n-InP(001)기판과 PECVD법으로 Si3N4(200nm)막이 성장된 InP 기판사이의 direct wafer bonding을 분석하였다. 두 기판을 접촉시켰을 때 이들 사이의 결합력에 크게 영향을 주는 표면 상태를 접촉각 측정과 AFM을 통해서 분석하였다. InP 기판은 50% 불산용액으로 에칭하였을 때 접촉각이 5˚, RMS roughness는 1.54Å이었다. Si3N4는 암모니아수 용액으로 에칭하였을 때 RMS roughness가 3.11Å이었다. Inp 기판과 Si3N4/InP를 각각 50% 불산 용액과 암모니아수 용액에 에칭한 후 접촉시켰을 때 상당한 크기의 초기 겹합력을 관찰할 수 있었다. 기계적으로 결합된 시편을 580˚C-680˚C, 1시간동안 수소 분위기와 질소분우기에서 열처리하였다. SAT(Scanning Acoustic Tomography)측정으로 두 기판 사이의 결합여부를 확인하였다. shear force로 측정한 InP 기판과 Si3N4/InP사이의 결합력은 Si3N4/InP 계면의 결합력만큼 증가되었다. TEM과 AES를 이용해서 di-rect water bonding 계면과 PECVD계면을 분석하였다.

질화규소-질화붕소 복합재료의 접촉하중에 의한 손상거동을 질화붕소 첨가량의 함수로 고찰하였다. Indentation응력-변형율 곡선은 선형성을 벗어나 소성 특성을 갖는 재료임이 밝혀졌으며, 재료 표면으로 부터의 ring이나 cone형상의 균열 대신 표면하부에 전단응력에 의한 마이크로 크기의 준소성 변형 영역이 넓게 형성되어 손상저항성이 높은 재료로의 활용이 기대되었다. 이 때 마이크로 파괴와 연관된 shear faults가 이 재료의 소성을 갖도록 하는데 중요한 역할을 하였다. 질화붕소의 첨가량이 증가함에 따라 질화규소-질화붕소 재료는 보다 soft해지고 준소성의 특성을 나타내었다.

In-Sit반응소결에의해 Si과 AI금속분말을 이용하여 Si3N4-AIN 복합세라믹스를 합성하였다. 합성된 Si3N4-AIN복합세라믹스의 미세조직과 결정구조를 해석하기 위해, OM, TEM, XRD및 EDX를 이용하였으며, Si3N4-AIN -20wt.%AIN복합세라믹스에서 Si의 질화율은 97%로 가장 높았다. Si3N4-AIN 복합세라믹스에서 Si의 질화율은 AI첨가량 증가에 따라 감소하였다. 대부분의 AI입자들은 다결정 AI입자들은 다결정 AIN(4-H구조)로 완전질화되었으며, 따라서 잔류 AI상은 반응소결체내에서 관찰되지 않았다. Si3N4의 결정구조는 α와 β구조가 혼재된 상태이며, 잔류 Si입자내에서는 미소균열 및 전위가 관찰되었다. AI/Si3N4와 Si3N4 두계면에서 이들은 거친 형상을 보이지만, 계면반응상은 관찰되지 않았다.

초미립 SiC분말과 SiC platelet을 2차성으로 Si3N4에 첨가하여 SiC/Si3N4 하이브리드 복합체를 가압소결로 제조한 후 2차상의 영향을 조사한 결과핫프레스법을 이용한 경우 SiC platelet은 Si3N4 기지 복합채의 치밀화를 저해하지 않고 초미립의 SiC 첨가는 Si3N4의 입성장을 효과적으로 억제하여 미세한 β-Si3N4의 grain을 형성함을 관찰하였다. 초미립 SiC첨가를 통한 복합체의 강도 증진은 상대적으로 β-Si3N4입자의 미세화에 의한 인성의 저하를 유도하나 SiC platelet을 첨가하여 급격한 강도 저하 없이 높은 인성을 갖는 하이브리드 복합체를 제조할 수 있었으며 SiC/Si3N4 하이브리드 복합체의 인성증진은 elongated β-Si3N4와 platelet SiC의 debonding에 의한 grain pull-out 영향임을 알 수 있었다.

초미립 SiC 분말을 2차상으로 Si3N4에 첨가하여 SiC/Si3N4 나노 복합체를 핫프레스법과 가스압소결고 제조하였다. 2차상으로 첨가한 SiC의 입자 크기가 β-Si3N4 나노 복합체를 제조할 수 있었다. 사온에서 800˚C까지는 강도의 1000˚C이상에서는 강도는 급격한 감소를 보였으며 이는 소결조제로 첨가한 AI2O3, Y2O3와 SiO2가 β-Si3N4의 입계에 유리상을 형성하였기 때문에 해석된다.

Si3N4가 추진기관 연소조건 하에서 흑연의 산화와 마모를 효과적으로 방지하는 다층 코팅재료로 쓰일 수 있도록 하기 위하여 저압화학기상증착법(LPCVD)으로 Si3N4를 코팅할 때의 증착특성에 대해 연구하였다. 흑연 위에 pack cementation방법으로 SiC를 코팅하고 그 위에 저압화학기상증착법으로 Si3N4를 코팅 하였으며, 증착온도와 반응기체입력비를 변화시키면서 이에 따른 증착속도와 표면형상의 변화를 관찰하였다. 증착속도는 증착온도가 높아짐에 따라 처음에는 증가하다가 최대값을 나타낸 후 감소하는 경향을 나타냈으며, 그레인의 크기는 증착온도가 높아짐에 따라 작아지는 경향을 보였다. 한편, 반응기체의 입력비가 20≤NH3/SiH4≤40인 조건에서는 증착속도의 변화나 표면형상의 변화를 관찰할 수 없었다. 증착온도 800~1300˚C 범위에서 증착된 Si3N4가 비정질상인 것을 XRD로 확인할 수 있었으며 1300˚C, 질소 분위기에서 2시간 동안 열처리하여 결정상인 Si3N4를 인을 수 있었다.

Si3N4와 BN의 선택적 산화반응과 질소분위기 소결에 의하여 Si2N2O로 결합된Si3N4-BN복합재료를 개발하였으며, 이때 산화반응 온도와 CaO의 첨가가 Si2N2O의 생성에 미치는 영향을 고찰하였다. Si2N2O상이 도입된 Si3N4-BN복합재료는 내열충격성 및 용강에 대한 내침식성이 우수하여 연속제강새안의 부품인 break ring등의 소재로 사용될 수 있다.

화학증착법에 의해 Si3N4-TiC 복합재료 위에 코팅된 TiC 박막은 TiN 박막에 비하여 우수한 미세구조와 열충격저항, 계면결합을 가지고 있는 것으로 나타났다. 화학증착법에 의한 TiN 박막은 TiC 박막에 비해 강철과의 마찰계수가 작고 화학적으로 안정하였다. 실험결과는 코팅된 절삭공구가 우수한 내 마모성을 갖고 있는 것으로 나타났다. 또한, 다중 코팅된 절삭공구는 단일 코팅된 공구보다 우수한 내 마모성을 보였다.