첨단 세라믹스 해외기술정보

새로운 하이드라이드 기상성장법 개발
질화알루미늄 단결정 양산에 길
東京農工大學의 고우키츠 아키노리 교수, 熊谷義直 조교수 등과 日本輕金屬은 공동으로 고순도 3염화알루미늄 가스소스를 원료로 이용한 하이드라이드 기상성장법(HVPE)을 개발, 고품질 질화알루미늄 후막(厚膜) 단결정 성장의 양산대응에 최초로 성공했다. 심자외(深紫外)발광용 질화알루미늄 기판을 만드는 기술로 3염화알루미늄을 5나인까지 고순도화하여 실현했다. 이로써 고품질의 질화알루미늄 호모에피택시얼 박막성장으로 이어지는 질화알루미늄 기판을 유기금속기상성장(MOCVD)급으로 양산할 수 있게 된다고 한다.
고우키츠 교수 등은 이미 열역학 해석 등을 구사하여 알루미늄 원료분자를 선택적으로 제어하는 방법으로 최초로 HVPE로 질화알루미늄의 고품질 단결정 성장에 성공한 바 있다. 지금까지 단순한 염화알루미늄의 경우는 석영관의 부식을 피할 길이 없었는데, 3염화알루미늄을 이용함으로써 그 문제를 해결했다. 이번에 다시 그 HVPE에서 걸림돌이었던 양산성에 길을 열었다.
종래의 HVPE는 알루미늄 금속에서 3염화알루미늄 가스를 제작하는 원료반응부와 그 가스와 암모니아를 반응시켜서 질화알루미늄을 에피택시얼성장시키는 성장반응부로 이루어져 있다. 금속 알루미늄이 없어지면 성장을 일단 멈추고 보급하는 등 프로세스도 복잡했다.
이번에 日本輕金屬과 공동으로 고순도 가스소스를 개발하였으므로, 반응용기 자체를 내식성으로 바꾸고, 출발원료도 6나인에서 7나인으로 고순도화한 이외에, 흡습성이 강한 질화아루미늄의 정제기술을 연구하는 등으로 고순도화를 실현했다.
이로써 MOCVD급으로 가스소스의 공급만 해 주면 HVPE가 가능하게 되었다. 성장을 중단하고 금속 알루미늄을 보급하는 것과 같은 번잡함도 필요치 않게 된다. 불순물 분석이나 X선 회절 등으로 금속알루미늄을 이용한 종래의 HVPE에 의한 것과 동등한 품질을 얻을 수 있다고 한다.
질화알루미늄은 파장 200나노미터의 심자외 발광재료이다. 신기술로 얻어지는 질화알루미늄 기판을 이용하면 질화알루미늄 발광 다이오드나 레이저를 고품질화할 수 있고, 형광발광에 의한 백색광원이나 심자외 광원의 의료 응용 등 폭넓은 분야에서의 응용으로 이어진다. (NK)

SiC 섬유로 구성된 세라믹 폼 제조 성공
Pratt & Whitney와 공동 연구하에, Connecticut 대학의 학생들은 고온 화합물 재료로 사용할 수 있는 속이 빈 SiC 섬유로 구성된 섬유질 세라믹 폼을 제조하는데 성공하였다. 폼은 저가의 흑연 펠트에 화학 기상 침투(CVI)법을 사용하여 형성되었다. 흑연 코어가 산화되면 속이 빈 실리콘 카바이트 관을 구성하는 폼이 형성된다.
이들 폼은 고온 샌드위치 구조 재료의 현재 경량 코어로 사용되고 있다. 제품 제조 과정에는 폴리머 침투 합성과 CVI법 모두 사용된다. 세라믹 폼 코어와 CMC 층상 구조 간의 결합 문제는 추가적인 연구가 필요한 실정이다.  (ACB)

고속 가열 속도를 사용한 새로운 제조 기술 개발
나노 단위에서 재료를 조절함으로써, ORNL의 연구진들은 태양 전지에서부터 컴퓨터, 평판 디스플레이에 이르는 제품들의 제조 공정을 크게 향상시킬 수 있다고 생각하였다.
이러한 낙관적인 생각의 중심에는 기존에 제시되어 왔던 기술보다 3000배나 빠른 가열 속도와 3배 가량 높은 공정 온도를 낼 수 있는 750kW의 방사 플라즈마 아크 램프가 있었다. Mattson 기술과 ORNL에 의해 디자인되고 개발된 이 램프는 표면을 초당 1 백만 °F의 속도로 가열할 수 있다.
이러한 램프의 성능에 ORNL의 독자 기술인 펄스 열 처리 기술이 더해져 이미 알루미늄에 내마모성 코팅의 성능을 크게 향상시키는 등 다른 여러 제품에 응용된 바 있다. 연구진은 플랙서블 태양전지와 플랙서블 평판 디스플레이를 가능케 할 플랙서블 전자 부품과 같은 다른 부품을 혼합체에 더하고자 한다.
플라즈마 아크 램프는 1000cm2의 영역을 처리할 수 있고 12MW의 에너지를 1m/sec 동안 조사할 수 있다. 펄스 열처리 방법은 박막 트랜지스터와 자성 매체 등에 응용될 것으로 보이지만 특히 보다 효율이 높은 태양전지를 개발하고자 하는 광전변환공학에 큰 기여를 할 것으로 예상되고 있다. (ACB)

파괴 불안정의 비밀
독일 Max-Plank 금속 연구소와 미국 MIT의 연구진은 깨지기 쉬운 재료에서 어떻게 크랙이 전파하는지와 파괴 불안정의 동적 물리 현상에 대한 중요한 통찰을 제공할 수 있도록 원자단위의 시뮬레이션을 진행하였다.
연구진은  이동 크랙 선단 근처의 극한의 변형 조건에서 재료의 특성이 파괴 불안정성을 좌우한다는 정량적인 결과를 내보였다.
파괴에 대해 현존하는 대부분의 이론은 스트레스와 변형간의 선형 관계를 가정하여 적은양의 재료 변형에 근거하고 있다. 그러나 실제 고체에서 스트레스와 변형은 이동 크랙 선단 근처의 큰 변형 때문에 비선형적이다. 이러한 사실은 재료내부의 원자 또는 분자 단위의 상호작용으로부터 알 수 있었다.
이번 연구는 나노크기에서 빌딩에 이르기까지 넓은 범위의 크기에서 어떻게 재료가 파괴되는지 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대되고 있다. (ACB)

굴절률 높인 투광성 세라믹스 개발
(주)村田製作所는 단파장 투과율이 상당히 높은 투광성 세라믹스(루미세라)의 신재료(Type-Z)를 개발했다.
이 회사는 마이크로파용 유전체 세라믹스의 재료이다. 프로세스 기술을 베이스로 하여 높은 굴절률을 가지며, 복굴절이 없는 투광성 세라믹스(루미세라)의 개발을 추진해 왔다. 그 결과, 2004년에 세계 최초의 세라믹스 렌즈로서 광학용도에서의 실용화에 이르렀다. 이 재료(Type-E)는 높은 굴절률과 넓은 투과대역 등의 우수한 광학특성과 높은 화학적 안정성(내산성, 내수성 모두 1급)을 갖고 있는데, 고굴절률 유리에서도 볼 수 있듯이 약간의 황색 착색이 있기 때문에 이용 가능한 두께와 파장대에 제약이 있었다.
이번에 이 과제의 해결에 몰두하여 Type-E의 우수한 특성을 유지하면서, 한 없이 무색에 가까운 단파장 투과율이 상당히 높은 신재료 (Type-Z) 개발했다. 신재료의 굴절률은 가시광(380㎜~780㎜)의 기준이 되는 d선(587㎜)에서 2.095로 Type-E의 2.082보다도 높은 값을 갖고 있다. 또 재료설계와 제조 프로세스의 재검토로 가시광 전역에 걸쳐 높은 투과율을 가짐과 함께 Type-E와 시판되는 고굴절률 유리에서는 투과가 어려운 가시광 하한보다 조금 낮은 I선(365㎜)등의 단파장 광도 투과할 수 있다. 또 Type-E와 마찬가지로 Pb등의 환경부하 물질은 일체 포함하고 있지 않아 환경친화적인 재료이다. 이러한 우수한 물성을 가짐으로써 광학소자의 소형화만이 아니라 새로운 이용 용도의 확대를 기대하고 있으며 조만간 양산 실용화할 예정이다. (CJ)

날 부분 조절할 수 있는 감자칼 발매
京세라는 파인세라믹스제로 날 부분의 각도를 조절할 수 있는 필러(감자칼)를 발매했다. 본체에 대해 날 부분을 T자형이나 I자형 등으로 설정함으로서 야채나 과일을 벗기기 쉽게 한다. 날 부분 가동형은 이 회사가 최초 발매했으며, 월 1만 2천 개의 판매를 전망한다. 본체의 길이는 18센티이다. 마모가 적고 녹이 슬지 않는 파인세라믹스제 날 부분과 본체 접속부에 있는 손잡이를 손으로 돌려서 180도 범위에서 5단계로 조절한다. 
이 회사의 종래 제품은 T자형 뿐이었는데, 가령 I자형으로 해서 과일칼처럼 사용할 수도 있다. 이용자가 왼손잡이여도 대응할 수 있다. 가격은 1800엔 정도이다. (일경산업)