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[국내논문] 풀러렌이 분산된 알루미늄기지 나노복합재의 기계적 거동
Mechanical Behavior of Al/C60-fullerenes Nanocomposites 원문보기

Composites research = 복합재료, v.26 no.2, 2013년, pp.111 - 115  

최현주 (국민대학교 신소재공학부)

초록
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$C_{60}$ 풀러렌이 분산된 알루미늄기지 복합재를 볼 밀링법과 열간압연 공정을 이용하여 제조하였다. 볼 밀링이 진행되는 동안, 알루미늄기지는 그 결정립이 100 nm 이하 수준으로 미세화되어 강화되었다. 동시에 $C_{60}$ 풀러렌이 알루미늄기지 내에 균일하게 분산되어, $C_{60}$ 풀러렌의 첨가량이 증가할수록 복합재의 강도가 증가하였으며, 10 vol%의 $C_{60}$ 풀러렌을 포함하는 순 알루미늄기지 복합재는 1 GPa 수준의 압축 강도를 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Aluminum-based composites containing $C_{60}$-fullerenes are produced by hot rolling of ball-milled powder. The grain size of aluminum is effectively reduced to ~100 nm during ball-milling processes, leading to grain refinement strengthening of the composite. Furthermore, $C_{60}$

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기지의 결정립이 100 nm 수준으로 미세화되고, C60-풀러렌이 분산된 알루미늄 기지 복합재의 기계적 거동에 대해 연구하였다. 결정립이 미세화됨에 따라 알루미늄 기지의 강도가 약 290 MPa 수준으로 효과적으로 향상되었으며, 이에 풀러렌이 분산됨에 따라 복합재의 강도가 추가적으로 향상되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄소나노물질을 분산한 복합재의 제조공정 중 액상에서의 공정의 단점은 무엇인가? 액상에서의 공정은 기지금속의 융점 이상의 온도에서 진행되는 공정으로서, plasma spraying[6], cold spraying[7] 등의 코팅 공정과 주조법[8] 등을 예로 들 수 있다. 이 경우 비교적 저렴한 공정 비용으로 복합재를 제조할 수 있다는 장점이 있지만, 나노 물질의 균일 분산이 어렵고, 탄소 물질이 금속과 반응하여 탄화물을 형성할 수 있다는 단점이 있다. 따라서 예상하지 못한 반응을 피할 수 있고 미세구조의 제어가 용이한 고상법이 널리 이용되고 있다.
차원에 따른 탄소 기반 나노물질은 무엇이 있는가? 따라서 고온에서 매우 안정적인 비금속 입자를 금속기지에 분산하여 강화한 금속/비금속 복합재에 관한 연구가 최근 많은 관심을 받고 있다[5-13]. 특히, 0차원의 풀러렌(Fullerene), 1차원의 탄소나노튜브(Carbon nanotubes), 2차원의 그래핀(Graphene) 등의 탄소 기반 나노물질들은 탄소 간의 강한 공유 결합으로 인해 우수한 기계적 특성을 보이며[14], 고강도/경량 금속기지 복합재의 분산제로서 많은 각광을 받고 있다[6-13].
금속기지에 탄소나노물질을 분산한 복합재의 제조공정은 무엇이 있는가? 금속기지에 탄소나노물질을 분산한 복합재의 제조공정은 크게 액상에서의 공정[6-8]과 고상에서의 공정[9-13] 두 가지로 분류할 수 있다. 액상에서의 공정은 기지금속의 융점 이상의 온도에서 진행되는 공정으로서, plasma spraying[6], cold spraying[7] 등의 코팅 공정과 주조법[8] 등을 예로 들 수 있다.
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참고문헌 (17)

  1. Kim, D.H., Hwang, W.B., Park, H.C., and Lee, K.H, "Superhydrophobic Engineered Surface Based on Nanohoneycomb Structures," Journal of the Korean Society for Composite Materials, Vol. 20, No. 2, 2007, pp. 17-20. 

  2. Yamakov, V., Wolf, D., Phillpot, S.R., Mukherjee, A.K., and Gleiter, H., "Dislocation Processes in the Deformation of Nanocrystalline Aluminium by Molecular-dynamics Simulation," Nature Materials, Vol. 1, 2001, pp. 45-49. 

  3. Ruan, S., and Schuh, C.A., "Electrodeposited Al-Mn Alloys with Microcrystalline, Nanocrystalline, Amorphous and Nanoquasicrystalline Structures," Acta Materialia, Vol. 57, 2009, pp. 3810-3822. 

  4. Niendorf, T., Maier, H.J., Canadinc, D., Yapici, G.G., and Karaman, I., "Improvement of the Fatigue Performance of an Ultrafinegrained Nb-Zr Alloy by Nano-sized Precipitates Formed by Internal Oxidation," Scripta Materialia, Vol. 58, 2008, pp. 571-574. 

  5. Lee, K.H., Ju, J.U., and Choi, N.S., "Acoustic Emission Characteristics and Fracture Behaviors of GFRP-Aluminum Honeycomb Hybrid Laminates under Compressive and Bending Loads," Journal of Composite Materials, Vol. 22, No. 6, 2009, pp. 23-31. 

  6. Bakshi, S.R., Singh, V., Seal, S., and Agarwal, A., "Aluminum Composite Reinforced with Multiwalled Carbon Nanotubes from Plasma Spraying of Spray Dried Powders," Surface Coating Technology, Vol. 203, 2009, pp. 1544-1554. 

  7. Bakshi, S.R., Singh, V., Balani, K., McCartney, D.G., Seal, S., and Agarwal, A., "Carbon Nanotube Reinforced Aluminum Composite Coating via Cold Spraying," Surface Coating Technology, Vol. 202, 2008, pp. 5162-5169. 

  8. Goh, C.S., Wei, J., Lee, L.C., and Gupta, M., "Ductility Improvement and Fatigue Studies in Mg-CNT Nanocomposites," Composite Science and Technology, Vol. 68, 2008, pp. 1432-1439. 

  9. Choi, H.J., Kwon, G.B., Lee, G.Y., and Bae, D.H., "Reinforcement with Carbon Nanotubes in Aluminum Matrix Composites," Scripta Materialia, Vol. 59, 2008, pp. 360-363. 

  10. Esawi, A.M.K., Morsi, K., Sayed, A., Abdel, G.A., and Borah, P., "Fabrication and Properties of Dispersed Carbon Nanotubealuminum Composites," Materials Science and Engineering A, Vol. 508, 2009, pp. 167-173. 

  11. Kwon, H., Estili, M., Takagi, K., Miyazaki, T., and Kawasaki, A., "Combination of Hot Extrusion and Spark Plasma Sintering for Producing Carbon Nanotube Aluminium Matrix Composites," Carbon, Vol. 47, 2008, pp. 570-577. 

  12. Morsi, K., Esawi, A.M.K., Lanka, S., Sayed, A., and Taher, M., "Spark Plasma Extrusion (SPE) of Ball-milled Aluminium and Carbon Nanotube Reinforced Aluminium Composite Powders," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 41, 2010, pp. 322-326. 

  13. Lim, D.K., Shibayanagi, T., and Gerlich, A.P., "Synthesis of Multi-walled CNT Reinforced Aluminium Alloy Composite via Friction Stir Processing," Materials Science and Engineering A, Vol. 507, 2009, pp.194-199. 

  14. Klug, H.P., and Alexander LE., X-ray Diffraction Procedures for Polycrystalline and Amorphous Materials, John Wiley & Sons, London, UK, 1954. 

  15. Choi, H.J., Lee, S.W., Park, J.S., and Bae, D.H., "Tensile Behavior of Bulk Nanocrystalline Aluminum Synthesized by Hot Extrusion of Ball-milled Powders," Scripta Materialia, Vol. 59, 2008, pp. 1123-1126. 

  16. Courtney, T.H., Mechanical Behavior of Materials, McGraw-Hill Book Co., Singapore, 2000. 

  17. Choi, H.J., Shin, J.H., and Bae, D.H., "Grain Size Effect on the Strengthening Behavior of Aluminum-based Composites Containing Multi-walled Carbon Nanotubes," Composites Science and Technology, Vol. 71, 2011, pp. 1699-1705. 

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