The purpose of this study is to establish powder metallurgy (P/M) fabrication processes for high performance 2XXX Al composites reinforced with SiC whiskers. Rapidly solidified 2XXX Al powders produced by commercial atomization technique were mixed with SiC whiskers. The results of mixing processes indicated that fluidized zone mixing technique was considerably effective for the large scale production of the mixture of Al powders and whiskers. In order to consolidate these mixtures into composite billets, a vacuum hot press was set up, and hot processing variables were investigated. Using the hot pressing temperature of under the pressure of 50 MPa, good quality composite billets having relatively homogeneous microstructure and sound Al/sic interfacial bonding were obtained. Composite billets were then extruded to bars having relatively homogeneous microstructures at the extrusion temperature of 450~ under the extrusion pressure of 700~ 1000 MPa. Mechanical properties of the extruded bars were found to be comparable with those of the composite processed by Advanced Composite Materials Corp. To improve mechanical properties of the composites, elimination of coarse intermetallic compounds, uniform distribution of reinforcements, and minimization of whisker breakage are suggested.

composites of varying content from 0 to 52 vol.% were prepared by pressureless sintering. When these composites were sintered at the mechanical properties such as elastic modulus, strength and toughness increased with increasing content. On the other hand, at a sintering temperature of , the mechanical properties reduced gradually with increasing content. The main reason was deduced from the onset of spontaneous microcracking and the critical particle size for microcracking was calculated approximately 5.6 .

페놀수지 결합재에 PAN섬유(PF), PAN계 탄소섬유(CF) 그리고 아라미드 섬유(AF)를 보강재로 사용하여 단일섬유 보강복합재를 제조하였으며 이들 섬유를 각각 두 종류씩 혼성하여 혼성섬유 보강복합재를 제조하였다. 각 보강복합재를 섬유의 보강분율에 따른 마찰 및 마모특성을 시험하였다. CF 보강복합재(CFRP)가 마찰계수와 마모량이 가장 낮게 나타났으며, PF 보강복합재(PFRP)는 가장 높은 마찰계수와 마모량을 나타내었다. PF에 CF나 AF를 보강한 혼성복합재의 경우 마찰계수가 0.311~0.328로 혼성비에 따라서는 큰 차이를 보이지 않은 반면, PF의 보강분율이 증가할수록 마모량은 증가하였다. CF와 AF를 보강한 혼성복합재의 마찰계수는 0.264~0.309로 가장 낮게 나타났고, AF의 보강분율이 증가함에 따라 마찰계수는 증가하는 양상을 나타내었으며, 가장 적은 마모량과 함께 안정된 마모형태를 보였다.

C형 및 중공형 탄소섬유는 방직(spinning)시 홀의 전단응력을 원형의 그것에 비해서 더 광범위하게 걸쳐받게 됨으로 분자배향을 고도로 유도할 수가 있다. 핏치계 이방성 중공 및 C형 탄소섬유 강화재의 축 횡방향 열전도도를 에폭시 모재 하에서 실험하였다. 열이방성 정도에 있어 원형 탄소섬유 보강재인 경우 50 정도 였으나, C형과 중공형 보강재는 최고치로 대략 130과 118 정도를 보임으로써 원형 강화재 보다 200%이상 우수한 열이방성을 보였다.

Effects of the extrusion temperature and die angle on the tensile properties of SiCIyAl composites in powder extrusion have been investigated. SiCP/Al composites were extruded at various extrusion temperatures (450, 500, ) under the extrusion ratio of 25 : 1. The ram speed was maintained at 13 cm/min for all the extrusion conditions. The surface of the extruded rod appeared to be smooth without tearing at 450 and 50, whereas it was very rough due to tearing at . It was found that the tensile strength and elongation of the composites extruded at are greater than those of composites extruded at This is due to the easier plastic deformation of composite extruded at , compared with the composites extruded at . The effect of die angle was examined under 20=60, 120, die angles at extrusion temperature of under 25:1 extrusion ratio. The tensile strength of the composites extruded with 20=approved to be higher than that of the composties extruded with 28 : 120 and This is attributable to the higher extrusion pressure, which mixed composite powders could be densely consolidated at elevated temperatures, resulting from high friction force between billet and sliding surface of conical die.

비공정조성 공정복합재료의 일방향응고시 나타나는 액상내의 자연대류가 응고후 공정복합재료의 조성에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 Al-Cu합금을 선택하여 액상내에서 발생되는 애류의 형태를 변화시키기 위하여 상향 및 하향 일방향응고를 실시하여 각 응고조건에 따른 공정복합재료의 Cu 용질농도를 측정하였으며, 일방향응고 중에 급냉응고하여 고액계면 전방의 용질농도분포와 열분석을 통해 온도분포를 실측하였다. 그 결과로 비공정조성 공정복합재료의 일방향응고시 나타나는 대류는 공정복합재료의 용질편석에 커다란 영향을 주었으며, 고액계면 전방에서 thermal convection과 solutal convection이 모두 발생하는 하향 일방향응고된 아공정 Al-Cu합금에서 용질편석이 가장 크게 나타났다. 과공정 Al-Cu합금에서 상향 일방향응고한 경우가 하향 일방향응고한 경우보다도 용질편석이 증가한 것으로 나타났다. 이것은 본 연구조건에서는 solutal convection이 thermal convection보다 용질편석에 더 커다란 영향을 주는 것으로 생각되었다. 공정복합조직으로 성장시 고액계면은 평활계면으로 성장하였으며, 고액계면에서 액상 쪽의 용질농도는 아공정이나 과공정합금에 관계없이 공정조성의 용질농도를 가지며, 고액계면에서의 온도는 커다란 과냉도 없이 거의 공정온도 부근이었다.

마그네시아-지르코니아 복합체의 소결과 미세구조에 미치는 TiO2의 영향에 대하여 검토하였다. 3mol%Y2O3를 함유한 ZrO2는 TiO2첨가시 1400˚C에서 기지상인 MgO와 첨가제인 TiO2의고용에 의해서 c-ZrO2상으로 존재하였다. TiO2첨가시 조성에 관계엾이 승온수축거동은 유사하였으며 1650˚C에서 최종수축율은 8.58-11.0%였다. 1.67wt%TiO2첨가시 소결이 촉진되어 1600˚C 2시간에서의 소결밀도는 3.7g/cm3(이론밀도의 98%)였다. ZrO2내에 고용된 MgO와 TiO2의 양은 각각 5.67wt%, 2.62wt%로 냉각과정중 입계주위에서 일부 석출되어 Ti화합물을 형성하였다. 이의 존재로 말미암아 생성된 미세균열은 꺽임강도를 감소시켰다.

The variation of the microstructures and the mechanical properties with varying vacuum hot pressing temperature and pressure was investigated in PyM processed 20 vol%) SiCw/ 2124Al composites. As increasing the vacuum hot pressing temperature, the aspect ratio of whiskers and density of composites increased due to the softening of 2124Al matrix with the increased amount of liquid phase. The tensile strength of composite increased with increasing vacuum hot pressing temperature up to and became saturated above , To attain the high densification of composites above 99%, the vacuum hot pressing pressure was needed to be above 70 MPa. However, the higher vacuum hot pressing pressure above 70 MPa was not effective to increase the tensile strength due to the reduced aspect ratio of SiC whiskers from damage of whiskers during vacuum hot pressing. A phenomenological equation to predict the tensile strength of /2124AI composite was proposed as a function including two microstructural parameters, i.e. density of composites and aspect ratio of whiskers. The tensile strength of /2124AI were found more sensitive to the porosity than other P/M materials due to the higher stress concentration and reduced load transfer efficiency by the pores locating at whisker/matrix interfaces.

급냉응고법과 기계적합금화를 병행하여 자동차 산업용 부품에 널리 사용되고 있는 AC4A 합금에 열적으로 안정한 SiCp세라믹 입자를 첨가하여 가공경화 및 미세균일화에 의한 분산강호 효과를 갖는 복합재료를 제조하고, 그에 따른 기계적특성을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 420분간 기계적합금화를 시켰을 때 10~20μ m 정도의 미세하고 균일한 구형의 복합분말을 얻을수 있었으며, 이 상태에서 정상상태를 의미하는 포화 경도값이 나타났다. 기계적합금화에 따른 분말의 X-선 회절시험에서 기계적 합금화 시간에 따라 결정립 미세화와 불균일 변형에 의해 강도가 떨어지고, 회절폭이 넓어진다. 분말 압출재의 시효경화는 1000분 시효에서 최대 경도값을 나타낸다. 인장시험에 있어서 압출재는 주조재에 비해 2배 이상의 인장값을 얻을 수 있었으며, 500˚C에서도 우수한 인장값을 얻을 수 있었다.

탄소/페놀릭 복합재의 삭마 미세구조와 특성에 대하여 설명하였다. 삭마현상은 추진제와 산화제 사이의 반응에 의한 수증기와 탄산가스의 몰분율에 의해 좌우된다. 그러나, 이 연구논문은 삭마현상이 탄소섬유의 직조형태, 직조밀도, tow크기에 의해서도 변화될 수 있음을 주사전자현미경, 밀도, 열전도도. 삭마표면등을 통해 설명했다. 3가지의 직조형태중, 3K8HS 직조구조가 3K twill구조나 12K8HS구조보다 우수한 내삭마성을 보임을 설명했다.

PAN계 탄소섬유 roving 및 fabric을 2170˚C에서 열처리 하였다. 열처리를 행하지 않은 탄소섬유 fabric과 행한 것을 사용하고, Autoclave를 이용하여, CFRP와 CFRP의 성형체를 제조하였다. 열처리를 행한 탄소섬유 roving과 행하지 않은것 및 두종류의 성형체의 분석을 통하여, 열처리에 따른 탄소섬유 및 탄소복합재의 물리적. 기계적 특성변화를 연구하였다. 열처리 후 성유의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과 탄소섬유의 직경이 6.8μ m에서 6.4μ m으로 감소하였으며, 열중량분석을 행한 결과 내산화성이 증진되었음을 알았다. 단섬유인장실험 결과 인장강도는 탄소섬유의 (3.11± 0.32)× 103 MPa 에서 열처리 섬유의 (1.87± 0.26)× 103MPa으로 감소되었으나, 탄성율은 탄소섬유의 (1.94± 0.06)× 105 MPa에서 열처리 섬유의 (2.02± 0.11)× 105MPa으로 증가하였다. 층간전단강도 측정 실험을 한 결과 그 값이 CFRP(148.8±1.6Mpa)가 CFRP(82.2±1.1Mpa)에 비하여 높음을 알 수 있었고, torch test 결과 CFRP는 층간분리 없이 매끄러운 삭마가 일어나나, GFRP는 층간분리가 발생함을 알 수 있었다.

여러가지 화학 조성을 갖는 aluminium titanate mullite복합제는 AI2O3분말을 알콜 분산용액에서 Si(OC2H5)4과 Ti(OC2H5)4의 단계적인 가수 분해로 합성되었다. Mullite함량이 20-50vol%인 소결체(1600˚C/2h)는 비교적 높은 강도와 낮은 열팽창 계수를 갖는 aluminium titanate를 개발할 수 있는 가능성을 보였다. 이와 같은 결과는 mullite로 인한 aluminium titanate의 입자 크기의 억제와 미세균열에 의하여 얻어졌다. aluminium titanate의 함량이 70-80vol% 복합재료는 우수한 열충격 저항성을 지녔으며 상온 강도는 31-45MPa이었다. 열충격 저항성, 영률, sound velocity화 열팽창 계수가 연구되었다.

본 연구에서는 원료 석탄 핏치와 흑연화성이 우수한 THF 가용성분만을 추출한 핏치 결합재에 8H/Satin woven fabric 프리프레그 및 고탄성 및 고강도계 연속 탄소섬유 등을 보강하여 가압열성형법으로 green body 를 제조한 다음 탄화, 함침, 재탄화 및 흑연화 공정을 거쳐 열적 미 기계적물성이 우수한 CFRC를 제조하였으며, 주사전자현미경, 편광현미경, X선회절분석,열중량분석, 굴곡강도, 굴곡탄성률, 충간전단강도 등을 시험하였다. THFSP결합재를 2300˚C까지 열처리 한 다음 X선회절분석을 한 결과, 결정성이 가장 우수하여 (002) 면에서 C0/2인 값이 3.380Å였으며, 2θ값도 26.276˚로 천연흑연의 Bragg angle에 거의 접근하였으며 공기산화 반응특성을 시험하기 위하여 등온 열중량분석을 한 결과 2300˚C까지 흑연화 한 THFSP결합재가 산화에 대하여 가장 우수한 저항성을 나타내었다. 섬유용적률이 증가됨에 따라 65~70%까지는 기계적 물성이 중가하는 경향을 보였지만 그이상 섬유가 보강된 CFRC는 결합재의 부족으로 인하여 오히려 기계적 물성이 감소하였다. 또한 굴곡강도 시험후 주사전자현미경으로 파괴 단면을 관찰한 결과 THFSP결합재가 흑연화성이 우수하여 파괴시 결합재가 외력에 대한 흡수가 양호하여 보강재의 파괴를 억제했기 때문에 기계적 물성도 우수하게 나타났다.

일방향 응고한 AI-CuAI2공정 복합재료의 미세조직에 미치는 응고조건과 진동의 영향에 대해서 조사하였다. 진동하에서 성장속도(R) 변화에 따라 일방향응고 시켰을때 열구배(G)는 32˚C/cm와 35˚C/cm를 유지했다. 공정조직은 성장조건(G/R)에 따라 변화되었다. 조직미세화는 진동의 영향도 컸지만 G/R의 영향이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 층상 간격은 λ2 =상수 라는 관계에 따라 성장속도와 더불어 변화 되었다.

6061Al-SiCP metal matrix composite materials(MMCs) were fabricated by injecting SiCP particles directly into the atomized spray. The main attraction of this technique is the rapid fabrication of semi-finished, composite products in a combined atomization, particulate injection(10 , 40 , SiCP) and deposition operation. Conclusions obtained are as follows; The microstructure of the unreinforced spray formed 6061Al alloy consisted of relatively fine(50 ) equiaxed grains. By comparision, the microstructure of the I/M materials was segregated and consisted of relatively coarse(150 ) grains. The probability of clustering of SiCP particles in co-sprayed metal matrix composites increased it ceramic particle size(SiCP) was reduced and the volume fraction was held constant. Analysis of overspray powders collected from the spray atomization and deposition experiments indicated that morphology of powders were nearly spherical and degree of powders sphercity was deviated due to composite with SiCp particles. Interfacial bonding between matrix and ceramics was improved by heat treatment and addition of alloying elements(Mg). Maximum hardness values [Hv: 165 kg/mm2 for Al-10 SiCp Hv--159 kg/mm2 for Al-40 SiCp] were obtained through the solution heat treatment at for 2 hrs and aging at , and there by the resistance were improved.

The effect of SiC addition on sintering behaviors and microstructures of TiB2 ceramics were studied. The sintering of TiB2 was limited due to the surface diffusion and rapid grain growth at high temperature. However the addition of SiC to TiB2 ceramics improved the densification to above 99% of the theoretical density. The sintering of TiB2-SiC composite starts at 120 with the melting of the oxides in particle surface as impurities. After the reduction of the oxide by additional cabon at above 140, the grain boundary diffusion through the interface of TiB2-SiC play an important role. TEM observation showed neither chemical reactions nor other phases formed at the TiB2-SiC interfaces but the microcracks were observed due to the mismatch of thermal expansion between TiB2-SiC.