일반기술

입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합재료 및 그 제조방법

본 기술에서는, Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 A1 기지(Matrix) 합금 분말에 SiCp(SiC 입자)를 균일 분산되도록 혼합한 후 여기에 SiCw : SiCp이 (3-1):(1-3)이 되도록 SiCw(SiC 휘스커(Whisker))를 혼합하여 (SiCw+SiCp)/A1 기지 분말이 10-25 체적(vol.)%가 되도록 한다. 그리고, 이 혼합 분말을 메탄올 수용액 내에서 30-60분간 혼합하여 복합 분말로 제조하며, 메탄올 수용액 분위기는 제조 동안 SiCw의 부러짐을 최소화하기 위한 것이다. 이어서 얻어진 복합 분말을 캔(Can)에 장입하여 500℃까지 승온시키면서 탈가스 처리하여 진공봉입하고, 캔에 진공봉입된 복합분말을 510-540℃에서 100-120MPa의 압력으로 열간 가압성형하고, 이어서 430-470℃에서 (10-30):1의 압출비로 압출하여 제조한다. 본 방법에서 열간 성형 온도는 510-540℃로 한정하였는데, 기지 조직의 고상선 온도인 502℃ 이상(약 40℃)에서 하는 것이 바람직하여, 이 고상선 온도보다 너무 높은 온도에서 열간 성형하게 되면 기계적 성질을 저하시키는 여러 반응생성물이 발생할 수 있으며, 고상선 온도 이하에서 열간 성형하게 되면 성형체의 밀도가 저하할 뿐만 아니라 휘스커의 부러짐이 발생할 수 있다. 또한, 본 기술에서는 Cu:3.8-3.9중량%, Mg:1.2-1.8중량%, Mn:0.3-0.9중량%, Fe:0.14-0.3중량%, Si:0.2중량% 이하, Zn:0.25중량% 이하, 및 잔여량의 A1으로 이루어진 A1 합금 기지 분말에 SiCw : SiCp이 (3-1):(1-3)로 혼합되어, 기지 분말에 대해 (SiCw+SiCp)가 10-25 체적(vol.)%인 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료를 제공한다. 이때 복합 재료에서 (SiCw+SiCp)를 기지 분말에 대해 10-25 체적(vol.)%로 한 것은 강화상이 기지 재료내에서 비교적 충분한 강화 효과를 나타내도록 하기 위한 것인데, 강화분율이 25% 이상일 경우는 연신율이 급격히 저하되어 실제상용화에 문제가 있으며, 10% 이하일 경우는 강화 효과를 충분히 기대할 수 없기 때문이다. 본 기술은 SiCw(SiC Whisker)와 SiCp(SiC 입자(particle))를 동시에 첨가하여 강화한 특징이 있는 기술이다. 일반적으로 SiCw는 SiCp보다 강도나 연신율 특성은 우수하나 제조 가격이 고가이며 인체에도 유해한 반면, SiCp는 SiCw보다 강도나 연신율 특성은 다소 떨어지나 내마모 특성이 우수하고 제조 가격이 저렴할 뿐만 아니라 인체에 유해한 정도도 SiCw보다는 훨씬 미미한 특징이 있는데, 본 기술은 이러한 SiCw와 SiCp를 동시에 강화한 하이브리드 복합 재료라는 특징이 있다. 본 기술에 의한 입자 및 휘스커 강화 하이브리드 복합 재료에 의하며, SiCw나 SiCp 만을 단독으로 강화한 복합 재료에 비해 물성이 우수하고 인체에 유해한 정도가 개선되며, 제조 가격이 절감되는 등 경제적인 면 및 산업적인 응용면에서 유용한 효과가 있다.기술의 SiC 복합재료는 항공기 및 자동차용 재료로서 주목받고 있지만, 아직 연구개발 중이거나, 일부 분야에 상용화가 이루어지고 있는 기술이다. 하지만, 본 기술은 첨단 소재로서 항공산업, 자동차 산업 등에 적용이 될 수 있고, 꾸준한 성장성과 시장규모가 있는 분야로서, 향후 시장성이 있을 것으로 판단된다.