[재료과학] 금속복합재료 정리 (복합재료란?, 금속 복합재료, 금속복합재료의 종류, 보강섬유와 기지재료, 금속복합재료 제조 및 성형, 복합재료의 응용)

소개글

[재료과학] 금속복합재료 정리 (복합재료란?, 금속 복합재료, 금속복합재료의 종류, 보강섬유와 기지재료, 금속복합재료 제조 및 성형, 복합재료의 응용)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 복합재료란?

2. 금속 복합재료 (Metal Matrix Composites : MMC)

3. 금속복합재료의 종류
　(1) 섬유강화 금속 복합재료(FRM : Fiber Rainforced Metal Composites)
　(2) 단결정 섬유강화 금속(WRM)
　(3) 방향강화 FRM(unidirectionally solidification eutection composite)
　(4) ODS 합금
　(5) CC콤포지트(carbon carbon composites)

3. 보강섬유와 기지재료
　1. 보강섬유
　　1-1.유리섬유
　　1-2. 탄소섬유
　　1-3. 아라미드섬유
　　1-4. 기타 섬유

4. 금속복합재료 제조 및 성형
　(1) 오토클레이브 성형법
　(2) 필라멘트 와인딩 기법
　(3) 오픈 몰드를 이용한 성형법
　(4) 기타 성형법
　(5) 복합재료의 접합

5. 복합재료의 응용
　(1) 항공기 구조물
　(2) 우주 구조물
　(3) 자동차 구조물
　4. 스포츠.레저용품
　5. 그 밖의 복합재료 응용분야

본문내용

e,Sic-W
(탄화규소)SIC
SiC Filament
3.4
100
330
45000
미카론
2.5
10
250
18000
Alumina
Al2O3
SAPHICON
4.0
250
240
46000
SAFFIL
304
3
100
10000
NEXTEL
2.5
11
175
15000
住化알루미나
3.2
9
250
25000
FP
3.9
19
220
39000
Silica SiO
Astroquartz
2.2
9
70
7000
2.2
0.
]8
650
2.2
10
420
방향족계
KEVLAR-29
1.44
12
280
6350
KEVLAR-29
1.45
12
280
13300
4. 금속복합재료 제조 및 성형
금속 복합재료의 제조방법은 여러 가지가 소개되고, 이에 따른 연구결과들이 발표되어 어느 것이 가장 적합한 방법이라고 구별하기가 쉽지 않으나 일반적으로 대량생산에 적합한 방법은 액체 상태의 기지재료, 즉 주조방법으로 제조하는 것이 적합하며, 양은 적으나 고품질의 금속복합재료 제조에는 분말야금, 확산접합, PVD와 같은 고체상태의 기지재료로 제조하는 것이 적합하다. 전자의 방법은 Al, Mg, Cu 등을 기지재료로 하여 가압 주조법, 교반 주조법 등으로 제조하여 자동차 부품제조에 사용되고 있으며, 후자는 Ti 및 금속간 화합물 기지재료로서 분말야금법 또는 PVD방법으로 프리프레그 형태를 제조하여 열프레스에 의한 확산접합으로 최종 성형하여 전저부품 및 항공기용 고온 구조재로 사용하고자 연구 개발되고 있다.
제조방법에는 가압 주조법,교반 주조법, 용융 합침법, 액상 융착법, 확산 접합법, 스프레이 제조법, 분말야금 방법 등이 있다.
섬유강화 복합재료는 그 제조방법이 일반 금속재료와 매우 다르다. 섬유강화 복합재료의 제조방법은 주로 그 기지(matrix)가 되는 물질에 따라 달라지는데, 기지재료가 열경화성 수지일 경우와 열가소성 수지일 경우, 또 금속이나 세라믹일 경우, 각각 최고의 기계적 성질과 경제성을 얻기 위하여 전혀다른 공정이 사용된다. 또한, 복합재료는 일단 성형되면 필요에 따라 절단하거나 구멍을 뚫는 정도의 간단한 후가공만을 하므로, 제품의 형상에 따라 각기 다른 성형방법을 채택해야 한다. 현재까지 연구 개발되어 활용되고 있는 각종 복합재료의 성형법은 아래와 같다.
(1) 오토클레이브 성형법
오토클레이브란 아래 그림과 같이 열과 압력을 동시에 가할 수 있는 가압로인데, 고품위 항 공기의 최신 복합재료 부품 중 판재 및 샌드위치 구조물은 대부분 오토클레이브를 이용하여 만든다. 오토클레이브 성형법은 크기가 아주 크거나 복잡해서 압축 성형법으로는 제작할 수 없으며, 제품 생산 수량이 많지 않아 금형 제작이 어려운 경우에 사용된다. 그래서 항공기 복합재료 부품 및 시제품 제작, 항공기 부품 접착 등에 많이 쓰인다.
탄소섬유 에폭시 복합재료를 오토클레이브 경화시킬때의 경화 싸이클
오토클레이브 성형법은 그 공정이 복잡하고 부자재가 많이 필요하며, 공정 및 제조 시간이 갈고, 장비가 비싸다는 단점이 있지만, 기계적 성질이 우수한 제품을 만들 수 있다는 장점이 있다. 또 가해지는 압력이 크지 않으므로 금형의 제작이 간단하여 복잡한 형상의 제조에 용이하다.
오토클레이브 성형품의 사용범위를 보면, 항공기 부품 중에서 높은 하중을 받는 1차 구조물 보다는 비교적 작은 하중을 받으면서 형태를 유지시키는 역할을 하는2차 구조물에 주로 응용되었다. 그러나 80년대부터는 1차 구조물에 해당되는 항공기의 날개나 동체 구조물을 일체 성형하는 제조기술이 개발되어 응용되고 있다.
[표 6] 오토클레이브 성형품이 항공기에 사용된 예
기종
복합재료 부품
Boeing 767
방향키, 승강키
외면 플랩(flap)
내면 에일러론판(aileron panel)
스포일러, 날개/동체 페어링(fairing)
주착륙 장치문 등
F-18 Hornet
수직 안정판, 수평 안정판
방향키, 내면 날개 외피
외면 날개 외피, 등 덮개, 뒷면 플랩
L-1011 Tri Star
수직 안정판, 수직 핀등
UM-60A
Black hawk
헬리콥터
주 로터 블레이드(rotor blade)
앞전 안정판(leading edge stabilizer)
전방 슬라이딩 페어링
상방 캐노피(upper nose canopy)
전방문, 엔진입구
주화물칸 문 등
(2) 필라멘트 와인딩 기법
필라멘트 와인딩 성형기법은 수지가 함침된 연속섬유를 회전하는 심축 위에 감아서 주로 파 이프나 압력용기, 로켓 모터 케이스 등과 같은 축대칭 복합재료 구조물을 제작하는 방법이다. 필라멘트 와인딩 성형은 심축의 회전속도와 섬유의 공급위치를 이동시키는 캐리지의 속도를 조절하여 일정한 와인딩 각도와 패턴으로 수지가 함침된 연속섬유를 심축에 감을 수 있는 성형기를 이용한다. 와인딩된 제품을 경화 사이클에 따리 경화시킨후에 심축을 탈형시키고 필요에 따라 표면을 가공하는 과정이 일반적인 필라멘트 와인딩 성형과정이다.
필라멘트 와인딩 섬유로는 표면이 특수처리된 유리섬유를 주로 사용하고 있으나, 높은 비강 도와 비강성도가 요구되는 항공기 복합재료 부품과 같은 경우에는 탄소섬유나 케블라섬유를 사용한다. 기지재료로는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르 수지가 주로 사용된다. 초기에는 주로 성형기의 형상이 선반형태인 체인 구동형이었으나, 근래에는 다축운동이 가능한 컴퓨터 제어 성형기가 개발되어 사용되고 있으며, 연속파이프 제조용이나 대형 저장탱크를 제조할 수 있는 특수성형기도 개발되어 사용되고 있다.
필라멘트 와인딩 방법은 섬유를 감는 패턴에 따라 헬리컬 와인딩법과 폴라 와인딩법으로 분류할 수 있다. 헬리컬 와인딩법은 심축이 계속 회전하고 캐리지가 왕복운동을 하면서 와인딩하는 방법으로, 심축의 회전속도와 캐리지의 이동속도의 비율에 따라 와인딩 각도가 결정된다.
필라멘트 와인딩 공정
폴라 와인딩법은 심축이 정지되어 있는 동안 섬유를 공급해 주는 팔이 축방향으로 한 바퀴 돌면서 1패턴을 이룬 다음, 심축이 밴드폭만큼 회전하고 다시 팔이 돌아가며 이미 감긴 섬유 옆을 계속 감는 방법이다. 폴라 와인딩법은 주로 구형이나 돔형 압력용기의 와인딩에 사용된다.
폴라 와인딩 패턴
헬리컬

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