표제지
Abstract
요약
목차
제1장 서론 17
1.1. 연구배경 및 목적 17
제2장 이론 19
2.1. 탄소재료의 구조 및 흑연 19
2.1.1. 탄소의 기본 구조 19
2.1.2. 탄소재료의 결정성 및 등방성과 이방성 23
2.1.3. 흑연 26
2.2. 유리질 탄소(Glassy carbon) 27
2.2.1. 유리질 탄소 27
2.2.2. 유리질 탄소의 구조 및 모델 28
2.3. 페놀수지(Phenolic resin) 30
2.3.1. 페놀수지(phenolic resin) 30
2.3.2. 페놀수지의 경화 및 탄화 32
2.4. 인조흑연블록 34
2.4.1. 인조흑연블록 34
2.4.2. 등방성 인조흑연블록 34
2.4.3. 이방성 인조흑연블록 34
2.5. 인조흑연블록의 제조 공정 35
2.5.1. 인조흑연블록의 제조 공정 35
2.5.2. 분쇄 및 혼합, 혼련 37
2.5.3. 성형 37
2.5.4. 탄화 40
2.5.5. 함침 41
2.5.6. 흑연화 43
2.5.7. 고순화 48
제3장 실험 50
3.1. 원료 페놀수지, 경화체 및 탄화체 제조 및 분석 50
3.1.1. 원료 50
3.1.2. 페놀수지 경화체 및 탄화체 제조 52
3.1.3. 페놀수지 경화체 및 탄화체 분석 53
3.2. 인조흑연블록 제조 55
3.2.1. 원료 55
3.2.2. 성형체 제조 56
3.2.3. 경화 및 탄화 57
3.2.4. 흑연화 59
3.3. 탄화 블록 및 흑연화 블록 물성 분석 60
3.3.1. 밀도 및 기공률 분석 60
3.3.2. 전기비저항 분석 60
3.3.3. 굴곡강도 분석 62
3.3.4. 쇼어경도 분석 63
3.4. 흑연화 블록 산화 시험 및 분석 64
3.4.1. 샘플링 64
3.4.2. 산화 시험 65
3.4.3. 산화 흑연화 블록 분석 67
제4장 결과 및 고찰 68
4.1. 원료 페놀수지, 경화체 및 탄화체 제조 및 분석 68
4.1.1. 원료 페놀수지 및 경화체의 열중량 분석 68
4.1.2. 원료 페놀수지 및 경화체의 FT-IR 분석 72
4.1.3. 경화 온도별 탄화체의 Raman 분광기 분석 76
4.1.4. 탄화 페놀수지 및 경화 후 탄화체의 미세조직 분석 77
4.2. 탄화 블록 분석 79
4.2.1. 원료 충진재 코크스 입도 분석 79
4.2.2. 탄화 블록의 밀도 및 기공률 분석 81
4.2.3. 탄화 블록의 전기비저항 분석 84
4.2.4. 탄화 블록의 굴곡강도 분석 86
4.2.5. 탄화 블록의 쇼어경도 분석 88
4.3. 흑연화 블록 분석 90
4.3.1. 흑연화 블록의 부피밀도 및 기공률 분석 90
4.3.2. 흑연화 블록의 전기비저항 분석 93
4.3.3. 흑연화 블록의 굴곡강도 분석 95
4.3.4. 흑연화 블록의 쇼어경도 분석 97
4.3.5. 흑연화 블록의 내산화성 분석 99
제5장 결론 102
참고문헌 104
Table 2.1. 성형 기술별 특징 39
Table 2.2. 고순화 공정별 대표적인 불순물 함량 49
Table 3.1. 본 연구에서 사용한 페놀수지 spec 51
Table 4.1. 원료 페놀 및 경화 온도별 제조된 경화체의 ~900℃ 탄화수율 70
Table 4.2. 본 연구에서 측정된 IR 스펙트럼 파수 및 관능기 75
Table 4.3. 코크스의 입도 분석 결과 80
Table 4.4. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 탄화 블록의 (a) 부피밀도, (b) 기공률 82
Table 4.5. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 탄화 블록의 전기비저항 85
Table 4.6. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 탄화 블록의 굴곡강도 87
Table 4.7. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 탄화 블록의 쇼어경도 89
Table 4.8. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 부피밀도, 기공률 91
Table 4.9. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 전기비저항 94
Table 4.10. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 굴곡강도 96
Table 4.11. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 쇼어경도 98
Fig. 2.1. 탄소의 혼성궤도 20
Fig. 2.2. 다이아몬드의 구조 21
Fig. 2.3. 흑연의 결정구조 22
Fig. 2.4. Franklin의 탄소 모델 25
Fig. 2.5. 유리질 탄소의 구조 모델 (a) Franklin model, (b) Jenkins and Kawamura model, (c) Ban model, (d) Shiraishi model, (e)... 29
Fig. 2.6. 페놀 포름알데하이드 수지 합성 31
Fig. 2.7. 페놀수지의 열분해 과정 33
Fig. 2.8. 인조흑연블록 제조 공정 모식도 36
Fig. 2.9. 인조흑연블록 제조를 위한 성형 기술. 38
Fig. 2.10. 피치 함침 공정 모식도. 42
Fig. 2.11. 흑연화 온도에 따른 석유계 코크스의 회절 패턴. 44
Fig. 2.12. 다양한 흑연화 온도에서의 기저면 간격. 45
Fig. 2.13. 이상적인 흑연 구조의 작은 distortions. 46
Fig. 2.14. The Acheson furnace. 47
Fig. 3.1. 본 연구에 사용된 원료 페놀수지 51
Fig. 3.2. 경화 온도별 제조된 경화체 및 탄화체 52
Fig. 3.3. 본 연구에 사용된 원료 (a) 페놀수지, (b) 등방성 코크스 55
Fig. 3.4. 페놀수지 등방성 코크스를 통해 제조된 성형체 56
Fig. 3.5. 본 연구에 사용된 경화 후 성형체 58
Fig. 3.6. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따라 제조된 탄화 후 성형체 (a) 성형 후 탄화 블록(승온속도 5℃/min), (b) 성형 후 탄화 블록(승온속도... 58
Fig. 3.7. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따라 제조된 흑연화 블록 (a) 성형 후 탄화 시 승온속도 5℃/min 흑연화 블록, (b) 성형 후 탄화 시... 59
Fig. 3.8. 전압강하 시험법 모식도 61
Fig. 3.9. 본 연구에서 이용한 3점 굽힘 시험 사진 62
Fig. 3.10. 본 연구에 이용된 쇼어경도 시험법 63
Fig. 3.11. 본 연구에 사용된 산화 시험용 인조흑연블록 64
Fig. 3.12. 본 연구에 사용된 산화용 관상로 65
Fig. 3.13. 산화 실험 후 흑연화 블록 (a) 성형 후 탄화 시 승온속도 5℃/min 흑연화 블록, (b) 성형 후 탄화 시 승온속도 2℃/min 흑연화 블록, (c) 150℃... 66
Fig. 4.1. 원료 페놀수지 및 경화 온도별 제조된 경화체의 TGA 곡선 (a) 온도 범위 ~900℃, (b) 온도 범위 ~300℃ 70
Fig. 4.2. 원료 페놀수지 및 경화 온도별 제조된 경화체의 DTG 곡선 71
Fig. 4.3. 원료 페놀수지 및 경화 온도별 제조된 경화체의 FT-IR 스펙트럼 74
Fig. 4.4. (a) 경화 온도별 제조된 탄화체의 Raman shift, (b) 경화 온도별 제조된 탄화체의 D-band와 G-band의 강도비(ID/IG)[이미지참조] 76
Fig. 4.5. 탄화 페놀수지의 미세조직 (a) 탄화 페놀수지 x100, (b) 탄화 페놀수지 x500 78
Fig. 4.6. 150℃ 경화 후 탄화체의 미세조직 (a) 경화 후 탄화체 x100, (b) 경화 후 탄화체 x500, (c) 경화 후 탄화체 내부 크랙 x500 78
Fig. 4.7. 코크스의 입도 분석 79
Fig. 4.8. 코크스의 형상 (a) x100, (b) x500, (c) x1000, (d) x10000 80
Fig. 4.9. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 탄화 블록의 (a) 부피밀도, (b) 기공률 83
Fig. 4.10. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 탄화 블록의 전기비저항 85
Fig. 4.11. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 탄화 블록의 굴곡강도 87
Fig. 4.12. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 탄화 블록의 쇼어경도 89
Fig. 4.13. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 (a) 부피밀도, (b) 기공률 92
Fig. 4.14. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 전기비저항 94
Fig. 4.15. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 굴곡강도 96
Fig. 4.16. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 쇼어경도 98
Fig. 4.17. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 산화 전후 중량 변화율 100
Fig. 4.18. 경화 유무 및 탄화 시 승온속도에 따른 흑연화 블록의 산화 후 미세조직 (a) C5-G x100, (b) C5-G x500, (c) C2-G x100, (d) C2-G x500,... 101
수식 3.1. 기공률 60
수식 3.2. 부피 밀도 60
수식 3.3. 전기비저항 61