초록 ▼

코팅분말 개발 분야는 SiC 입자들을 마이크로파 etching에 의하여 전처리 한 후 무전해 도금법을 사용하여 니켈과 동을 코팅하는 공정을 개발하였으나 당초 계획하였던 분말의 유동화에 의한 CVD코팅은 분말을 균일하게 유동화하는데 있어 기술적 어려움으로 중단하고, 대신 분무건조법에 의해 Si 및 Al2O3 입자들을 동으로 코팅하는 공정을 개발하였다. 복합재료 제조 및 특성 분야는 Cu 코팅된 SiC 분말을 혼합한 경우 Al-SiC계 복합재료의 소결특성은 매우 향상되었으나 Ni 코팅된 SiC을 사용한 경우 Al-SiC계나 Cu-SiC

코팅분말 개발 분야는 SiC 입자들을 마이크로파 etching에 의하여 전처리 한 후 무전해 도금법을 사용하여 니켈과 동을 코팅하는 공정을 개발하였으나 당초 계획하였던 분말의 유동화에 의한 CVD코팅은 분말을 균일하게 유동화하는데 있어 기술적 어려움으로 중단하고, 대신 분무건조법에 의해 Si 및 Al2O3 입자들을 동으로 코팅하는 공정을 개발하였다. 복합재료 제조 및 특성 분야는 Cu 코팅된 SiC 분말을 혼합한 경우 Al-SiC계 복합재료의 소결특성은 매우 향상되었으나 Ni 코팅된 SiC을 사용한 경우 Al-SiC계나 Cu-SiC계의 소결에 큰 효과를 내지 못하였다. 동을 코팅한 SiC를 사용한 Al-(Cu)-SiC계 소결체를 냉/열간에서 재압축하거나 ECAP을 수행한 결과 코팅이 치밀화를 증진시키고 SiC의 깨어짐을 방지하는 역할이 관찰되었으며 특히 Al-Cu의 공정온도 이상에서 그 역할이 두드러졌다. 그러나 최종 굽힘특성은 계면상의 특성에 크게 좌우되며 계면 접합력이 너무 약한 경우에는 기지상 특성보다 낮은 강도와 연성을 나타내고, 너무 강한 경우에는 강화상에 응력이 집중되어 강화상들의 동시 파단을 유발하여 특성을 저하시킬 수 있어 계면상 강도의 적절한 조절이 필요하다.
반응합성에 의하여 제조된 Ti-TiC 복합재료에 대해서는 반응합성기구를 규명하고 조직과 기초특성을 연구하였으며 반응합성된 Ti6Al4V/TiC 복합재료의 경우 혼합공정에 의한 동일재료에 비하여 우수한 기계적 특성을 나타내었다. 또한 유사한 반응공정을 이용하여 티타늄계 재료의 표면에 경질의 연속된 TiC층을 형성하는 공정을 개발하여 내마모 및 고온에서의 내산화 특성을 향상시킬 수 있었다.
전산모사 분야는 Al-10 vol.$\percnt$ SiC를 기본재료로 선정하고, 정사각, 직사각 및 원형의 강화상에 대하여 기지상과 강화상의 계면특성을 변화시켜, 압축, 인장 및 굽힘 하중시 강화상 계면에서의 응력 분포를 해석하였으며 ECAP에 의한 계면과 기공이 존재하는 복합재료 소결체를 ECAP에 의하여 변형시의 치밀화 거동과 강화상 입자의 파괴가능성을 해석하였다.

금속 코팅된 세라믹 분말은 구조용 복합재료의 공정특성과 기계적/열적를 향상시키기 위한 용도뿐 아니라 새로운 공구재료, 촉매 재료등에도 많은 활용 가능성이 있다. 무전해 도금법의 경우 환경문제와 Scale-up에 어려움이 예상되나 분무건조법의 경우 공정제어가 비교적 용이하여 경제적인 대량생산이 가능하다고 판단된다. 코팅된 세라믹 입자를 이용한 금속기지 복합재료의 경우 소결특성을 크게 향상시킴으로 향후 복합재료 소결제품의 개발에 유용하다고 기대된다. 그러나 진밀도 제품의 경우 계면 접합력이 너무 강할 경우 강도는 증가하나 강화상의 깨어짐을 유발하는 단점이 있다. 반응합성에 의한 티타늄계 복합재료 제조공정은 강화상의 혼합이 불필요하고 우수한 특성을 얻을 수 있어 현재 보편적으로 활용되고 있는 혼합법에 비해 장점이 크다. 또한 본 연구에서 개발된 연속된 경질 TiC 반응코팅방법은 티타늄계 재료의 내마모 특성과 내산화 특성을 향상시킬 수 있어 이에 대한 국내외 특허를 준비중에 있으며 향후 자동차용 티타늄계 발브등 고온에서의 구동부품에 적용성이 매우 크다고 기대된다. 본 연구의 결과는 SCI급 학술지에 3편 게재, 2편 심사중, 국내논문 1편 게재, 1편 심사중, 국제학술 발표 4, 국내학술발표 다수등으로 발표되었고 현재 국내외 논문 수편과 특허를 준비중에 있다. 또한 본 연구를 통하여 석사 6명을 배출하였고 3명이 석사취득 예정으로 연구인력 양성에 많은 기여를 하였다.

Abstract ▼

Metal coating process for ceramic particles: 44㎛ SiC particles were successfully coated with copper and nickel by electroless plating after activating the SiC surface by microwave etching.
The fluidized CVD process was also tried but was not successful because of the difficulty of fluidizing fine

Metal coating process for ceramic particles: 44㎛ SiC particles were successfully coated with copper and nickel by electroless plating after activating the SiC surface by microwave etching.
The fluidized CVD process was also tried but was not successful because of the difficulty of fluidizing fine particles uniformly. Instead, spray drying process was employed successfully to coat Si and $Al_2O_3$ particles with copper, but not successful for SiC due to poor wetting. Sintered composite: Utilizing the copper coated SiC particles for Al/SiC composite enhanced sintering and resulting properties very effectively but nickel coated SiC particles had little effect on the sintering of Al/SiC or Cu/SiC composite.
Deformation, particle fracturing and properties: Utilizing the copper coated SiC particles for Al/SiC or Al/$Al_2O_3$ composite improved the densification and particle fracturing during cold/hot pressing or ECAP by effectively filling pores and interfaces around the reinforcing particles and also acting as a buffer layer around the particles. Strong bonding between the matrix and the reinforcing particles generally raise the strength but can lower the ductility by promoting particle fracturing which leads to abrupt failure. Moderate bonding might be more desirable for a better reliability.
Reaction synthesis of Ti/TiC composite and reaction coating:A model for the reaction kinetics of TiC formation in a Ti base powder compact was proposed. The reaction synthesized Ti6Al4V/TiC composites exhibited more uniform structure with better matrix-particle coherence and higher strength than produced by conventional mixing process. A continuous and hard TiC layer on titanium base materials was developed to improve the wear and oxidation resistance.
FEM simulation: For Al/10$\percnt$SiC system, stress and strain distributions inside composite under tension, compression and shear were analysed and also the densification and the particle fracturing during ECAP were predicted.

Spray drying method appears more promising than the electroless plating for coating ceramic powders with metals because of it's reproducibility and mass producibility. The metal coated ceramic particles could be utilized to produce low cost sintered composite components since the resulting properties are almost comparable to those by hot pressing. Reaction synthesis of
TiC reinforced titanium base composite is also promising for applications requiring higher strength, stiffness and wear resistance than titanium alloys. The reaction coating developed in the present study can improve the wear and oxidation resistance of titanium base materials and thus could be applied for components operating at high temperatures. The FEM simulation results showed a good potential for predicting the densification and the deformation behavior of sintered composites, but still needs some refinements.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...2
• 1. 국문요약문 ...2
• Ⅱ. 연구결과 요약문...3
• 1. 국문요약문 ...3
• 2. 영문요약문 ...4
• Ⅲ. 연구내용...5
• I. 연구의 배경과 목표...5
• Reference...6
• Part 1. 강화상 분말의 금속 코팅방법 개발...7
• 1-1. 배경...7
• 1-2. 연구방법 및 이론...7
• 1-3. 결과 및 고찰...9
• 1-4. 결론...20
• Reference...21
• Part.2. 코팅된 강화상 분말을 이용한 알루미늄계 복합재료...22
• 2-1. 배경...22
• 2-2. 연구방법 및 이론...22
• 2-3. 결과 및 고찰...23
• 2-4. 결론...45
• Reference...46
• Part 3. 반응합성공정에 의한 티타늄계 복합재료...48
• 3-1. 배경...48
• 3-2. 연구방법 및 이론...48
• 3-3. 결과 및 고찰...50
• 3-4. 결론...61
• Reference...61
• Part 4. 복합재료의 응력하에서의 거동에 대한 전산모사...63
• 4-1. 배경...63
• 4-2. 연구방법 및 이론...63
• 4-3. 결과 및 고찰...66
• 4-4. 결론...76
• Reference...76