초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 열역학적으로 안정한 금속의 격자구조(lattice structure)를 극한의 상태로 변형하여 고유한 물리적/화학적 특성이 획기적으로 향상된 신 금속 소재를 개발함을 목표로 한다. 구체적인 목표는 다음과 같다.
1. 탄소(C), 붕소(B), 질소(N) 등의 원소의 고용도가 없는 금속 격자 내에 해당 원소를 강제로 고용시켜 격자 변형률이 최대(격자 변형량 10% 이상)화되며 열적으로도 안정한 격자 변형 신재료를 개발한다.
2. 알루미늄의 격자 변형에 따른 기계적 특성, 마모 특성,

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 열역학적으로 안정한 금속의 격자구조(lattice structure)를 극한의 상태로 변형하여 고유한 물리적/화학적 특성이 획기적으로 향상된 신 금속 소재를 개발함을 목표로 한다. 구체적인 목표는 다음과 같다.
1. 탄소(C), 붕소(B), 질소(N) 등의 원소의 고용도가 없는 금속 격자 내에 해당 원소를 강제로 고용시켜 격자 변형률이 최대(격자 변형량 10% 이상)화되며 열적으로도 안정한 격자 변형 신재료를 개발한다.
2. 알루미늄의 격자 변형에 따른 기계적 특성, 마모 특성, 충격흡수능, 열팽창계수의 특성이 극대화될 수 있는 격자 변형 소재를 개발한다.
3. 마그네슘의 격자 변형에 따른 증가된 내부 공간을 이용하여 기계적 특성, 수소 저장 및 배출 특성이 기존의 이론에서 제시한 수준을 극복할 수 있는 격자 변형 소재를 개발한다.

연구결과
본 연구에서는 기계적 밀링의 방법으로 Al 및 Mg 기지에 탄소(C), 붕소(B), 질소(N)를 포함하는 나노 입자를 분산하고, 이를 열처리함으로써 비금속원소가 과고용되어 있는 복합소재를 개발하였으며, 이들의 기계적 특성을 평가하였다.

1. Al/C₆₀-fullerene 복합소재 및 Al-C 격자 변형 소재를 개발하였으며, 격자가 변형된 부분이 소재의 50 vol.% 이상 차지하고 격자가 변형된 부분은 원래 알루미늄 격자의 10% 이상의 격자가 변형되는 정량 목표를 모두 달성하였다.
2. 개발한 Al-C 복합소재의 기계적 특성을 평가하고 복합재 강화에 대한 모델을 제시하였으며, 복합소재의 마모 특성, 충격흡수능, 열팽창계수를 평가한 결과, 개발 소재는 우수한 기계적 특성, 내마모성, 충격흡수능 및 낮은 열팽창계수를 보였다.
3. Mg/C₆₀-fullerene 복합소재 및 Mg-C 격자 변형 소재를 개발하였으며, 일정 부분 격자 변형이 구현되외 기계적 특성이 향상되는 것을 확인하였으나, 마그네슘 탄화물을 쉽게 만들어 괄목할만한 특성의 향상을 나타내지 않았다.
4. Al/BN 복합소재 및 Al-B,N 변형 소재를 개발하였으며, 개발 소재는 우수한 특성을 보였으며, BN에서 분해된 붕소와 질소가 결정립계면에 편석되어 고온에서의 알루미늄 결정립 성장을 효과적으로 억제하였다.

연구결과의 활용계획
격자 변형에 의한 기계적, 마모, 충격흡수 특성의 향상으로 구조용 경량소재 뿐 아닌 로봇 관절 등 차세대 부품소재로서의 적용이 기대되며, 알루미늄의 경우 열팽창계수의 획기적인 감소는 고온에 노출되는 packaging 소재로서의 적용이 기대된다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
The objectives of the project are:

1. to develop new materials with controlled lattice structures (lattice strain more than 10%), where non-soluble atoms such as carbon, boron, or nitrogen occupy the interstitial sites of the metal matrix;
2. to investigate mechanical,

Purpose& contents
The objectives of the project are:

1. to develop new materials with controlled lattice structures (lattice strain more than 10%), where non-soluble atoms such as carbon, boron, or nitrogen occupy the interstitial sites of the metal matrix;
2. to investigate mechanical, tribological, damping, and thermal properties of aluminum with controlled lattice structures;
3. to investigate mechanical and hydrogen absorption properties of magnesium with controlled lattice structures.

Result
In this study, we developed Al or Mg matrix composites where C, B, N containing nano-materials are dispersed. By annealing the composites, we also developed the new composites where the non-metal atoms are super-saturated in the matrix by distorting the lattice of the matrix, and evaluated the mechanical/thermal properties of the new composites.

1. We developed Al/C₆₀-fullerene composites and Al-C supersaturated composites, the volume fraction of supersaturated phase was found to be over 50% and the lattice distortion was found to be over 10%.
2. The composites showed great mechanical properties and the strengthening behavior of the composites was also discussed with the theoretical models. Furthermore, the composite also showed great wear resistance, damping capacity and limited thermal expansion behavior.
3. We developed Mg/C₆₀-fullerene composites and Mg-C supersaturated composites, and the Mg-C composite showed enhanced mechanical properties but it was not significant.
4. We devloped Al/BN composites and Al-B,N supersaturated composites, and the composites showed good mechanical properties. The B and N atoms segregated at grain boundaries were found to be effective to hinder grain growth at high temperatures.

Expected Contribution
The new materials developed in this study can be used as next-generation structural light-weight materials or materials for multi-joint robots because of its great mechanical properties as well as wear resistance and damping capacity. Since it has low coefficient of thermal expansion, it can usede as packaging materials for electronic devices.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 20
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 21
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 22
• 7. 참고문헌 ... 22
• 8. 연구성과 ... 23
• 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 23
• 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 24
• 11. 기타사항 ... 25
• 끝페이지 ... 25