한 제품개발을 적극적으로 수행하고 있다.

초음파 진동자는 그동안 국산 조성기술이 없어 합성원료 수입에 의존해 왔으나 기

술지원사업을 통해서 자체 조성기술개발에 성공함에 따라 원가절감은 물론 국제경

쟁력을 갖추는 계기를 마련하였다.

그림에서 보는바와 같이 앞으로 유전체 압전체 분야와 반도체 세라믹분야를 중점,

개발 분야로 정하고 가전 로의 접목을 꾀하고 있다, Digital , IT .

초음파 진동자는 향후 응용분야 확대 뿐만 아니라 생활가전의 여러분야에 적용이

가능하기 때문에 이러한 주 래트론의 기업전략에 맞추어 회사 성장과 기술개발력( )

제고에 크게 기여할 것으로 보인다.

- 117 -

제 장 목표 달성도 및 관련분야에서의 기여도제 장 목표 달성도 및 관련분야에서의 기여도제 장 목표 달성도 및 관련분야에서의 기여도제 장 목표 달성도 및 관련분야에서의 기여도4444

평가항목 및 기준o

구 분 평가항목평가기준

평가방법 평가기관등( )기술지원전 기술지원후

d33 (10-12m/V) - 293 IEEE std. 176-1987

k33 (%) - 69.5 IEEE std. 176-1987

내 용 Qm - 1942 IEEE std. 176-1987

입자크기( ) - 3~5 에 대한 입도측정KS

Tc( ) - 320 IEEE std. 176-1987

제품 개발 고출력 초음파진동자의 제조공정 기술- :

공정 개선 생산 공정을 최적화하여 생산시간 단축과 동시에 수르 증가로 인한- :

생산성 및 경제성 향상

상용화 개발 압전 세라믹스의 제조 공정개선을 통한 고출력 초음파 진동자 제- :

조

관련분야에의 기여도o

다음과 같은 초음파 진동자 응용분야에 기여할 것으로 보인다. .

계측 초음파 줄자 이동로봇의 전방의 방해물 감지 마이크로 로봇- - , ,

정보통신 소나 어군탐지기 등 수중 탐지- - ,

의료용 진단장치 초음파 단층촬영기 초음파 치료기 외- - ,

재료내부 결함 검사 비파괴검사 용접부위 결함검사 주물내부 공격 검사- - , ,

산업용 설비진단 센서- - AE

산업용기계 세척기 용착기 가공기 연마기 유화기- - , , , ,

가공 초음파 금형 가공- -

- 118 -

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

세척기용 고출력 초음파 진동자의 품질 승인 후 양산 판매o

세정기 융착기용 초음파 진동자의 생산 추진o ,

고주파용 초음파 진동자에서의 조성설계 기술에 활용o

초음파 진동자에서의 조성설계 구축 및 평가기술 확립o

주파 매칭 초음파 진동자 듀얼 타입 진동자 개발에 활용 및 응용확대o 3 ,

압전 조성 및 각 공정에 대한 기술 축적으로 전자소재용 첨단 압전 소재 개발에o

활용 및 특성 개선을 통해 제품 경쟁력 제고

진동자분야의 시장 경쟁력 확보로 수입대체 및 수출 증대 효과 기대 및 시장 점o

유율 배가

- 119 -

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