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열팽찰계수 조절이 가능한 Al-ZrMgMo3O12 복합재료

전문가 제언: ○ 음의 열팽창계수(NTE, negative thermal expansion)를 가지는 물질을 양의 열팽창을 가지는 재료에 복합시키는 방법은 열팽창계수 조절을 가능하게 할 뿐만 아니라 거의 열팽창이 나타나지 않는(near-zero thermal expansion) 재료를 제조할 수 있는 효과적인 방법이다. 이와 같은 물질은 열응력이 크게 문제가 되는 고도의 정밀성이 요구되는 장치설계에 유용한 물질이다.

○ 본 자료에서는 NTE 물질인 ZrMgMo3O12 고상합성법과 알루미늄 금속과 ZrMgMo3O12 복합재료 제조법을 소개하였다. Al:ZrMgMo3O12 질량비가 2:8인 경우 열팽창계수가 0.77x10-6/K(300-820K)를 보이고 있어 열팽창이 거의 일어나지 않는 특성을 나타낸다. Al:ZrMgMo3O12 질량비가 6:4인 Al-ZrMgMo3O12 복합재료의 열팽창계수는 8.72x10-6/K를 보여 알루미늄 금속의 1/3 수준을 보이고 있다.

○ 전자부품 소재에서 알루미늄은 높은 열전도 특성 때문에 고방열 재료로 널리 사용되고 있다. 그러나 열팽창계수가 23 x10-6/K 정도로 높아 다른 소재와 결합하여 사용하는 경우 열적 불일치로 인한 층간박리 및 미세 균열 발생으로 소자나 부품의 성능 및 신뢰성을 저하시킨다. 열팽창계수 감소를 위한 방법으로 알루미늄/탄화규소(Al/SiC) 복합재료는 약 13×10-6/K 정도의 열팽창계수를 보이나, 그 이하로 감소시키는 데는 어려움이 있다. 본 연구의 열팽창계수 조절 가능한 복합재료 제조기술은 전자부품의 성능과 신뢰성 향상에 크게 기여할 수 있는 기술이다.

○ 음의 열팽창 물질에 대한 국내의 연구는 미흡한 상태이다. 특히 주목받고 있는 AM2O8(A=Zr 또는 Hf, M=Mo 또는 W)계는 비교적 간단한 공정과 낮은 생산단가로 제조할 수 있는 물질이다. 마이크로 칩과 같은 고도의 정밀성이 요구되는 장치설계나 열응력이 문제가 되는 우주항공 및 방산부품 재료 개발 등에 적용이 예상되는 NTE 물질의 경제적인 합성기술 개발은 이 분야 부품산업 경쟁력 향상에 크게 기여할 것이다.

저자: Mingju Chao, et al.
자료유형: 니즈학술정보