초록 ▼

발포금속 제조의 주 메커니즘은 용융금속의 표면장력 및 점도를 제어하여 발포제 첨가에 의해 생성된 pore를 drainage 발생 및 pore의 병합을 방지하여 균일한 기공을 만드는 것이 핵심기술이다.
용융금속의 물성 측정을 통해 획득한 발포금속 제조의 최적조건으로는 표면장력이 $500{\sim}600[mN/m]$이고, 점도가 $10{\sim}14[mPa{\cdot}s]$로서, 이들 물성은 온도, 첨가물의 원소 및 첨가량에 의해 제어 가능.
폐 Scrap Ti도 sponge Ti과 동

발포금속 제조의 주 메커니즘은 용융금속의 표면장력 및 점도를 제어하여 발포제 첨가에 의해 생성된 pore를 drainage 발생 및 pore의 병합을 방지하여 균일한 기공을 만드는 것이 핵심기술이다.
용융금속의 물성 측정을 통해 획득한 발포금속 제조의 최적조건으로는 표면장력이 $500{\sim}600[mN/m]$이고, 점도가 $10{\sim}14[mPa{\cdot}s]$로서, 이들 물성은 온도, 첨가물의 원소 및 첨가량에 의해 제어 가능.
폐 Scrap Ti도 sponge Ti과 동일한 공정에서 수화물 형성이 가능, Scrap 및 sponge Ti을 이용하여 수소화물을 제조, XRD 분석결과 $TiH_2$ 동일상만 관측, 재생 알루미늄 및 폐 Ti를 이용, 생산비 20%의 절감과 경쟁력 향상. 굴패각($CaCO_3$)의 재활용을 통한 Mg합금계 발포제 개발($CaCO_3{\Rightarrow}CaO+CO_2\;gas$) 기공률 $80{\sim}90%$이상의 pure Al, Al-Mg, Al-Si, Al-Cu, Mg(AZ91, AM60)합금 foam의 제조, Cell size $2{\sim}4mm$, 70% strain에서 인장강도 pure Al(25MPa이상), 압축강도 pure Al(10MPa), Al-2Si(25MPa), Al-Mg(20MPa), AZ91(20MPa), AM60(20MPa)이상을 가지는 발포금속 제조.
발포금속의 흡음측정 결과 내부의 크랙 발생의 양에 따라 주파수 대역이 $200{\sim}1,000Hz$의 넓은 구간에 걸쳐 헬름홀츠 공명효과가 발생 현장 소음에 맞는 구간의 주파수 대역에 맞춰 방음재로 적용 가능.
발포 금속의 열전도는 약 2-4W/mk 정도이며, bulk 재료보다 우수한 단열특성을 가진다.
에너지흡수능은 50% strain에서 $3.5MJ/m^3$, 충격흡수에너지는 셀 크기가 2.7mm일 때 $27.5kg/cm^3$.
상대밀도가 0.6에서 흡음률이 70% 이상을 발휘하는 Al fiber 다공성 흡음판 제조.
제선 제강 공정에서 발생하는 고로 수재 슬래그를 이용한 Fiber type의 미네랄 울 제조 양산 시스템 구축, 특성 평가결과 수${\mu}m$서 $100{\mu}m$의 다양한 fiber 제조. 열전도도 0.037W/mK, 흡음률 80%이상.
흡/차음, 단열특성을 고려한 foamed Al & Mg alloys/mineral wool/honeycomb/steel plate 등의 복합 패널 설계 및 제조, 특성평가 결과: 강도 흡음율 80%이상, 차음 50dB이상(steel plat 부착시) 고속도로 방음벽, 페인팅 및 인테리어 효과 부각, 광촉매 코팅을 통한 공기정화 기능부여.
공동주택의 바닥 충격음 시험결과 약 50%이상의 충격음을 흡수 할 수 있는 발포 패드 개발.

Abstract ▼

In the first year, the porous alloy foams were fabricated via a direct entrainment of various types of gases into the molten alloys. The optimum process conditions were established by investigating the chemical reactions at varied contents of additives, e.g. blowing and foaming agents, as well as me

In the first year, the porous alloy foams were fabricated via a direct entrainment of various types of gases into the molten alloys. The optimum process conditions were established by investigating the chemical reactions at varied contents of additives, e.g. blowing and foaming agents, as well as measuring any changes In surface tension and viscosity of the molten alloys with the melt temperature and composition of additives. During this period of overall research activity, in particular, our focus was given to the synthesis of aluminum-based foams with improved vibration isolation. For performing this, the aluminum-magnesium(Al-Mg) alloy foams fabricated were assessed through property measurements, including the sound absorption. Further, the mineral fibers and wools recycling steel-making slag were fabricated and the composite panels were designed for assembling the alloy foams with mineral wools.
In the second year, the characteristics of fabricated alloy foams were evaluated by measuring physical properties, including electronic-wave shield and soundproof property. Also, the composite panels assembled with mineral wool boards and alloy foams were tested for assessment of the property of heat resistance and soundproofing. As a newtype of alloy foam, the magnesium-based alloy foams, using AZ91 and AM60, were fabricated in a basis of accumulated data and experimental experiences.
In the third year, various composite panels were fabricated as either alternatively layered or metallic core inserted structures. The characteristics of corresponding panels were analyzed for their potentialities as civil engineering materials by investigating various properties, including sound absorption, soundproofing, and heat resistance. During same periods of research work, the industrial-scale system for fabricating the fiber type of mineral wools at a large volume was established with parallel works for characterization of mineral wools. In these cases, recycled waste materials used for foams and composite panels led to 20 % reduction in total fabrication cost compared to that based on clean materials. Further, the application of photo-catalytic coating to fabricated foams was expected to provide significant potential as materials for air cleanness.

목차 Contents

• 표지...1
• 최종보고서 . 초록...2
• 제출문...3
• 보고서 초록...5
• 요약문...6
• SUMMARY...11
• CONTENTS...16
• 목차...20
• Figure Contents...24
• Table Contents...35
• 제1장 연구개발과제의 개요...37
• 제2장 국내외 기술개발 현황...38
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...41
• 1 절 용융금속의 물성평가...41
• 1. 이론적 고찰...41
• 가. 용융 금속의 표면장력...42
• 나. 용융 금속의 점도...44
• 다. 발포금속 제조시의 용탕 유동 메커니즘...45
• 2. 실험 방법...50
• 가. 용융금속의 표면장력 측정...50
• 나. 용융 금속의 점도 측정...53
• 3. 결과 및 고찰...55
• 가. 합금 첨가에 따른 표면장력 및 점도의 영향...55
• 나. 교반시간에 따른 점도의 영향...66
• 다. 폐 알루미늄 합금의 표면장력 및 점도...70
• 라. 마그네슘의 물성측정...78
• 4. 결론...86
• 2 절 발포제(TiH2)의 제조...87
• 1. 이론적 고찰...87
• 2. 실험 방법...93
• 3. 결과 및 고찰...97
• 가. 폐 Ti scrap을 이용한 발포제 제조...97
• 나. 표면산화층의 영향...111
• 다. 산화 발포제의 발포능 평가...123
• 라. Ti-6Al-4V 합금의 수소처리...129
• 마. Joule 열을 이용한 발포제 제조...134
• 바. 가스 방출 속도 및 $CaCO_3$ 발포제 특성 평가...141
• 4. 결론...152
• 3 절 발포 금속의 제조...153
• 1. 이론적 배경...153
• 가. 기포의 성장과 안정화...153
• 나. 점도 및 표면장력이 발포에 미치는 영향...156
• 다. 금속발포의 성장식...159
• 라. 발포금속의 제조공정...161
• 2. 실험방법...166
• 3. 결과 및 고찰...169
• 가. Al foam 제조...169
• 나. Al-Mg alloy foam 제조...183
• 다. 마그네슘 foam의 제조...195
• 라. 폐 Al foam 제조...212
• 마. Al-Si foam 제조...219
• 바. Al-Cu foam 제조...229
• 사. 용존 가스에 의한 기공 성장거동...236
• 4. 결론...243
• 4 절. 알루미늄 섬유의 제조...245
• 1. 이론적 배경...245
• 2. 실험 방법...249
• 3. 결과 및 고찰...250
• 가. 알루미늄 fiber의 제조...250
• 나. Al 섬유의 미세조직...261
• 다. Al-7wt.%Si 섬유의 미세조직...264
• 라. 금속섬유 제조에 미치는 불안정 요인...268
• 마. 알루미늄 Fiber 압축판의 흡음특성...274
• 4. 결론...281
• 5 절 Slag를 이용한 미네랄 fiber 제조...282
• 1. 이론적 고찰...282
• 2. 실험 방법...284
• 가. 재료의 준비...284
• 나. 슬래그의 용해...284
• 다. 슬래그 fiber의 제조...286
• 3. 결과 및 고찰...290
• 가. 휠의 속도 변화에 따른 슬래그 fiber의 제조 특성...290
• 나. 온도 변화에 따른 슬래그 fiber의 제조 특성...293
• 4. 결론...301
• 6 절. 미네랄 울 보드의 제조 및 특성평가...302
• 1. 미네랄 울 패널 제조...302
• 2. 제조 방법...305
• 가. 미네랄 울 제조공정...305
• 나. 미네랄 울 심재 제조...305
• 다. 제조 공정 (동성패널(주))...310
• 라. 패널 접합...313
• 3. 미네랄 울 보드 실험결과 및 분석...314
• 가. 수지의 경화조건 시험...314
• 나. 수지 경화조건에 대한 기계적 시험...321
• 다. 수지 밀도 최적화 연구...324
• 라. 흡수 특성...328
• 마. 난연성 시험...330
• 바. 미네랄울 심재 접합강도 측정...333
• 7 절 발포금속 및 복합패널의 특성 평가...338
• 1. 인장 강도...338
• 2. 압축 강도...341
• 가. Pure Al, Al-Si and Al-Mg alloys foam...341
• 나. Mg alloys foam...348
• 3. 굽힘 강도(Bending)...351
• 가. 복합 패널...360
• 4. 흡음 특성...364
• 가. Al foam...364
• 나. AZ91 Mg alloys foam...374
• 다. AM60 Mg alloy foam...378
• 라. 미네랄 울...382
• 마. 복합 패널의 흡음특성...389
• 바. 다양한 복합 패널의 설계 및 제조...395
• 5. 열전도도 측정...406
• 6. 전자파 차폐 및 단열 특성...410
• 7. 공기정화를 위한 광촉매 특성 평가...418
• 8. 공중주택 바닥 충격시험 시험체 제작 및 평가...428
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도...437
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...439
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...440
• 제7장 참고 문헌...441