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Ta-Cu계 전기접점재료의 소결방식에 따른 특성 연구

Title
Ta-Cu계 전기접점재료의 소결방식에 따른 특성 연구
Other Titles
Characterization of Ta-Cu based electrical contact materials according to sintering method
Author
주원
Alternative Author(s)
Ju Won
Advisor(s)
김영도
Issue Date
2018-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
스위치의 통전부위에 해당하는 역할을 수행하는 전기접점재료는 적절한 역할 수행을 위하여 전기전도도 및 열전도도가 우수해야하며 작동 환경에 따라 고온에서의 안정성 또한 필요로 한다. 다양한 환경에서 작동하는 전기접점재료들 중 중, 고전류를 통전시키는 환경에서의 사용은 기본적인 전기전도도 뿐만 아니라 열적 안정성 또한 갖춰야 하기 때문에 두 가지 이상의 물질을 복합화하여 사용하게 된다. 가장 대표적으로 사용되는 것이 Ag-CdO와 W-Cu 계열로, 두 물질 모두 전기적물성이 우수한 재료와 내열성을 가지는 재료를 이용하여 접점재로 활용되고 있다. 하지만 Ag-CdO의 경우 환경적 문제와 추가산화라는 문제점에 의해 다른 물질로 대체 연구되어지고 있으나 그 성과가 미미하고, W-Cu의 경우 안정적인 물성을 나타내지만 가공에 어려움이 있어 그 활용에 제한적이다. 이에 본 연구는 기존의 전기적 물성을 나타낼 수 있는 Cu와 고융점, 낮은 열팽창계수를 나타내는 Ta와의 혼합을 통해 전기접점재료 제조를 수행하고 관련 물성들을 확인하였다. Cu와 Ta의 경우 상호 불용성을 나타내기에 복합화 하여 사용 시 물성 제어가 용이하며, 제 2상에 의한 물성 변화가 나타나지 않기 때문에 전기접점재료로써 적합하다 할 수 있다. 제조법으로는 공정이 비교적 단순한 소결법을 이용하였으며, 세부적으로는 가압소결법과 액상소결법을 이용하여 두 소결법에 대한 비교를 진행하였다. 가압소결의 경우 고상 상태를 유지하면서 성형과 소결을 동시에 진행하기 때문에 가압에 의한 치밀화를 노릴 수 있으며, 액상소결의 경우 성형밀도와 액화에 의한 치밀화를 통해 밀도의 향상을 고려할 수 있고, 두 소결 모두 가압 및 액화를 통한 물성 향상을 고려할 수 있기 때문에 많은 연구에서 사용되고 있다. 본 연구에서 수행한 내용으로는 Ta 50~90 wt%, Cu 10~50 wt% 에 해당하는 전기접점재료들의 각 소결법에 따른 전기적 및 열적 물성과 경도, 상대밀도를 측정하고 이를 조직분석과 함께 진행하여 각 소결성에 대해 분석을 진행하였다. 또한, 소결성에 대한 추가 분석을 위하여 EBSD를 통해 결정립을 분석하였으며, 몇몇 시편의 경우 잔류응력 분석을 통해 물성 증가 여부가 가능한지에 대한 분석을 추가로 진행하였다. 결과적으로 가압소결법인 SPS와 HP, 액상소결법 중 액상소결법과 SPS가 기존 재료와 유사하면서도 우수한 물성들을 나타내었으며, 액상소결의 경우 SPS에 비해 낮은 상대밀도를 나타내었지만 결정립 크기의 증가로 인해 물성이 큰 차이를 나타내지 않은 것으로 분석되었다. 또한, SPS 시편에 대한 잔류응력을 분석해본 결과, Cu 영역에서 미량의 stress와 Ta 영역에서 많은 stress가 발견되었으며 이를 제어한다면 보다 높은 물성치를 가질 수 있을 것으로 확인된다. 또한 압연공정을 진행해본 결과, Ta-Cu 복합재는 기계적 가공이 가능한 것을 추가로 확인하였다.
URI
http://www.dcollection.net/handler/hanyang/000000105952http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/68236
Appears in Collections:
GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING(신소재공학과) > Theses (Master)
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