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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김양도
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
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세라믹강화 알루미늄 복합재는 우수한 경량성과 높은 비강도를 보유하면서도 전자파 차폐, 중성자 흡수 등 특정 상황에서 기계적, 기능적으로 우수한 특성을 가짐으로써 여러 분야에 적용될 잠재력이 있다. 그러나 동시에, 기지금속 내에 강화재가 균일하게 분포되기 어렵고 강화재/기지재간 계면이 불안정하여 재현성있는 소재를 제조하기가 어려운 단점이 있기 때문에 적용 분야가 상당히 제한되어 왔다. 본 실험에서는 고온과 동시에 가압이 가능한 LPI공정을 사용하여 개선된 미세조직을 보유함으로써 향상된 기계적 특성을 가지는 TiB2-Al복합재 제조를 시도하였다. 복합재를 제조하기 전에 온도와 유지시간에 비례하는 TiB2와 Al의 젖음성을 기반으로 한 접촉각 측정실험과, 예비성형체 소결실험을 실시하여 복합재 제조공정을 최적화하였다. 그 결과로, 1000oC의 공정온도에서 1시간 유지하여 TiB2와 Al이 자발함침이 가능할 정도로 젖음성을 향상시키고, Ar 10bar 가압을 통해 용융된 Al을 다공질의 TiB2예비성형체 내부에 효과적으로 함침시켜 강화재 체적률이 약 65%인 고체적률 TiB2-Al복합재 제조에 성공하였다. 제조된 복합재는 체적률이 매우 높음에도 불구하고 강화재가 균일하게 분포되었으며 향상된 젖음성에 의해 Al이 강화재 입자 사이 좁은 공간에도 효과적으로 함침된 것을 확인하였다. 또한 TiB2가 Al에 대하여 화학적으로 안정적이기 때문에 복합재 제조 공정 중 Al3Ti나 Al2B와 같은 취성적인 반응상이 형성되지 않는 것을 확인하였다. 고배율로 촬영한 강화재와 기지재의 미세조직 분석 결과, 계면근처에는 어떤 기공이나 균열도 존재하지 않았으며 우수한 젖음성 덕분에 두 소재의 열팽창계수 차이에도 불구하고 제조된 복합재는 초기와 다를 것 없이 깨끗한 상태를 유지하였다. 제조된 복합재의 비커스경도는 194.4Hv, 인장강도는 471.5MPa, 압축 항복강도는 500.4MPa, 탄성계수는 197.8GPa로 강화재를 첨가하기 전인 기지 Al1050에 비해 각각 8.4배, 7.0배, 8.4배, 2,8배 증가하였다. 이러한 복합재의 기계적 특성 향상 원인은 강화재와 기지재가 서로 치밀하게 결합된 계면을 형성하여 연질 Al에서 강하고 경한 TiB2로 하중전달이 효과적으로 일어났기 때문이라고 판단하였다. 향상된 기계적 특성과 더불어 열 팽창계수는 기지 Al1050대비 100~400oC전체 온도 범위에서 약 50% 감소한 결과를 나타냈으며, 본 연구를 통해 우수한 기계적 특성 및 열적 특성을 가지는 고체적률 TiB2-Al복합재는 수송, 방탄, 우주항공 등 여러 분야에서 적용이 가능할 것으로 기대된다.
목차
차 례초록 ???????????????????????????????????????????????????? ⅵ1 서론 ????????????????????????????????????????????????? 12 이론적배경 ??????????????????????????????????????????? 32.1 알루미늄 ????????????????????????????????????????????? 32.2 붕화티탄 ????????????????????????????????????????????? 72.3 복합재료 ???????????????????????????????????????????? 132.4 금속복합재료 제조 공정 ????????????????????????????????? 172.5 젖음성 ?????????????????????????????????????????????? 233 실험방법 ???????????????????????????????????????????? 273.1 TiB2/Al1050 접촉각 측정 ???????????????????????????????? 273.2 금속복합재 제조 ??????????????????????????????????????? 293.2.1 재료 준비 ?????????????????????????????????????????? 293.2.2 예비성형체 제조 ?????????????????????????????????????? 323.2.3 용융가압함침공정을 통한 금속복합재료 제조 ??????????????????? 353.3 복합재 미세구조 분석 ??????????????????????????????????? 393.3.1 미세조직 분석 ??????????????????????????????????????? 393.3.2 밀도 측정 ?????????????????????????????????????????? 393.3.3 성분 분석 ?????????????????????????????????????????? 403.3.4 상 분석 ??????????????????????????????????????????? 403.4 복합재 기계적 특성 평가 ????????????????????????????????? 413.4.1 비커스 경도 측정 ????????????????????????????????????? 413.4.2 상온 인장시험 ??????????????????????????????????????? 413.4.3 상온 압축시험 ??????????????????????????????????????? 443.4.4 탄성계수 측정 ??????????????????????????????????????? 443.5 복합재 열적 특성 평가 ?????????????????????????????????? 473.5.1 열팽창 계수 측정 ????????????????????????????????????? 47제 4 장 실험결과 및 고찰 ?????????????????????????????? 494.1 복합재 제조를 위한 공정조건 확립 ?????????????????????????? 494.1.1 온도에 의한 TiB2와 Al의 젖음성 분석 ??????????????????????? 494.1.2 TiB2예비성형체 제조 ??????????????????????????????????? 524.1.3 LPI공정을 통한 TiB2-Al복합재 제조 ????????????????????????? 564.2 복합재 미세구조 분석 ??????????????????????????????????? 634.3 복합재 기계적 특성 평가 ????????????????????????????????? 744.4 복합재 열적 특성 평가 ?????????????????????????????????? 88제 5 장 결론 ????????????????????????????????????????? 90참고문헌 ????????????????????????????????????????????????? 93영문초록 ???????????????????????????????????????????????? 101감사의글 ???????????????????????????????????????????????? 103
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