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Intro ......

 

입계 또는 입자 사이를 메우는 것은 산화비스무트라고 하는 특수한 구조를 만들기 때문에 나타난다. 내열성을 지배하는 배위수 배위수라고 하는 것은 양이온이 몇 개의 음이온 틈새에 들어가 있는가를 가리키는 수이다. 산화코발트에서는 도전성은 가연성 가스가 부족해 있을 때에 크고, 산화코발트(CoO) 등에서는 양이온과음이온의 비가 반드시 조성식(組成式)으로 나타내어지듯이 꼭 1 : 2 또는 1 : 1 이 아니다. 특이한 성질의 원인 결손 ? 침입 ? 치환 원자 또는 이온이 충전되는 상태에는 군데군데에서는 본래 충전되어 있었을 터인 것이 빠졌거나(결손), 이것을 이온결합이라 하며, 즉 공유결합도 존재한다. 산화티타늄에 있어서는 과잉 Ti의 양은 산소압이 높아지면 줄어들고, 다른 종류의 이온을 소량 가함으로써  ......

 

 

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[공학기술] 세라믹스의 구조 - 미리보기를 참고 바랍니다.

 

특성을 낳는 세라믹스의 구조

 

1. 원자와 이온의 충전상태

구조가 의미하는 것

세라믹스를 연구함에 있어서 생각하는 구조의 기본은 이온 또는 원자가 어떻게 충전(充塡)되어 있느냐는 것에 있다. 비금속 무기질 재료인 세라믹스에서는 일반적으로 큰 음이온의 틈새에 작은 양이온이 끼어드는 형태로 고체가 형성되어 있다. 양이온과 음이온 간에서는 전기적으로 인력이 작용하여 강한 결합이 생기는데, 이것을 이온결합이라 하며, 세라믹스 중에서도 인접하는 두 개의 원자가 전자를 공유하는 형태의 결합, 즉 공유결합도 존재한다. 일반적으로 서로 다른 원소의 원자기리의 결합은 이온결합과 공유결합 중의 어느 한쪽이라기보다는 그 중간상태에 있다.

 

내열성을 지배하는 배위수

배위수라고 하는 것은 양이온이 몇 개의 음이온 틈새에 들어가 있는가를 가리키는 수이다.

일반적으로 이온반경비로부터 예상되는 배위가 실제로 발생하고, 더욱이 기하학적으로 허용되는 하한의 이온반경에 가가울수록 안정한 물질이라고 할 수 있다.

같은 배위수로서 같은 양이온과 음이온의 비일 경우에는, 기하학적으로 무리가 작은 것일수록 융점이 높다. 즉 내열성이다.

 

지르코니아를 안정시킨 이온

지르코니아(ZrO2)는 8배위의 구조를 취하리라고 예상되지만 실제로는 이상적인 반경(1.025A)보다 상당히 작기 때문에 8개의 산소이온의 꼭 중간에 존재할 수 없고 한쪽으로 기울어 버리고 융점도 낮아지고 있다.(융점 2700℃) 이 결점을 제거하기 위해 안정화 지르코니아에는 Ca와 Y 라는 다른 종류의 이온이 가해져 있었다. 즉 보다 안정하게 하기 이해서는 무리한 배위를, 다른 종류의 이온을 소량 가함으로써 안정된 배위로 바꾸어주면 되었던 것이다.

 

2. 특이한 성질의 원인

결손 ? 침입 ? 치환

원자 또는 이온이 충전되는 상태에는 군데군데에서는 본래 충전되어 있었을 터인 것이 빠졌거나(결손), 삽입될 턱이 없는 곳에 들어가 있거나(침입), 틀리는 원자 또는 이온이 들어가 있거나(치환)하는 일이 있다. 이들의 구조적 결함을 「격자결함」(格子缺陷)이라 한다. 특히 치환형의 것은 미량의 성분이 결정 속에 고용(固溶)됨으로써 생기는 것으로 도전성에 큰 영향을 끼친다.

 

논스토이키오메트리

산화티타늄(TiO2), 산화코발트(CoO) 등에서는 양이온과음이온의 비가 반드시 조성식(組成式)으로 나타내어지듯이 꼭 1 : 2 또는 1 : 1 이 아니다. 이와 같은 물질을 논스토이키오메트리(Non-stoichiometry)라 부른다.

산화티타늄에 있어서는 과잉 Ti의 양은 산소압이 높아지면 줄어들고, 낮아지면 증가한다. 산화코발트에서는 코발트의 부족한 정도가 산소압이 높아지면 증가하고 낮아지면 감소한다. 이 때문에 산화티타늄에서는 마이너스 전하를 갖는 전자에 의한 도전성은 산소압이 높을 때는 작고, 가연성 가스가 과잉하게 존재하는 따위의 산소압이 낮을 때는 커진다. 산화코발트에서는 도전성은 가연성 가스가 부족해 있을 때에 크고, 반대로 과잉일 때에는 작아진다.

 

제2차구조 ? 재료조직

세라믹스의 물성 중에는 몇 가지 원인만으로 결정될 수 없는 것이 많다.

바리스터 특성은 한쪽이 다른 쪽의 결정구조 속으로 끼어들지 않고 입자는 산화아연, 입계 또는 입자 사이를 메우는 것은 산화비스무트라고 하는 특수한 구조를 만들기 때문에 나타난다. 이온이나 원자의 충전 또는 격자결함과는 차원이 다르다는 의미에서 이런 것을 제2차 구조 또는 재료조직(材料組織)이라 부른다. 제 2차 구조가 되면 제 2성분 이하는 아무것도 없는 것, 즉 빈 「공간」일 수도 있다. 경석(輕石)과 같은 구멍투성이의 재료인 다공질 세라믹스는 기본적인 특성 외에 경량이고, 가스흡착성, 흡수성, 단열성을 갖는다. 그 이용범위는 탈취제, 촉매의 담체, 효소의 담체, 단열재, 여과장치 등 다양하다.

 

 

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