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문제 정의
- 본 연구에서는 새로이 개발된 신 공정에 의한 흑연 성형품 중, 결합제로서 금속무기염을 사용한 성형품의 기계적 물성 중에서, 일차적으로 인장강도를 중심으로 기존 팽창흑연 제품과 비교 검토하여, 그 특성을 살펴보고, 새로이 개발된 공정에 의한 흑연 성형제품의 응용 및 발전방향을 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 본 실험에서는 시판 제품과 NGF법에 의한 흑연 성형품의 경도 차이를 마이크로 비커스로 측정하여, 그 차이를 비교하여 보았다. 경도계는 AKASHI(HM-122)를 사용하고, 측정하중은 25g으로, 시편 당 네 번을 측정하여, 시판품의 경우는 최저치를 NGF법에 의한 시험편은 최고치를 제외한, 평균치를 구하였다. Table 2는 경도실험 결과를 나타내고 있다.
- 본 실험에서는 시판 제품과 NGF법에 의한 흑연 성형품의 경도 차이를 마이크로 비커스로 측정하여, 그 차이를 비교하여 보았다. 경도계는 AKASHI(HM-122)를 사용하고, 측정하중은 25g으로, 시편 당 네 번을 측정하여, 시판품의 경우는 최저치를 NGF법에 의한 시험편은 최고치를 제외한, 평균치를 구하였다.
- 새로이 제안된 NGF 공법으로 제조된 고밀도 흑연재료에 대한 기계적 특성을 평가하기 위하여 시편 제작, 비중량시험, 경도실험 및 인장시험을 수행한 결과 다옴과 같은 결론을 얻었다.
- 2의 13B호 시편 형상으로 절단하여 인장시편을 만들었다. 세 번째와 네 번째 인장시편은 NGF법에 의하여, 시편형상의 금형틀에 넣어 제조하였고, 결합제로서는 금속염의 복합재질을 사용하고, 각각 압축하중을 16L8 KN과 294.2 KN으로 하여 제작하였다.
- 시판흑연판재와 NGF법에 의한 성형품의 기본적인 기계적 물성을 비교하기 위하여, 인장실험을 수행하였다. 시판품의 시편은 Fig.
- NGF법에 의하여 제작된 시편은, 성형공정의 특성상, 압연에 의한 팽창흑연 성형품과는 달리, 거의 등방성의 성질을 갖고 있으며, 기존의 시판의 팽창흑연 제품과 비교하여, 고밀도이다. 이번 실험에서는 각 시편의 외견상의 밀도차를 알아보기 위하여, 각 시편의 체적과 무게를 측정하여, 각각의 비중량을 구하여 보았다. Table 1은 네 가지 시편의 비중량을 나타내었다.
- 3 N의 로드셀이 장착된, KOSMETIC KOREA의 KOSMETM-500모델을 사용하였다. 인장실험 시 가능한 준정적 상태를 유지하기 위하여 인장속도를 1㎜/min의 속도로 인장시험 조건을 설정하였다.
- 6에 각각의 인장 시편의 조직사진의 예를 나타내었다. 조직은 파단부와 그립부의 영향을 제일 적게 받는 시편의 라운드부와 그립부의 경계면의 시편의 횡단면의 조직사진을 찍었다. 흑연 가공품의 특성상, 매우 조직이 연하여 마운팅하는 것만으로는, 폴리싱에 의해 조직단면이 뭉그러지기 쉬우므로, 마운팅 후 흑연 단면에 다시 수지를 침적시키고, 폴리싱하여 200배로 촬영하였다.
- 조직은 파단부와 그립부의 영향을 제일 적게 받는 시편의 라운드부와 그립부의 경계면의 시편의 횡단면의 조직사진을 찍었다. 흑연 가공품의 특성상, 매우 조직이 연하여 마운팅하는 것만으로는, 폴리싱에 의해 조직단면이 뭉그러지기 쉬우므로, 마운팅 후 흑연 단면에 다시 수지를 침적시키고, 폴리싱하여 200배로 촬영하였다. 조직사진을 보면, 시판 제품은 독일제와 중국제 양쪽에서, 결에 따라 크랙이 다수 관찰되며, 독일제는 크랙이 매우 미세하다.
대상 데이터
- 2의 13B호 인장시편을, 호칭 두께 3mm인 독일제와 중국제 판재로부터 절단하여 각 2개씩 제작하였다. NGF법에 의한 시편은, 금속무기염을 결합제로 하여 압축하중 을 시편 1은 161.8 KN, 시편 2는 2942 KN으로 각각 2개씩 제작하고, 시편 2는 한쪽 면에, 길이 방향으로 반경 3 mm, 깊이 0.3 mm의 흠을 5mm 간격으로 가지도록 제작하였다. 시편 2의 두께는 시편 단면적으로 환산하였다.
- 4는 실험장비 사진을 나타낸 것이다. 본 실험에서는 490.3 N의 로드셀이 장착된, KOSMETIC KOREA의 KOSMETM-500모델을 사용하였다. 인장실험 시 가능한 준정적 상태를 유지하기 위하여 인장속도를 1㎜/min의 속도로 인장시험 조건을 설정하였다.
- 본 연구에서는, 4가지 인장시편을 각각 2개씩 준비하여 실험하였고, 첫 번째와 두 번째 시편은 현재 시판되고 있는 압연판재 중, 성적서가 없는 호칭 두께 3mm의 중국제 판재와, 동일한 호칭 두께의 성적서와 판재의 시리얼넘버가 있는 독일 SGI카본그룹의 판재를 구하여, 각각을 Fig. 2의 13B호 시편 형상으로 절단하여 인장시편을 만들었다. 세 번째와 네 번째 인장시편은 NGF법에 의하여, 시편형상의 금형틀에 넣어 제조하였고, 결합제로서는 금속염의 복합재질을 사용하고, 각각 압축하중을 16L8 KN과 294.
- 시판흑연판재와 NGF법에 의한 성형품의 기본적인 기계적 물성을 비교하기 위하여, 인장실험을 수행하였다. 시판품의 시편은 Fig. 2의 13B호 인장시편을, 호칭 두께 3mm인 독일제와 중국제 판재로부터 절단하여 각 2개씩 제작하였다. NGF법에 의한 시편은, 금속무기염을 결합제로 하여 압축하중 을 시편 1은 161.
성능/효과
- 1) 새로이 고안된 고밀도 흑연 성형품 정형제조법 (NGF method)으로, 원하는 형상의 인장시편을 제조하는 것이 가능하였고, 이는 흑연 성형품의 정형가공이 가능할 수 있음을 보여준다.
- 2) NGF법으로 시판되고 있는 팽창흑연 시트들보다, 고밀도로 판단되는 팽창흑연 성형품을 제조할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
- 3) NGF법에 의한, 성형품의 경도는 시판 제품의 약 5~7배 정도로서, 시판 제품보다 훨씬 경도가 높은 팽창흑연 성형품의 제작이 가능함을 보여주었다.
- 4) 인장강도 값은 시판품이 약 3~4 MPa, NGF법에 의한 제품이 약 3.5-7 MPa 정도로, NGF법은 적절한 가공조건을 구하면, 어느 정도 사용자가 필요로 하는 물성치를 부여할 수 있음을 보여주었다.
- 각 제품마다의 결합제의 사용은 각 회사마다의 고유기슬이므로, 결합제의 사용량을 측정할 수 없어 비중량으로 그 개략적인 밀도를 측정하였고, NGF법에 의한 시편이 약 2배의 비중량을 가지는 것으로 확인되었다. 이는 새로운 방법에 의한 제품의 밀도가 시판품에 비하여 높다는 것을 의미한다고 보아도 될 것이다.
- 경도실험 결과, Table 2에서 나타나는 것과 같이 NGF법에 의한 제품은, 시판 제품보다 5~7배의 경도 차이를 보였고, 이는 NGF법에 의한 제품이 실제 사용 시, 흑연 제품의 취급을 보다 용이하게 할 것으로 사료된다.
- . 이번에 개발된 제조공정은 밀도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 가공조건이나 사용결합제를 바꾸어, 흑연 성형품에 원하는 성질을 부여하는 것이 가능하고, 필요한 형상의 제품을 정형가공하는 것이 가능하다.
- 인장시험 결과에서, 시편 2가 다른 시편들에 비하여, 매우 높은 인장강도를 나타내었는데, 이는 표면에 형성된 요철이 어떤 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. 이는 NGF법에 의한 흑연 성형품의 제조는 가공조건을 비교적 자유롭게 변경 가능하므로, 기존의 시판 흑연 판재들에 비하여, 그 물성을 향상시킬 수 있는 가능성이 많음을 나타내는 것이라 사료된다.
- NGF법에 의한 제품의 경우는, 양쪽 시편에서 눈에 띄는 크랙은 관찰되지 않았다. 조직검사의 결과는 NGF법에 의한 제품의 조직이 시판 제품보다 훨씬 치밀하다는 것을 보여주고 있고, 이는 비중량 실험으로부터의 추정 결과와 일치하고 있다.
후속연구
- 본 연구의 결과로부터, NGF법으로 가공조건을 바꿈으로써 여러 가지 기계적 물성을 부여하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌으며, 향후의 가공조건, 결합제 등에 관한 최적화 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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