[학위논문]교반주조법에 의해 제조된 알루미늄-탄소섬유 복합재의 기계적 특성에 미치는 전류공급효과 Effects of applied electrical current on mechanical characteristics of aluminum-carbon fiber composite processed by stir casting원문보기
탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 기지 금속 내부에 탄소섬유를 강화재로 균일 분포시킨 것이다. 또한 경량이면서 강도와 강성이 높고, 전기전도도와 열전도도가 우수하며, 열팽창계수가 낮고, 내마모성과 고온특성이 우수하기 때문에 자동차, 항공기 등과 같은 수송기기용 구조재, 기계산업 소재, 토목건축분야 소재, 에너지분야 소재, 레저와 스포츠용 소재 및 전기전자재료 등으로 사용이 기대되기 때문에 광범위한 연구 개발이 진행되고 있다. 알루미늄-탄소섬유 복합재의 열적, 전기적 및 기계적 특성을 향상시키기 위해서 알루미늄 기지 금속 내부에 탄소섬유의 균일분산, 알루미늄-탄소섬유 계면의 결합강도 향상, 및 복합재 내부의 결함 최소화 등의 핵심기술의 개발이 필요하며, 이들 핵심기술들은 첨가되는 탄소섬유의 종류, 크기, 형상, 부피분율, 및 제조공정 등에 크게 좌우된다. 본 연구에서는 액상제조공정 기술중 가장 경제적인 방법으로 알려져 있는 교반주조법을 이용하여 알루미늄-탄소섬유 복합재를 제조하였다. 액상알루미늄에 의한 탄소의 ...
탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 기지 금속 내부에 탄소섬유를 강화재로 균일 분포시킨 것이다. 또한 경량이면서 강도와 강성이 높고, 전기전도도와 열전도도가 우수하며, 열팽창계수가 낮고, 내마모성과 고온특성이 우수하기 때문에 자동차, 항공기 등과 같은 수송기기용 구조재, 기계산업 소재, 토목건축분야 소재, 에너지분야 소재, 레저와 스포츠용 소재 및 전기전자재료 등으로 사용이 기대되기 때문에 광범위한 연구 개발이 진행되고 있다. 알루미늄-탄소섬유 복합재의 열적, 전기적 및 기계적 특성을 향상시키기 위해서 알루미늄 기지 금속 내부에 탄소섬유의 균일분산, 알루미늄-탄소섬유 계면의 결합강도 향상, 및 복합재 내부의 결함 최소화 등의 핵심기술의 개발이 필요하며, 이들 핵심기술들은 첨가되는 탄소섬유의 종류, 크기, 형상, 부피분율, 및 제조공정 등에 크게 좌우된다. 본 연구에서는 액상제조공정 기술중 가장 경제적인 방법으로 알려져 있는 교반주조법을 이용하여 알루미늄-탄소섬유 복합재를 제조하였다. 액상알루미늄에 의한 탄소의 접촉각 (wetting angle)이 700oC에서 약 140 ~ 160o 정도이며, 알루미늄과 비교하여 탄소섬유의 비중이 낮기 때문에 용탕에 투입된 탄소섬유는 전부 용탕표면으로 부상하게 되고 임펠러 교반에 의해서 강제적으로 용탕내부로 주입시 알루미늄과 탄소섬유 계면에 취약한 Al4C3 층이 형성되어 복합재의 기계적 특성이 현저히 저하되는 문제가 발생한다. 상기 문제점들을 해결하기 위해 많은 연구자들은 탄소섬유의 표면에 금속 (Ni, Cu, Ti, Ag 등) 또는 탄화물 (SiC, TiC 등), 산화물 (Al2O3, TiO2, SiO2 등)을 코팅처리하거나, 알루미늄 용탕에 탄소섬유의 접촉각을 감소시킬 수 있는 금속들을 합금화하는 연구가 많이 진행되고 있으나, 아직까지 만족할 만한 연구결과들은 보고되고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 교반주조법과 전기조절기술 (EMT, Electric Modification Technology)을 혼합하여 알루미늄-탄소섬유 복합재를 제조하였다. 즉, 순수한 알루미늄 (99.99%)을 흑연도가니에 장입한 후 전기로를 이용하여 720℃까지 가열하여 알루미늄 용탕을 형성시킨 후 흑연 임펠러를 이용하여 700rpm으로 용탕을 교반하면서 직류전류를 공급함과 동시에 일정한 속도로 탄소섬유를 투입한 후 철몰드에 주조하여 알루미늄-탄소섬유 복합재를 제조한 후 기계적 특성과 미세조직을 관찰하였다. 전기조절기술에 의해서 5wt%CF까지 기지조직에 균일하게 분산되며, 항복강도와 인장강도는 첨가량에 비례하여 증가하였으나, 연신율은 감소하는 경향을 나타내었다. 아울러 알루미늄과 탄소섬유의 계면에는 나노크기의 Al2O3와 Al4C3 상으로 이루어진 복합 반응층이 관찰되었다.
탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 기지 금속 내부에 탄소섬유를 강화재로 균일 분포시킨 것이다. 또한 경량이면서 강도와 강성이 높고, 전기전도도와 열전도도가 우수하며, 열팽창계수가 낮고, 내마모성과 고온특성이 우수하기 때문에 자동차, 항공기 등과 같은 수송기기용 구조재, 기계산업 소재, 토목건축분야 소재, 에너지분야 소재, 레저와 스포츠용 소재 및 전기전자재료 등으로 사용이 기대되기 때문에 광범위한 연구 개발이 진행되고 있다. 알루미늄-탄소섬유 복합재의 열적, 전기적 및 기계적 특성을 향상시키기 위해서 알루미늄 기지 금속 내부에 탄소섬유의 균일분산, 알루미늄-탄소섬유 계면의 결합강도 향상, 및 복합재 내부의 결함 최소화 등의 핵심기술의 개발이 필요하며, 이들 핵심기술들은 첨가되는 탄소섬유의 종류, 크기, 형상, 부피분율, 및 제조공정 등에 크게 좌우된다. 본 연구에서는 액상제조공정 기술중 가장 경제적인 방법으로 알려져 있는 교반주조법을 이용하여 알루미늄-탄소섬유 복합재를 제조하였다. 액상알루미늄에 의한 탄소의 접촉각 (wetting angle)이 700oC에서 약 140 ~ 160o 정도이며, 알루미늄과 비교하여 탄소섬유의 비중이 낮기 때문에 용탕에 투입된 탄소섬유는 전부 용탕표면으로 부상하게 되고 임펠러 교반에 의해서 강제적으로 용탕내부로 주입시 알루미늄과 탄소섬유 계면에 취약한 Al4C3 층이 형성되어 복합재의 기계적 특성이 현저히 저하되는 문제가 발생한다. 상기 문제점들을 해결하기 위해 많은 연구자들은 탄소섬유의 표면에 금속 (Ni, Cu, Ti, Ag 등) 또는 탄화물 (SiC, TiC 등), 산화물 (Al2O3, TiO2, SiO2 등)을 코팅처리하거나, 알루미늄 용탕에 탄소섬유의 접촉각을 감소시킬 수 있는 금속들을 합금화하는 연구가 많이 진행되고 있으나, 아직까지 만족할 만한 연구결과들은 보고되고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 교반주조법과 전기조절기술 (EMT, Electric Modification Technology)을 혼합하여 알루미늄-탄소섬유 복합재를 제조하였다. 즉, 순수한 알루미늄 (99.99%)을 흑연도가니에 장입한 후 전기로를 이용하여 720℃까지 가열하여 알루미늄 용탕을 형성시킨 후 흑연 임펠러를 이용하여 700rpm으로 용탕을 교반하면서 직류전류를 공급함과 동시에 일정한 속도로 탄소섬유를 투입한 후 철몰드에 주조하여 알루미늄-탄소섬유 복합재를 제조한 후 기계적 특성과 미세조직을 관찰하였다. 전기조절기술에 의해서 5wt%CF까지 기지조직에 균일하게 분산되며, 항복강도와 인장강도는 첨가량에 비례하여 증가하였으나, 연신율은 감소하는 경향을 나타내었다. 아울러 알루미늄과 탄소섬유의 계면에는 나노크기의 Al2O3와 Al4C3 상으로 이루어진 복합 반응층이 관찰되었다.
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