다공성 ZrW2O8/Al 복합재료의 미세조직과 열팽창 특성

전문가 제언

○ 음의 열팽창(NTE, negative thermal expansion)특성을 가지는 물질을 알루미늄 금속기지에 충전한 복합재료는 높은 열전도성과 낮은 열팽창 특성을 보여 열응력이 크게 문제가 되는 온도변화가 심한 조건에서 작동하는 고도의 정밀성이 요구되는 정밀기기의 설계 제작에 유용한 재료라 할 수 있다.

 

○ ZrW2O8은 넓은 온도범위에서 등방성의 음의 NTE 특성을 보이는 물질로 알려져 Al 분말에 충전시켜 복합재료로 많이 연구되고 있는 재료이다. 그러나 ZrW2O8은 온도와 압력에 따라 상전이가 일어나는 물질로 알려져 있어 그 응용에 제한이 있다. 즉 상온에서는 α-상을 유지하나 155℃에서 β-상으로 가역적인 상변이를 일으키고 0.2GPa 이상의 압력이 가해지면 입방결정체 α-상에서 사방정계 γ-상으로 변이를 일으키는 특성을 보인다. 또한 이러한 상변이와 함께 열팽창계수가 크게 달라지는 단점이 있다.

 

○ 종전의 기술은 이러한 상변이를 줄이기 위하여 낮은 온도에서 장시간(200℃/15h) 열처리하는 방법이 시도되었으나 Al과 ZrW2O8 과의 반응이 일어나 열팽창계수가 증가하는 단점이 발생한다. 본보는 ZrW2O8/Al 복합재료 제조 시 방전플라즈마소결(SPS, spark plasma sintering) 방법을 사용하여 소결온도를 낮추고 짧은 시간에 소결하는 기술을 보고한다. 또한 SPS 소결압력 조절을 통하여 다공성구조를 가지는 ZrW2O8/Al 복합재료 제조기술을 제시하였다. 이러한 다공성 구조는 Al과 ZrW2O8의 큰 열팽창계수 차이에 의해 발생하는 열응력을 이완하는 역할을 하여 γ-ZrW2O8 으로의 상변이를 감소시키는 것을 확인할 수 있었다.

 

○ 고도의 정밀성이 요구되는 장치설계나 열응력이 문제가 되는 전자부품, 우주항공 및 방산부품 재료 개발 등에 적용이 예상되는 NTE 물질은 정밀산업에 필요한 물질이나 국내 연구는 미흡한 상황이다. NTE 물질 합성 및 복합재료 제조 기술에 대한 연구가 필요하다.

저자

Gaohui Wu, et al.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

670()

잡지명

Journal of Alloys and Compounds

과학기술
표준분류

재료

페이지

182~187

분석자

김*태

분석물

• 다공성 ZrW2O8 Al 복합 재료의 미세조직과 열팽창 특성.pdf [471,564 byte]

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