비정질 합금은 일반 결정질 금속과는 달리 결정립계가 존재하지 않고 액체와 같은 무질서한 원자 구조를 갖기 때문에 높은 강도 (2∼5 GPa), 넓은 탄성한계 영역 (∼2%), 우수한 연자성 특성과 마모 및 부식 저항성을 갖는다 [1,2]. 그러나, 벌크 비정질 합금은 상온에서 소성변형없이 급작스럽게 파단되는 단점을 가지고 있어 구조용 재료로서 산업적인 응용이 제한되고 있습니다. 비정질 금속의 우수한 특성을 응용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 결과 TFMG(...
비정질 합금은 일반 결정질 금속과는 달리 결정립계가 존재하지 않고 액체와 같은 무질서한 원자 구조를 갖기 때문에 높은 강도 (2∼5 GPa), 넓은 탄성한계 영역 (∼2%), 우수한 연자성 특성과 마모 및 부식 저항성을 갖는다 [1,2]. 그러나, 벌크 비정질 합금은 상온에서 소성변형없이 급작스럽게 파단되는 단점을 가지고 있어 구조용 재료로서 산업적인 응용이 제한되고 있습니다. 비정질 금속의 우수한 특성을 응용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 결과 TFMG(thin film metallic glass)가 개발되었습니다 [3,4]. TFMG는 비정질 구조를 갖는 박막을 말하며 기계적 특성, 마찰 특성, 내부식성 등 우수한 특성을 보이기 때문에 기존의 제품에 박막을 증착시켜 강도 및 피로파괴의 저항성을 향상시켜 사용되고 있으며 [5], 현재 MEMS의 소재로서 많이 응용되고 있으며 [6], 바이오 소재로 사용 가능성을 가지고 있습니다 [7]. 특히 Zr-based TFMG는 우수한 기계적 특성과 마찰특성, 피로특성뿐만 아니라 높은 부식 저항성 때문에 많이 연구되고 있으며 [5-9], TFMG을 산업적으로 더 많이 응용하기 위해서는 열역학적 관점으로서의 연구가 필요하며 지속적으로 연구되어야합니다. TFMG의 열역학적 분석은 시차열분석기(DSC)를 이용하여 분석할 수 있습니다. 비정질 금속은 열역학적으로 준안정한 상태이기 때문에 비정질상에서 결정상으로의 상변태 거동이 중요하며, 과냉각 액상영역내에서의 결정화 거동 연구는 비정질 금속의 물성을 제어하고 최적화 하는데 도움을 줍니다. 뿐만 아니라, 결정화 거동은 비정질 금속의 상대적인 열적 안정성에 대한 정보를 주기 때문에 [11] 결정화 거동의 열역학적 및 속도론적 고찰에 대한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 많은 연구자들이 비정질 금속의 결정화 거동을 이해하기 위한 연구가 많이 진행되고 있음에도 불구하고, 명확하게 밝혀지지 않고 있는 실정입니다. 결정화 거동의 속도론적 관점은 주로 활성화 에너지와 결정화 기구에 의해 설명되며, 이를 통해 자세한 결정화 과정을 분석할 수 있습니다 [12]. 결정화 기구는 Johnson - Mehl – Avrami식 [13]을 이용하여 계산된 Avrami 지수를 통해 측정되며 Avrami 지수를 통해 핵 생성과 성장의 기구 및 형상을 확인할 수 있습니다. 비정질 합금을 제조하기 위해서는 우수한 열적 안정성을 갖는 것이 중요합니다. 비정질 합금의 상대적 열적 안정성은 활성화 에너지에 의해 측정될 수 있으며, 핵 생성과 성장에 영향을 줍니다. 이와 같은 결정화를 위한 활성화 에너지는 Kissinger식 [15]을 이용하여 측정할 수 있습니다. 본 연구에서는 우수한 비정질 형성능을 갖는 Zr-Al-Ni-Cu 비정질 금속의 결정화 거동을 열역학적 및 속도론적으로 고찰하였습니다. 비정질 리본과 TFMG은 급냉응고법인 melt spinnet와 DC magnetron sputter을 이용하여 제조되었으며, 제조된 리본과 박막의 결정화 거동 및 속도론을 분석하기 위하여 시차열분석기를 이용하여 isothermal과 non-isothermal 열처리를 실시하였습니다. 열처리 동안에 비정질상에서 결정상으로의 상 변태 거동을 확인하기 위하여 X-ray 회절과 투과전자현미경을 이용하여 분석하였으며 비정질 박막이 구조용 소재로서 적합한지 확인하기 위하여 nanoindentation을 이용하여 기계적 특성을 분석하였습니다.
비정질 합금은 일반 결정질 금속과는 달리 결정립계가 존재하지 않고 액체와 같은 무질서한 원자 구조를 갖기 때문에 높은 강도 (2∼5 GPa), 넓은 탄성한계 영역 (∼2%), 우수한 연자성 특성과 마모 및 부식 저항성을 갖는다 [1,2]. 그러나, 벌크 비정질 합금은 상온에서 소성변형없이 급작스럽게 파단되는 단점을 가지고 있어 구조용 재료로서 산업적인 응용이 제한되고 있습니다. 비정질 금속의 우수한 특성을 응용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 결과 TFMG(thin film metallic glass)가 개발되었습니다 [3,4]. TFMG는 비정질 구조를 갖는 박막을 말하며 기계적 특성, 마찰 특성, 내부식성 등 우수한 특성을 보이기 때문에 기존의 제품에 박막을 증착시켜 강도 및 피로파괴의 저항성을 향상시켜 사용되고 있으며 [5], 현재 MEMS의 소재로서 많이 응용되고 있으며 [6], 바이오 소재로 사용 가능성을 가지고 있습니다 [7]. 특히 Zr-based TFMG는 우수한 기계적 특성과 마찰특성, 피로특성뿐만 아니라 높은 부식 저항성 때문에 많이 연구되고 있으며 [5-9], TFMG을 산업적으로 더 많이 응용하기 위해서는 열역학적 관점으로서의 연구가 필요하며 지속적으로 연구되어야합니다. TFMG의 열역학적 분석은 시차열분석기(DSC)를 이용하여 분석할 수 있습니다. 비정질 금속은 열역학적으로 준안정한 상태이기 때문에 비정질상에서 결정상으로의 상변태 거동이 중요하며, 과냉각 액상영역내에서의 결정화 거동 연구는 비정질 금속의 물성을 제어하고 최적화 하는데 도움을 줍니다. 뿐만 아니라, 결정화 거동은 비정질 금속의 상대적인 열적 안정성에 대한 정보를 주기 때문에 [11] 결정화 거동의 열역학적 및 속도론적 고찰에 대한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 많은 연구자들이 비정질 금속의 결정화 거동을 이해하기 위한 연구가 많이 진행되고 있음에도 불구하고, 명확하게 밝혀지지 않고 있는 실정입니다. 결정화 거동의 속도론적 관점은 주로 활성화 에너지와 결정화 기구에 의해 설명되며, 이를 통해 자세한 결정화 과정을 분석할 수 있습니다 [12]. 결정화 기구는 Johnson - Mehl – Avrami식 [13]을 이용하여 계산된 Avrami 지수를 통해 측정되며 Avrami 지수를 통해 핵 생성과 성장의 기구 및 형상을 확인할 수 있습니다. 비정질 합금을 제조하기 위해서는 우수한 열적 안정성을 갖는 것이 중요합니다. 비정질 합금의 상대적 열적 안정성은 활성화 에너지에 의해 측정될 수 있으며, 핵 생성과 성장에 영향을 줍니다. 이와 같은 결정화를 위한 활성화 에너지는 Kissinger식 [15]을 이용하여 측정할 수 있습니다. 본 연구에서는 우수한 비정질 형성능을 갖는 Zr-Al-Ni-Cu 비정질 금속의 결정화 거동을 열역학적 및 속도론적으로 고찰하였습니다. 비정질 리본과 TFMG은 급냉응고법인 melt spinnet와 DC magnetron sputter을 이용하여 제조되었으며, 제조된 리본과 박막의 결정화 거동 및 속도론을 분석하기 위하여 시차열분석기를 이용하여 isothermal과 non-isothermal 열처리를 실시하였습니다. 열처리 동안에 비정질상에서 결정상으로의 상 변태 거동을 확인하기 위하여 X-ray 회절과 투과전자현미경을 이용하여 분석하였으며 비정질 박막이 구조용 소재로서 적합한지 확인하기 위하여 nanoindentation을 이용하여 기계적 특성을 분석하였습니다.
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