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NTIS 바로가기한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.18 no.4, 2014년, pp.9 - 17
이상협 (School of Mechanical Engineering, Yonsei University) , 임지환 (School of Mechanical Engineering, Yonsei University) , 노관영 (School of Mechanical Engineering, Yonsei University) , 윤웅섭 (School of Mechanical Engineering, Yonsei University)
In this study, in order to improve the ignitability of high energy aluminum powder, natural oxide films (alumina) were chemically removed, and instead nickel coat was applied. We used an electroless plating for nickel coating and confirmed quantitatively and qualitatively a time-dependent degree of ...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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고에너지 알루미늄의 점화성 향상을 위해 니켈을 표면 코팅 재료로 사용하는 이유는? | 일부 선행 연구에서는 탄소[2], 구리[3], 철[4-6], 그라파이트[7], 테프론[8] 등과 같이 다양한 물질을 코팅 재료로 사용하였으나 대부분은 니켈을 표면 코팅 재료로 사용하였다[9-11]. 그 이유는 니켈의 다양한 장점 때문이며 구체적으로 다음과같다. 니켈과 알루미늄 사이의 자가 증식 고온합성(SHS)에 의한 소결반응을 통해 니켈-알루미나이드 합금이 생성되는데, 알루미늄의 녹는점 약 900 K에서 엔탈피 차이에 의한 금속 원자간의 결합이 이루어져 열이 발생하게 되고, 이러한 에너지로 인해 점화가 촉진된다[11]. 또한 니켈 산화막 코팅의 물리화학적 특징으로 인하여 자연상태 알루미늄의 산화막인 알루미나와 달리 다공 형태로 인한 열출입이 용이하고 높은 부식저항력으로 인해 초기 점화 및 연소 반응시 알루미늄의 열화에 의한 산화를 방지한다[12]. 추가적으로 니켈의 융해점은 약 1728 K 이고 알루미늄의 융해점은 약 933 K 로서 니켈 코팅을 통해 고온 환경에서 열·물리적 보호성을 갖는 동시에 알루미나의 융해점 약 2300 K보다는 낮아 점화성이 좋고, 알루미늄 표면 위에 니켈로 코팅할 경우 연소 도중 미연 된 알루미늄이 응집되어 연소를 방해하는 효과가 줄어든다는 연구 결과가 보고되었다[11]. 따라서 본 연구에서는 알루미늄의 점화촉진 방법으로 니켈 코팅을 선정하였고 이에 관한 연구를 진행하였다. | |
니켈 코팅 된 알루미늄 분말을 제조를 위해 필요한 과정은? | 2와 3은 표면이 제거 된 알루미늄의 입도 분석과 SEM 촬영 결과이다. 제시한 바와 같이 니켈 코팅 된 알루미늄 분말을 제조하기 위해서는 입자 표면세척 과정과 자연 산화막 제거과정(Etching)이 필요하고 이를 위해 크롬산(CrO3, Sigma - Aldrich), 인산(H3PO4, Sigma - Aldrich), 3차 증류수 혼합액을 이용하여 약 323 K에서 10분간 교반하였다. 또한 재산화를 방지하기 위해 353 K에서 24시간 진공건조 후, 진공 데시게이터를 이용하여 항온항습을 유지하였다. | |
알루미늄의 단점은? | 알루미늄은 고에너지 밀도를 갖는 금속 연료로서 다양한 분야에서 활용 가치가 높으나 약 2300 K의 높은 융점을 갖는 산화막으로 피복되어 있어 점화가 용이하지 않고, 연소 반응시 알루미늄 분말을 응집하게 하여 연소효율을 감소시킨다[1]. 이를 해결하기 위해 해외에서는 많은 연구가 수행되어 왔으나 대부분 군사용 목적으로 활용되는 기술 특성상 기술보안을 위해 공개되어있지 않으며, 국내에서는 연구 초기 단계로서 제한적인 곳에서만 이뤄졌는데, 이 또한 미크론 크기의 알루미늄 표면에 반응성이 좋은 나노 크기의 알루미늄을 증착하는 방법으로서 산화에 취약하며 안전성과 경제성에 한계를 가지고 있다. |
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오픈액세스 학술지에 출판된 논문
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