탄소섬유 강화 알루미늄 복합소재에서 중간층의 역할에 관한 연구

Abstract

탄소섬유강화 알루미늄 복합재는 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 기지 금속 내부에 높은 인장강도, 탄성계수, 내식성을 가지고 있는 탄소섬유를 강화재로 균일하게 분포하고 있는 복합재를 말한다. 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 낮은 열팽창 계수와 높은 열/전기적 전도성, 내마모성, 고온특성이 우수하고 낮은 비중을 가지고 있기 때문에 항공, 자동차, 기계, 토목 및 건축분야 등 구조적이거나 기능적, 에너지적인 분야에 광범위하게 쓰이며 현재 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 그러나 탄소섬유와 알루미늄의 낮은 젖음성 때문에 반응이 거의 없고 Al4C3 같은 알루미늄-카바이드가 형성되어 복합재의 기계적 특성을 떨어트린다. 또한 제조방법이 어렵고 경제적이지 못하여 아직 만족할만한 탄소섬유강화 알루미늄 복합재의 연구결과들은 보고되고 있지 않다. 따라서, 본 연구에는 탄소섬유와 알루미늄의 젖음성 향상을 위해 탄소섬유에 Ni을 코팅하였고 Al4C3 같은 알루미늄 카바이드 형성을 억제함과 동시에 탄소섬유는 고온에서 산화가 일어나기 때문에 산화를 억제하기 위해 알루미늄에 직접 열을 가하지 않는 Sandwich 공법을 이용해 탄소섬유강화 알루미늄 복합재를 제조하였다. 탄소섬유 강화 알루미늄은 Al-Cu-Mg 합금을 사용하여 탄소섬유와 알루미늄 사이에 중간층을 제어하고, 미세조직을 면밀히 분석한 결과 Al4C3나 Al3Ni 같은 금속 간 화합물의 생성을 억제하였고 탄소섬유 표면에 Cu-Ni 코팅층이 관찰되었다.