선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서 하이브리드 Ti2AlC 소결체의 방전가공 평가를 위한 소결체로서, 1100℃ 소결온도에서 합성시킨 시편의 조건이 가장 적합함을 알 수 있다. Table 2는하이브리드 Ti2AlC 소결체와 Ti 6242 합금소재의 재료 물성비교를 나타내었다.
가설 설정
- 가공물은 Ti2AlC 세라믹소결체와 hole 가공 성능을 비교하기 위한 시편으로써, 티타늄 합금소재에서 고온부품 등에 많이 사용되고 있는 Ti 6242 합금소재를 사용하였으며, 가공물의 두께는 각각 2mm로 제작하였다. 또한 Micro-EDM 가공시 전극마모율을 줄이기 위해 전극 극성(polarity)을 음극(negative)으로설정하였다.
제안 방법
- 5%, 3 µm)의 원료분말을 사용하였다. Ti2AlC를 합성하기 위해서 Ti, Al, TiC=1:1:1의 몰 비율로 측량한 후, 3차원 혼합기(3-D. mixer)에서 2시간 동안 stainless ball(직경 0.5 mm)을 사용하여 혼합하였다. 3축 방향으로회전하는 용기는 단순 볼 밀링 보다 혼합 상태를 극대화할 수 있는 장점이 있다.
- 따라서 본 연구에서는 Ti, Al, TiC 분말을 1:1:1 몰 비율로 혼합하여 하이브리드 Ti2AlC 세라믹 소결체를 제조하기 위해 방전 플라즈마 소결법(Spark Plasma Sintering, SPS)으로 비교적 저온에서 급속 소결하여 합성하였고, 소결온도 변화에 대한 제조된 소결체의 특성 분석을 위해 X-선 회절, SEM-cross section, 경도, 밀도 및 전기전도성을 측정하였다. 이러한 Ti2AlC 세라믹 소결체의 가공 응용가능성을 알아보기 위하여 미세 홀 형상을 Micro-EDM을통하여 구멍 직경 및 표면 가공 상태를 기존 상용화된 티타늄 합금어 (Ti 6242 합금)소재와 비교 평가하였다.
- 균일하게 혼합된 분말은 직경 30 mm 전도성 흑연몰드(graphite mold)에 장입 후 압축 성형하였다. 또한 흑연몰드와 분말과의 고온 반응을 최소화시키기 위하여 BN을 도포하였으며, 각 분말의 혼합 및 채취과정은 산화 방지를 위해 Ar가스 분위기의 glove box 안에서 수행하였다.
- 본 연구에서 제조된 Ti2AlC세라믹 소결체와 Ti 6242합금의 미세구멍 형상을 평가하기 위해 광학현미경(Optical microscope, KH-8700, Hirox사, Japan)을 이용하여 구멍직경 크기 및 표면 가공 상태를 관찰하였다.
- 그림 1은 본 실험을 위한 공정순서를 나타내었다. 위의 실험에서 제조된 소결체의 결정성을 확인하기 위하여 X-선 회절(XRD, X-Ray Diffraction, D8 advance, Bruker사, Germany)분석을 하였고, 주사전자현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope, Inspect F50, Fei사, USA)을 이용하여 파단면 및 미세구조를 관찰하였다. 소결체의 물성을 확인하기 위해 온도 변화에 대한 경도값을 Vickers hardness(WMT-X, Matsuzawa사, Japan)로, 밀도 변화를 아르키메데스(archimedes) 법으로측정했으며, 4-Point probe(CMT SR1000N, Advanced Instrument Technology사, USA)를 이용하여 측정된 비저항 값을 전기전도도로 환산하였다.
- AlC 세라믹 소결체를 제조하기 위해 방전 플라즈마 소결법(Spark Plasma Sintering, SPS)으로 비교적 저온에서 급속 소결하여 합성하였고, 소결온도 변화에 대한 제조된 소결체의 특성 분석을 위해 X-선 회절, SEM-cross section, 경도, 밀도 및 전기전도성을 측정하였다. 이러한 Ti2AlC 세라믹 소결체의 가공 응용가능성을 알아보기 위하여 미세 홀 형상을 Micro-EDM을통하여 구멍 직경 및 표면 가공 상태를 기존 상용화된 티타늄 합금어 (Ti 6242 합금)소재와 비교 평가하였다.
- AlC 세라믹 소결체를 제조하였다. 제조된 시편은 소결온도에 대한 물성평가 및 Micro-EDM에 의한 홀 형상의 가공특성을 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다. Ti2AlC의 반응은 소결온도가 증가함에 따라 TiC 상이 먼저 생성된 Al-Ti 금속간 화합물에 확산되어 소결 반응에 따라 1100℃에서 적층두께 40 nm ~ 200 nm를 가지는 나노크기의 적층구조(laminated layer)로 형성되었음을 확인하였다.
대상 데이터
- &Tech사에서 제조된 Ti(99.5%, 43 µm), Al(99.6%, 30 µm), TiC(99.5%, 3 µm)의 원료분말을 사용하였다.
- Ti, Al, TiC 분말의 몰 비율을 1:1:1로 혼합한 후, SPS법에 의해 1100℃의 소결온도에서 10분간 유지하고, 50 MPa의 압력에서 합성시켜 MAX Phase 구조의 하이브리드 Ti2AlC 세라믹 소결체를 제조하였다. 제조된 시편은 소결온도에 대한 물성평가 및 Micro-EDM에 의한 홀 형상의 가공특성을 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 또한 원활한 방전가공을 위해 Electro-A급의 방전가공유 (Dyna solution사, Korea)를 사용하였다. 가공물은 Ti2AlC 세라믹소결체와 hole 가공 성능을 비교하기 위한 시편으로써, 티타늄 합금소재에서 고온부품 등에 많이 사용되고 있는 Ti 6242 합금소재를 사용하였으며, 가공물의 두께는 각각 2mm로 제작하였다. 또한 Micro-EDM 가공시 전극마모율을 줄이기 위해 전극 극성(polarity)을 음극(negative)으로설정하였다.
- 실험조건은 표 1과 같고, Micro-EDM에 사용된 전극은 직경300 µm 환봉형태의 tungsten 전극을 사용하였다. 또한 원활한 방전가공을 위해 Electro-A급의 방전가공유 (Dyna solution사, Korea)를 사용하였다. 가공물은 Ti2AlC 세라믹소결체와 hole 가공 성능을 비교하기 위한 시편으로써, 티타늄 합금소재에서 고온부품 등에 많이 사용되고 있는 Ti 6242 합금소재를 사용하였으며, 가공물의 두께는 각각 2mm로 제작하였다.
- 실험조건은 표 1과 같고, Micro-EDM에 사용된 전극은 직경300 µm 환봉형태의 tungsten 전극을 사용하였다.
이론/모형
- 위의 실험에서 제조된 소결체의 결정성을 확인하기 위하여 X-선 회절(XRD, X-Ray Diffraction, D8 advance, Bruker사, Germany)분석을 하였고, 주사전자현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope, Inspect F50, Fei사, USA)을 이용하여 파단면 및 미세구조를 관찰하였다. 소결체의 물성을 확인하기 위해 온도 변화에 대한 경도값을 Vickers hardness(WMT-X, Matsuzawa사, Japan)로, 밀도 변화를 아르키메데스(archimedes) 법으로측정했으며, 4-Point probe(CMT SR1000N, Advanced Instrument Technology사, USA)를 이용하여 측정된 비저항 값을 전기전도도로 환산하였다. 각각의 물성은 3개의시험편에 대하여 5회 측정하여 standard deviation으로 나타내었다.
성능/효과
- Wang 및 Zhou 등에 따르면, 약 740℃ 온도에서 용융상태인 Al은 Ti 입자표면에 넓게 코팅되어 금속간 화합물인 Al-Ti 및 Ti3Al 상이 형성되며, 합성 온도가 올라갈수록 탄소가 확산되어 고온에서는 Ti2AlC, Ti3AlC 및 TiC 등의 탄화물계의 물질이형성된다고 알려져 있다[11]. 그림 3(b)에서 보는 것과 같이 900℃ 온도에서 합성시킨 시편에서는 TiC 및 Al-Ti 상의 회절 강도가 감소하였으며, 그림 3(c)의 1000℃에서 온도가 증가할수록 Ti2AlC 상의 회절강도가 증가함을 관찰하였고, TiC 및 Al-Ti 상이 미미하게 남아 있는 것을 확인하였다. 그림 3(d)는 1100℃에서 합성시킨 시편으로서 거의 순수한 Ti2AlC 상이 형성되는 것을 확인하였다.
- 이는 소결온도가 증가함에 따라 Al-Ti 금속간 화합물에서 TiC와 반응 합성으로 인한 소결체의 치밀화 거동이 이루어졌기 때문이라 생각된다. 1100℃의 소결온도에서는 치밀화가 안정화를 이루면서 경도 값이 5.1 GPa로 최대치를 나타냈으며, 이때 상대밀도 값은 98.78%까지 증가하여 고치밀화된 시편임을 알 수 있었다.
- 18%로 나타났다. 900℃에서 1000℃의 소결온도 구간에서는 상대밀도가 95.12%에서 98.01%로 급격하게 증가하였고, 1000℃ 소결온도에서의 경도 값은 4.6 GPa로 급격히 증가함을 확인하였다. 이는 소결온도가 증가함에 따라 Al-Ti 금속간 화합물에서 TiC와 반응 합성으로 인한 소결체의 치밀화 거동이 이루어졌기 때문이라 생각된다.
- 제조된 시편은 소결온도에 대한 물성평가 및 Micro-EDM에 의한 홀 형상의 가공특성을 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다. Ti2AlC의 반응은 소결온도가 증가함에 따라 TiC 상이 먼저 생성된 Al-Ti 금속간 화합물에 확산되어 소결 반응에 따라 1100℃에서 적층두께 40 nm ~ 200 nm를 가지는 나노크기의 적층구조(laminated layer)로 형성되었음을 확인하였다. 또한 치밀화 거동에 따라 경도는 5.
- AlC 소결체의 파단면을 FE-SEM으로 관찰한 미세구조 결과이다. 각 시험편에 있어서 미세구조의 특성이 일정하게 나타남을 알 수 있었다. Ti2AlC의 합성 온도가 증가할수록 TiC+ Al-Ti 금속간 화합물 →Ti2AlC의 반응이 진행되어 동시에 결정입자가 성장하였고, 1000℃에서는 입계가 더욱 선명해졌다.
- Ti2AlC의 반응은 소결온도가 증가함에 따라 TiC 상이 먼저 생성된 Al-Ti 금속간 화합물에 확산되어 소결 반응에 따라 1100℃에서 적층두께 40 nm ~ 200 nm를 가지는 나노크기의 적층구조(laminated layer)로 형성되었음을 확인하였다. 또한 치밀화 거동에 따라 경도는 5.1 GPa, 상대밀도는 98.78%,의 최대치를 보였으며, Ti-Al의 약한 결합과 Ti-C의 강한 결합에 의해 전기전도도는 6200 S/cm로 Ti 6242 합금소재 보다 약 2배 정도 더 높음을 확인하였다. 미세구멍의 마이크로 방전가공을 통하여 소결온도 1100℃에서 제조된 Ti2AlC 세라믹 소결체가 상용화된 Ti 6242 합금소재에 비해 적층구조와 높은 전기전도도로 매우 우수한 가공성을 확인하였다.
- 78%,의 최대치를 보였으며, Ti-Al의 약한 결합과 Ti-C의 강한 결합에 의해 전기전도도는 6200 S/cm로 Ti 6242 합금소재 보다 약 2배 정도 더 높음을 확인하였다. 미세구멍의 마이크로 방전가공을 통하여 소결온도 1100℃에서 제조된 Ti2AlC 세라믹 소결체가 상용화된 Ti 6242 합금소재에 비해 적층구조와 높은 전기전도도로 매우 우수한 가공성을 확인하였다.
- 본 연구에서 제조된 하이브리드 Ti2AlC 세라믹 소결체시편의 온도에 대한 전기전도도를 파악한 결과, 800℃에서 소결한 시편에서는 4500 S/cm, 900℃에서는 5160 S/cm, 1000℃에서는 5800 S/cm, 1100℃에서는 6200 S/cm 로 측정되었다. 이는 Ti 6242 합금소재에 비해 1.
- 11 g/cm3이며,경도 값은 약 6 GPa의 값을 가진다고 보고되고 있다[8,17]. 본 연구에서는 소결온도가 800℃ 일 때, 2.5 GPa의경도 값을 보였으며 이때 Ti2AlC 세라믹 소결체의 상대밀도는 94.18%로 나타났다. 900℃에서 1000℃의 소결온도 구간에서는 상대밀도가 95.
- AlC 세라믹 소결체시편의 온도에 대한 전기전도도를 파악한 결과, 800℃에서 소결한 시편에서는 4500 S/cm, 900℃에서는 5160 S/cm, 1000℃에서는 5800 S/cm, 1100℃에서는 6200 S/cm 로 측정되었다. 이는 Ti 6242 합금소재에 비해 1.4배, 1.6배, 1.8배 및 1.9배로 소결온도가 증가함에 따라 전기전도도가 증가함을 확인하였다. 이는 800℃에서부터 1100℃까지 소결온도가 증가함에 따라 M-Al과 M-C의 결합력이 강해지기 때문이라 생각된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.