[논문]열.기계적 특성 향상을 위한 경사기능 재료 (FGM)

박성용; 김진홍; 김문철; 박찬경

doi:10.4150/kpmi.2004.11.1.008

열.기계적 특성 향상을 위한 경사기능 재료 (FGM)
Functionally Gradient Materials (FGMs) for Improved Thermo-mechanical Properties 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.11 no.1, 2004년, pp.8 - 15

박성용 (포항공과대학교 신소재공학과) , 김진홍 (포항산업과학연구원) , 김문철 (포항산업과학연구원) , 박찬경 (포항공과대학교 신소재공학과)

초록
AI-Helper

FGM은 원하는 물성의 점진적인 변화를 통해 재료에 다양한 특성을 확보할 수 있는 방법이다. 여러FGM의 제조 방법 중 분말야금법과 열용사법이 많이 사용되며, FGM적용은 열ㆍ기계적 물성이 요구되는 응용분야에서 가장 전망이 있고 현재 가장 많은 연구가 진행되어 왔다. 경사기능의 도입은 2층 구조의 재료에 비하여 열팽창 계수의 차이에 의한 층간 잔류응력 집중을 완화 시켜 접합 강도와 열 충격 특성 및 열피로 특성 등의 향상을 가져왔다. 그러나 120$0^{\circ}C$ 이상의 고온에서 사용되어지는 경우, 표면에서 가까이 위치한 금속부의 산화에 의해서 2층 구조보다 저하된 열피로 특성을 보였다. 이러한 점들은 FGM이 가지고 있는 근본적인 문제이므로 응용처의 환경에 대한 고려가 필요하다. 내열 재료뿐만 아니라, 구조용 재료에서도 기계적 물성의 향상을 위해 FGM이 시도되고 있는 등, 현재까지 응용분야의 확대 가능성은 무한하다. 경사 기능 재료를 실제 적용하는데 있어서 문제점으로 지적되고 있는 점들은 1)경사 기능 재료의 신뢰성, 2)경사 기능 재료의 설계, 3)경사 기능 재료의 제조 공정 등의 세 가지 문제점으로 요약할 수 있다. FGM에서의 물성의 변화는 미세구조의 변화 등으로 단순히 rule of mixture로 해석되지 않는다. 이를 위하여 최근 전산 모사를 통해 조성 경사도 및 재료 선정 등에 대한 연구가 이루어지고 있는 추세이며, 새로운 제조 방법 개발 및 개량이 꾸준히 진행되고 있어 향후 FGM의 적용에 대한 전망은 밝다.

Abstract ▼ AI-Helper

The basic concept of functionally gradient materials (FGM) is to fabricate materials type having possibilities of applications in various fields by changing their intrinsic properties with continuous gradient. The present communication has reviewed the developments and applications of various FGMs designed for improved thermo-mechanical properties, in which the thermal protective and wear resistant materials are especially focused. Effects of thermo-mechanical properties and limits of FGMs designed for high temperature applications were mainly understood in terms of residual stress evolved from the design and fabrication. In addition, FGMs applied in structural parts were also introduced and discussed in terms of typical fabrication method for FGMs.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 FGM의 제조에 사용되는 다양한 방법과 현재 FGM의 응용 단계에 있는 열 . 기계적 응용 분야에서의 발전을 살펴보고자 한다.
또한, 이들 응용 분야의 목적에 따라 다양한 FGM의 방법이 시도되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 FGM의 제조에 사용되는 다양한 방법과 현재 FGM의 응용 단계에 있는 열 . 기계적 응용 분야에서의 발전을 살펴보고자 한다.

제안 방법

600nm의 두께를 가지는 FGM와 YSZ/NiCrAlY의 2층구조의 내열재료의 단열 특성과 열충격 저항성을 buner rig test를 사용하여 측정하였다. 테스트 동안 화염에 접하는 앞면과 내열 재료의 뒷면을 실시간으로 온도를 관찰한 결과를 그림 6에 나타내었다.
기계적 요소이다. FGM과 2층 구조의 내열 재료를 고온에서 10분간 유지 후 상온까지 강제 공냉시켜 5분간 유지하는 실험을 반복하여 열피로 수명을 측정하였다(그림 8), 1000°C에서는 2층 구조의 경우 70주기의 열피로 이전에 박리에 의한 파괴가 발생하였으나, FGM은 100 주기에 가깝게 유지가 되었다. 2층 구조의 경우 열응력이 층간 계면에 집중이 되지만, FGM의 경우는 조성의 경사도로 인해 열응력의 집중이 감소되어 열피로에도 우수한 특성을 보인다.
FGM 경사 기능 재료의 치밀화 공정시 중요한 것은 금속 부위와 세라믹 부위의 소결 온도나 소결에 따른 수 축률이 다르기 때문에 소결 과정에서 시편이 뒤틀리거나 파괴되는 문제점이 발생한다1。, U). 이러한 문제점을 해결하기 위해서 제시된 방법으로는 spark plasma 소결법을 이용하여 소결 온도를 부위별로 다르게 하는 방법, 원료 분말의 입도를 다르게 하여 수축률을 같게 하는 방법以⑶, hot pressing법이나 hot isostatic pressing법과 같이 외부 압력을 가하는 방법 제시되었다. YSZ/SUS 경사기능 재료를 97-99%의 높은 상대 밀도를 얻을 수 있음을 볼 수 있다'2).
Kim⑸ 등은 폭발용사법을 이용하여 Shot control method라는 새로운 FGM의 제조 방법을 고안하였다. 폭발용사법은 1초에 4번의 폭발 화염을 발생시키는 단속적인 방법임을 이용하여 세라믹을 위한 폭발파와 금속을 위한 폭발파를 각각의 특성에 맞게 변화 시켜 그림 1과 같이 성공적으로 YSZ/NiCrAlY FGM을 제조하였다.

성능/효과

%~8wt.%까지 변화하는 FGM 을 제조하여 20%의 마모 특성 향상을 확인하였다3°). 일반적으로 세라믹과 같은 저인성의 재료에서 마모 등에 의한 파괴는 균열의 전파에 의해서 발생한다(그 림 11).
이러한 다양한 분야 중 현재까지 열 . 기계적 물성 향상을 위한 분야에서 가장 체계적이고 많은 발전을 보였다. 내열 특성을 향상 시키기 위하여 내화재료 (W, Mo, ZrO₂, AI2O₃)금속, 기계적 물성 향상을 위하여 카바이드, 금속간 화합물/금속 시스템에 대한 연구가 주류를 이룬다.
4%까지 증가시킨 경우에 열피로 저항성이 감소하는 것을 보였다. 이들 연구를 통하여 세라믹 층 의 기공도는 9~10%가 단열 및 열피로 특성을 향상 시키는 최적의 미세구조로 판단된다. 따라서 FGM을 HIP를 통해 기공도를 감소시킨 경우에 접합강도는 상승하였지만, 단열 특성 및 열피로 특성은 감소하므로 후 처리 시에 기공도에 대한 고려가 필요하다.

참고문헌 (16)

Musil, J.. Plasma spray deposition of graded metal-ceramic coatings. Surface & coatings technology, vol.52, no.3, 211-220.

상세보기
Jian, C.Y., Hashida, Toshiyuki, Takahashi, Hideaki. Thermal shock and fatigue resistance evaluation of functionally graded coating for gas turbine blades by laser heating method. Composites engineering, vol.5, no.7, 879-889.

상세보기
Suk, Myung-Jin, Choi, Sung-II, Kim, Ji-Soon, Kim, Young Do, Kwon, Young-Soon. Fabrication of a porous material with a porosity gradient by a pulsed electric current sintering process. Metals and materials international, vol.9, no.6, 599-603.

상세보기
Musil, J.. Plasma spray deposition of graded metal-ceramic coatings. Surface & coatings technology, vol.52, no.3, 211-220.

상세보기
Kim, J.H., Kim, M.C., Park, C.G.. Evaluation of functionally graded thermal barrier coatings fabricated by detonation gun spray technique. Surface & coatings technology, vol.168, no.2, 275-280.

상세보기
Khor, K.A, Gu, Y.W, Dong, Z.L. Mechanical behavior of plasma sprayed functionally graded YSZ/NiCoCrAlY composite coatings. Surface & coatings technology, vol.139, no.2, 200-206.

상세보기
Okamura, H.. State of the art of material design projects for severe service applications. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.143, no.1, 3-9.

상세보기
Gu, Y.W., Khor, K.A., Fu, Y.Q., Wang, Y.. Functionally graded ZrO₂-NiCrAlY coatings prepared by plasma spraying using pre-mixed, spheroidized powders. Surface & coatings technology, vol.96, no.2, 305-312.

상세보기
Khor, K.A, Gu, Y.W. Effects of residual stress on the performance of plasma sprayed functionally graded ZrO₂/NiCoCrAlY coatings. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.277, no.1, 64-76.

상세보기
Miller, Robert A., Lowell, Carl E.. Failure mechanisms of thermal barrier coatings exposed to elevated temperatures. Thin solid films, vol.95, no.3, 265-273.

상세보기
Zhu, Dongming, Miller, Robert A.. Investigation of thermal high cycle and low cycle fatigue mechanisms of thick thermal barrier coatings. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.245, no.2, 212-223.

상세보기
Kim, Jin Hong, Kim, Moon Chul, Park, Chan Gyung. Effects of defects on the thermal fatigue behavior of detonation-gun sprayed thermal barrier coatings. Metals and materials international, vol.7, no.6, 557-563.

상세보기
Evans, A.G., He, M.Y., Hutchinson, J.W.. Mechanics-based scaling laws for the durability of thermal barrier coatings. Progress in materials science, vol.46, no.3, 249-271.

상세보기
Riabkina-Fishman, M, Rabkin, E, Levin, P, Frage, N, Dariel, M.P, Weisheit, A, Galun, R, Mordike, B.L. Laser produced functionally graded tungsten carbide coatings on M2 high-speed tool steel. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.302, no.1, 106-114.

상세보기
Prchlik, L, Sampath, S, Gutleber, J, Bancke, G, Ruff, A.W. Friction and wear properties of WC-Co and Mo-Mo₂C based functionally graded materials. Wear: An international journal on the science and technology of friction, lubrication and wear, vol.249, no.12, 1103-1115.

상세보기
10.4028/www.scientific.net/MSF.426-432.2593

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증