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CNT/AZ31 복합재료에 있어서의 새로운 CNT 균일분산 기술

전문가 제언: ○ CO2 방출량 감소를 위해 자동차 연비의 개선이 초미의 관심사로 등장함에 따라 마그네슘과 같은 비강도가 높은 경량재료의 수요가 증가하고 있다. 그러나 마그네슘의 강도와 강성은 경쟁관계에 있는 알루미늄이나 철강에 비해 훨씬 못 미친다. CNTs(Carbon Nanotubes)의 첨가에 의한 복합재료의 제조는 이 약점을 개선하는 좋은 방법 중 하나이다. 그러나 CNTs는 서로 간의 응집력이 강하기 때문에 금속기지 내에 균일하게 분산시키기 어렵다. 본고에서는 이 문제의 해결방법을 제시한다.

○ 본 연구에서는 AZ31 Mg 합금을 금속기지로 사용하였다. 시판의 DMSO-CNTs를 습식법으로 해체하여 만든 CNTs 분말을 Mg 분말과 혼합하여 압분체를 만들고, 그것을 열간압출하여 CNT/Mg 복합 전구체를 만들었다. 이 전구체를 슬러리 상태의 AZ31 용탕에 첨가함으로써 CNTs를 AZ31 기지에 균일하게 분산시켰으며, 이 과정에서 CNTs의 형상과 구조는 거의 손상되지 않았다. CNTs의 첨가에 의해 결정립이 미세화되어 CNT/AZ31 복합재료의 강도와 연신율이 크게 증가하였다.

○ 우수한 강도와 강성을 가진 CNTs는 Al, Mg, Ti 등 금속기지 복합재료(MMCs: Metal-Matrix Composites)의 중요한 보강재이다. 복합재료에는 CNTs의 금속기지 내 균일분산이 매우 중요하므로 용탕의 교반(초음파, 기계식), 계면활성제 코팅, 볼밀링 등 여러 가지 방법이 동원되고 있다. 그러나 균일분산이 미흡하거나 가공과정에서 CNTs의 구조가 파괴되는 등의 부작용이 발견되어 이 분야의 연구는 CNTs의 최적 균일분산 방법 개발에 집중되고 있다.

○ NTIS 통계자료에 의하면 국내의 Mg 합금 기반 복합재료 연구결과는 2010년 이후 10여 건 정도이다. 그중 CNT-보강 Mg 복합재료 연구는 6건이지만, 해외 학술지에 정식 논문으로 발표된 것은 1건뿐이다. 그러나 그 경우에도 볼밀링으로 제조한 Al-CNT 분말을 Mg 판재에 코팅하여 ARB(Accumulative Roll Bonding)법으로 복합재료를 제조하였으므로 CNTs의 구조가 파괴되었을 가능성이 크다. 앞으로 국내에서도 CNT 보강 Mg 합금에 대한 연구가 더 활발해지기를 기대한다.

저자: Guoqiang Han, Zhaohui Wang, Ke Liu, Shubo Li, Xian Du,Wenbo Du
자료유형: 니즈학술정보