일반기술

고강도 Ti3AlC2 복합재료 및 그 제조방법

1. 기술의 개요 층상구조를 갖는 삼성분계 탄화물(Ternary Carbide) 중 하나인 Ti3AlC2는 Pietzka 와 Schuster[J. phase Equilib., 1994, 15(4), 392-400]에 의해 처음으로 합성 되었으며, Ti3AlC2를 비롯한 삼성분계 탄화물세라믹스의 공통된 가장 두드러진 특징은 금속 및 세라믹스가 가지고 있는 각각의 고유한 특성을 동시에 갖고 있다. 이제까지 개발된 복합재료 중 금속과 세라믹스의 특성을 동시에 갖는 재료는 쉽게 찾아볼 수 없다. Ti3AlC2는 금속재료와 같이 우수한 열 및 전기전도성을 갖고, 경도가 낮고 우수한 기계가공성을 갖고 있으며, 높은 내열 충격특성을 갖으며, 고온 뿐 만 아니라 상온에서도 소성변형을 하는 것으로 알려져 있다. 동시에 Ti3AlC2는 세라믹 재료의 일반적인 특성으로 높은 용융점, 열 및 화학적 안정성, 비교적 낮은 밀도(4.25 g/cm3) 및 높은 탄성계수를 지니고 있으며, 특히 Ti3AlC2는 초 내열 합금이 견딜 수 없는 온도에서도 높은 고온강도를 유지하는 것으로 알려져 있다[Scr. Metall. Mater., 1997, 36, 535-541]. 또한, Ti3AlC2 소결체는 내열, 내부식 및 기계적 특성이 우수하고 기계가공성이 가능하기 때문에 고온 열 교환기 소재, 고온 구조재료, 우주항공용 소재 및 내 부식성 산업용 소재 등에 주로 응용될 수 있으며 엔지니어링 세라믹스와 비교하여 상업적 가치가 높은 것으로 평가되고 있다.2. 기술의 특징 본 연구에서 개발 된 고강도 Ti3AlC2 소재는 기존에 알려져 있던 출발원료 물질계와는 다른 TiCx(X=0.6) 및 Al을 출발물질로 사용되며, TiCx는 Ti 또는 TiH2와 Carbon 분말을 사용하여 고온 합성 반응으로 제조되었다. 소결체는 Ti3AlC2, Ti2AlC 및 TiCy(y>0.6)가 주요 결정상으로 포함되어 있으며, Ti3AlC2 기지상에 100 nm 크기 이하의 TiCy상이 강화되어 있는 Ti3AlC2복합재료를 특징으로 하며, 3점 굽힘강도시험법(span 20mm, loading speed 0.5 mm/min.)으로 측정한 파괴강도가 700 MPa 이상이며, 초경(WC-Co)공구로 가공이 가능한 기계가공 특성을 갖는다.