Alumina Fiber Reinforced Metal(알루미나 섬유강화금속)

소개글

Alumina Fiber Reinforced Metal(알루미나 섬유강화금속)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

▣ Part Ⅰ. 서 론
- 주제 소개
- 주제선정 배경
- 복합재료의 소개

▣ Part Ⅱ. FRM

▣ Part Ⅲ. Alumina FRM의 특성
- 다결정질 단섬유강화
- 다결정질 연속섬유강화
- 다른 FRM과의 차이

▣ Part Ⅳ. Alumina FRM의 제법
- 주조법
- 확산접합법
- 제법의 장점

▣ Part Ⅴ. 산업에서의 이용 현황

참고문헌

본문내용

하여 알루미나섬유에 의한 FRM의 성형은 대부분 주조법으로 행한다.
□ 진공주조법
열분해성의 유기고분자를 바인더로 하여 연속섬유의 묶음을 시크상으로 당긴 것을 드럼바인더 들에서 적재한다. 이를 적층으로 하여 열가압에 의해 예비성형체를 만든다. 이 형의 예비성형체로 이 시트를 테입상으로 해서 묶기도 하고, 섬유다발을 필라멘트 와인테인그하여 유기고분자로 고정시킨다. 이 예비성형체를 주형에 넣고 약 500℃로 가열하여 유기고분자를 열분해시켜 제거한다. 주형 일부를 매트릭스 금속의 용탕에 넣어 끝부분에서 진공으로 흡인하여, 용탕을 주형 내로 흡인해서 섬유로 함침시킨 다음, 냉각고화하면서 주형에서 꺼낸다.
다음은 진공주조법의 개요을 나타낸 것이다.
<진공주조법>
□고압주조법(용탕주조법)
앞에서 진공주조법에 서술한 방법에 의해 예비성형체를 제작한다. 경우에 따라 결합제에 알루미나졸이나 실리카졸을 첨가해주면 유기고분자를 열분해하여 제거한 후, 졸이 잔존하여 무기결합제를 활동함으로써 성형체의 형상이 유지된다. 단섬유를 강화재로 하는 경우에도 섬유와 결합제를 혼합하여 형틀에 넣어 고화시키면 예비성형체를 제작할 수 있다.
예비성형체를 주형에 넣어 가열하여 유기고분자를 분해 제거한 후 용탕을 주형에 주입하고 가압(50~100MPa)하여 섬유에 함침한다. 응고 후에 형을 열어 성형체를 RJ낸다. 이러한 주조법은 공업적 규모로 대향성형이 가능한 방법이다.
다음은 고압주조법의 개요를 나타내고 있다.
<고압주조법>
□함침소재의 확산접합
섬유다발에 매트릭스 금속을 함침한 선상의 중간소재를, 함침소재라 부르고 있다. 이 함침소재의 다수를 묶어서 열간롤러나 열간압출하고 확산접합하여 일체화한다. 앞에서 설명한 주조법은 크기가 한정된 부품의 성형에 적합하다.
확산접합의 과정의 개략도에 대해 설명하자면, 섬유다발과 매트릭 금속이 최초의 접촉이 이루어지는 단계이다.
그 첫 번째 단계로는 접합면의 접촉 부분이 소성변형 하는 동시에 표면의 피막이 파괴되어 접촉면을 형성한다. 두 번째 단계로는 접합면에서의 금속원자 확산과 크리프 변형(외력이 일정 유지되어 있을 때 시간이 흐름에 따라 재물의 변형이 증대하는 현상)이 일어나고 시간이 경과 되면서 접촉면적이 증가한다. 세 번째 단계에서는 접합면의 잔공기공(보이드)가 없어지고 접합계면에서 임계이동이 발생하여 접합이 왼료된다.
□ 알루미나 섬유 제법의 장점
주조법은 복합한 형상의 이형 FRM이나 필요한 부분에만 섬유를 충진한 부분강화 FRM의 성형이 쉽고 금속은 반응이 풍부한 용융상태에서 섬유와 복합화 하기 때문에 섬유와 매트릭스 금속의 계면에 강한 결합이 형성 되어서 FRM의 기계적 성질이 우수하다는 점이다. 이는 보통 크기가 한정된 부품의 성형에 접합하다. 이와는 다르게 확산 접합법의 장점은 연속적인 판이나 봉상의 제품을 만드는데 적합하다.
PartⅤ. 산업에서의 이용현황
알루미나 섬유강화 금속의 산업현장에서의 이용현황은 그림에서 나타내듯 항공우주용, 자동차, 농업수산용, 전기 전자, 스포츠 레저, 건축용등 여러분야에서 사용되기도 하지만 우리와 자주 접하고 또한 앞으로 무구한 개발 가능성이 있는 항공 우주용, 자동차 분야에 대해서 자세히 살펴보도록 하겠다.
자동차산업의 경우, 자동차의 연비를 낮추기 위해 엔진 등 고속 운동부분의 고속화(마찰감소)와 경량화가 가장 효과적이기 때문에 강화재와 모재의 조합으로 강성, 강도, 내마모성 등이 잘 조화된 금속으로는 얻기 어려운 물성이 획득되므로 알루미나 FRM을 가장 많이 이용한다.
알루미나 FRM은 그림에서 보듯이 자동차 산업에 엔진 블록 이라는 곳에 사용되는데 이것이 피스톤재료의 내열성과 내마모 특성을 크게 강화 시킨다. 혼다에서는 개발한 엔진 불록 실린더를 혼다 F24에 탑재함으로써 9mm에서 7mm로 얇게 함으로써 실린더 블록의 경량화에 성공하였다.
FRM은 현재 A1 매트릭스의 자동차용이 많다. 자동차의 경우 연비를 낮추는 것이 최대 과제이다. 그러기 위해서는 엔진등 고속 운동부분의 고속화 (마찰감소)와 경량화가 가장 효과적이다. 때문에 강화재와 모재의 조합으로 강성, 강도, 내마모성 등이 잘 조화된 금속으로는 얻기 어려운 물성이 획득 되므로 이분야에 대한 시험,연구가 활발하게 이루어지고 있다.
-일본의 혼다고업에서 생산하는 ‘프레드류’의 실린더 라이너는 Al₂O₃단섬유와 탄소 섬유를 중량비 4:1로 한 것을 두께 3mm의 통상 프레폼으로 하고, 이것을 엔진 블록의 주형에 센트한 다음 AL합금의 용탕을 주입하여 엔진 블록을 주조 한 것으로, 내마모성, 내소부성이 좋다.
-도요타 자동차의 그랭크, 댐퍼프리는 Al₂O₃, SiO₂단섬유로 강화한 Al 제품으로,강제에 비하여 20%나 가벼워졌다. 이밖에 Al합금 모재에 SiC 휘스커를 사용한 골프클럽 헤드, 에어컨 콤프레서 베인, 자전거 프램등이 있다.
항공 우주 산업에서는 여러 복합재료 중 알루미나 FRM이 SPACE 셔틀에 가장 먼저 쓰였으며 점차 다양한 분야에 쓰이고 있는 추세이다. 항공기도 경량화가 생명인데 ,군사용에는 B/Al과 SiC/Al등이 사용되고 MMC의 사용도가 늘어나고 있다. 그러나 민간기의 경우는 채용이 늦어지고 있다. 미래의 SST에는 Ti기 MMC, TiAl기 MMC등이 검토되고 있다.
알루미나 FRM은 상용화 된 것도 있지만, 현재 개발단계에 있는 것이 많기 때문에 앞으로의 전망은 밝을 것으로 예상된다.
참고문헌
-알루미나 장섬유 강화 복합 금속재의 피로 균열성장거동 / Fatigue Crack Growth Behavior of Continuous Alumina Fiber Reinforced Metal Matrix / 김두환 / 1997
-구조재료 세라믹스 / 신지서원 / 최태운 / 2003
-Effects of temperature, thermal exposure on Alumina/NASA technical paper/1999
-복합재료입문 / 겸지사 / 신소재연구회 / 2002
-차세대 복합재료기술 / 김계덕 / 과학기술 /1999
-복합재료의 강도평가기술 및 내충격성 측정 기반기술 개발, 제2차년도 /
과학기술처 / 1994

키워드

알루미나,   알루미나 섬유강화금,   섬유강화금속,,   Alumina Fiber Reinfo,   FRM