KR101376506B1

KR101376506B1 - 연성 수지상이 포함된 Ｚｒ계 비정질 기지 복합재료

Info

Publication number: KR101376506B1
Application number: KR1020120022449A
Authority: KR
Inventors: 이성학; 하대진; 전창우; 김충년
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2014-03-26
Also published as: KR20130101359A

Abstract

본 발명은 비정질 형성능이 우수한 Zr계 합금의 기지 조직 내에 기계적 성질이 우수한 연성상을 포함시켜, 1.3GPa 이상의 높은 강도와 균일 연신율 6% 이상의 산업에 적용할 수 있을 정도의 연신율을 얻을 수 있는 Zr계 복합재료에 관한 것이다.
본 발명에 따른 Zr계 복합재료는, 비정질 기지에 결정상을 포함하며, 상기 결정상의 부피분율이 40~60%이고, 상기 결정상은 수지상을 포함하며, 상기 수지상의 평균 크기가 10~35㎛인 것을 특징으로 한다.

Description

연성 수지상이 포함된 Ｚｒ계 비정질 기지 복합재료 {Zr-Based Amorphous Matrix Composites Containing Ductile Dendrites}

본 발명은 연성 수지상이 포함된 Zr계 비정질 복합재료에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비정질 형성능이 우수한 Zr계 합금의 기지 조직 내에 기계적 성질이 우수한 연성상을 포함시켜 비정질 재료의 장점인 높은 인장강도와 함께 결정질 재료의 장점인 연성을 양립시킬 수 있는 Zr계 복합재료에 관한 것이다.

현대 산업사회에서 사용되는 재료는 자동차, 항공, 중장비, 전자 등의 산업이 고도화됨에 따라 기존 금속 재료의 한계 특성을 뛰어 넘는 금속 재료의 개발이 절대적으로 요구되고 있다.

이러한 요구에 대응하여 지금까지는 다양한 합금설계, 응고법의 개선 및 후속 열처리 등의 방법을 통해 금속 재료의 성질을 개선하여 왔고, 이러한 노력으로 개발된 재료들이 실제 산업현장에서 유용하게 활용되고 있다. 그런데, 현대 산업은 더 극한의 상황에서도 우수한 성질을 보이는 재료들을 원하고 있으며, 이러한 요구에 기존의 결정질 금속 재료 및 이를 이용한 복합재료는 한계를 보이고 있다.

비정질 합금은 결정을 이루지 않은 무질서하고 불규칙한 원자 배열 상태를 갖는 합금으로서, 이와 같은 구조적 특징으로 인해, 강도, 경도, 강성(stiffness) 및 내식성 등의 다양한 물성에 있어서 기존의 금속 소재의 한계를 넘는 특성을 얻을 수 있는 첨단 신소재이다.

그런데, 일반적으로 비정질 합금의 상온에서의 소성변형은 극단적으로 국소화된(localized) 전단밴드(shear band)에 집중되기 때문에, 인장 및 압축 시에 소성영역을 거의 나타내지 않는다. 이에 따라 한 전단밴드에서의 국부적인 소성변형량이 매우 크고, 파괴에 이르기까지 수 개의 전단밴드만이 작용하여 취성파괴를 일으키므로, 소정의 연성이 요구되는 분야에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 비정질 합금에 연성을 부여하기 위하여, 비정질 기지 내에 연성의 결정질 수지상(crystalline dendrite)을 인시츄(in situ)로 생성시키는 방법이 시도되어 왔다. 연성 결정질 수지상을 함유하는 비정질 합금 복합재료는 하중을 받았을 때 완전 비정질 합금에서 생성되는 전단밴드보다 많은 전단밴드가 생성됨으로써 연성이 향상된다고 보고된 바가 있다. 따라서 많은 연구자들은 비정질 합금의 상온 연신율을 향상시키기 위해 여러 방법으로 비정질 기지 내에 결정상을 도입하는 연구를 하고 있다.

Szuecs 등은 β결정상(structure; bcc)의 연성 수지상이 포함된 Zr계 비정질 복합재료 'LM2' 합금(리퀴드 메탈 테크놀러지사의 상품명, USA, 조성; Zr_56.2Ti_13.8Nb_5.0Cu_6.9Ni_5.6Be_12.5(원자%), 수지상 크기; 6~7㎛, 수지상 부피분율; 35~40%)을 개발하였다. 상기 LM2합금은 Zr계 비정질 합금인 'LM1'합금(리퀴드 메탈 테크놀러지사의 상품명, USA, 조성; Zr₄₁ _.2Ti₁₃ _.8Cu₁₂ _.5Ni₁₀ _.0Be₂₂ _.5(원자%))과 달리 변형시 많은 전단밴드를 형성시켜, 1470MPa의 고강도와 함께 2.5~3% 정도로 종래의 비정질 합금에 비해 향상된 인장 연신율을 나타낸다. 그러나 여전히 상기 'LM2' 합금에서 구현되는 인장 연신율은 실제 산업에 적용되기에는 무리가 있는 수준이다.

본 발명은 전술한 종래의 연성 수지상이 포함된 비정질 복합재료의 낮은 연신율 특성을 해결하기 위해 연구개발된 것으로, 우수한 인장강도와 함께 실제 산업에서 사용될 수 있을 정도의 연신율을 구현할 수 있는 Zr계 비정질 기지 복합재료를 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.

상기 과제의 해결수단으로 본 발명은, 비정질 기지에 결정상을 포함하는 Zr계 복합재료로서, 상기 결정상의 부피분율이 40~60%이고, 상기 결정상은 수지상(dendrite phase)을 포함하고, 상기 수지상의 EBSD 측정 시 동일한 방향성으로 형성되어 있는 결정상을 연결한 크기의 평균이 10~35㎛인 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zr계 복합재료에 있어서, 상기 결정상의 부피분율은 45~50%일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zr계 복합재료에 있어서, 상기 수지상의 EBSD 측정 시 동일한 방향성으로 형성되어 있는 결정상을 연결한 크기의 평균이 15~30㎛일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zr계 복합재료는 원자%로, Ti 10~15%, Nb 3~10%, Cu, Ni 및 Be 중에서 선택된 1종 이상의 합이 20~30%, 나머지 Zr과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zr계 복합재료에 있어서, 상기 복합재료의 상온 인장강도는 1.3GPa 이상이고, 총 연신율은 7% 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zr계 복합재료에 있어서, 상기 복합재료의 균일 연신율은 6% 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zr계 복합재료에 있어서, 상기 수지상은 변형시 내부에 복수의 방향으로 슬립 라인이 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zr계 복합재료에 있어서, 상기 수지상은 체심입방구조(BCC)를 갖는다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zr계 복합재료에 있어서, 상기 복합재료의 절단 단면상 관찰되는 결정상의 평균크기가 1~10㎛일 수 있다.

본 발명에 따른 비정질 기지 복합재료는 종래의 비정질 기지 복합재료에 비해 강도와 연성의 조합이 우수하여, 실제 산업 현장에서 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 비정질 기지 복합재료는 인시튜(in situ) 방법을 통해 결정상과 비정질상이 혼합된 미세조직을 구현할 수 있으므로, 제조가 용이하다.

도 1a 내지 1d는 각각 Z3, Z5, Z7, Z10의 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예(Z3, Z5 및 Z7) 및 비교예(Z10)에 따른 복합재료 판재의 X-선 회절분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예(Z3, Z5 및 Z7) 및 비교예(Z10)에 따른 복합재료 판재의 EBSD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예(Z3, Z5 및 Z7) 및 비교예(Z10)에 따른 복합재료 판재의 인장응력-변형률 곡선이다.
도 5a 내지 5c는 각각 실시예(Z5)의 인장 시편의 소성변형 시 초기(a)와 중기(b) 그리고 후기(c) 상태에서의 소성변형률을 비전 게이지 시스템으로 측정하여 디지털 이미지로 나타낸 것이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 실시예(Z3, Z5 및 Z7) 및 비교예(Z10)에 따른 복합재료 판재의 인장 시편의 파괴 직전 상태에서의 소성 변형량을 디지털 이미지로 나타낸 것이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예(Z3, Z5 및 Z7) 및 비교예(Z10)에 따른 복합재료 판재의 파괴된 인장 시편을 저배율에서 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예(Z3)에 따른 복합재료로 제조한 인장시편의 파단측부의 SEM 사진이다.
도 9는, 본 발명의 실시예(Z5)에 따른 복합재료로 제조한 인장시편의 파단측부의 SEM 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예(Z7)에 따른 복합재료로 제조한 인장시편의 파단측부의 SEM 사진이다.
도 11은 비교예(Z10)에 따른 복합재료로 제조한 인장시편의 파단측부의 SEM 사진이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명자들은 비정질 기지에 결정상을 포함하는 Zr계 복합재료에 있어서, 냉각속도의 조절을 통해, 수지상으로 형성되는 결정상의 평균 크기를 변화시킬 수 있고, 결정상의 평균 크기가 변화할 경우 결정상과 비정질 기지 간의 조성에도 변화가 생기며, 이러한 변화가 복합재료의 변형거동도 변화시켜, 결과적으로 높은 인장강도와 함께 종래에 비해 연신율이 현저하게 향상된 비정질 기지 Zr계 복합재료의 제조가 가능함을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명에 따른 Zr계 복합재료는, 비정질 기지에 결정상을 포함하는 것으로서, 상기 결정상의 부피분율이 40~60%이고, 상기 결정상은 수지상(dendrite phase)을 포함하고, 상기 수지상의 평균 크기가 10~35㎛인 것을 특징으로 한다.

상기 결정상의 부피분율이 40% 미만일 경우 연신율이 현저하게 낮아지며, 60%를 초과할 경우 강도 향상효과가 저하되므로, 상기 결정상의 부피분율은 40~60% 범위가 바람직하며, 보다 바람직한 부피분율은 45~50% 이다.

또한, 상기 수지상의 평균 크기가 10㎛ 미만일 경우 슬립 밴드와 크랙 전파 저지성이 저하되어 강도와 연신율이 저하되고, 35㎛를 초과할 경우 조대한 수지상을 따라 슬립 밴드와 크랙이 쉽게 전파되고 국부적인 영역에서 하중이 집중되어 쉽게 재료가 파괴되므로, 상기 수지상의 평균 크기는 10~35㎛가 바람직하며, 보다 바람직한 수지상의 평균 크기는 15~30㎛이다. 본 발명에 있어서, '수지상의 평균 크기'란, 시편을 절단하였을 때 수지상의 일부가 단면에 나타날 때 보이는 단면 결정상의 크기가 아니라, 같은 방향성으로 형성되어 있는 결정상을 연결한 크기의 평균을 의미한다.

또한, 상기 수지상의 결정구조가 체심입방구조(BCC)인 경우가 육방밀집구조(HCP)에 비해 슬립(slip)이 쉽게 일어나 연신 인장율 향상에 효과적이기 때문에, 수지상의 결정구조는 체심입방구조인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 Zr계 복합재료는, 원자%로, Ti 10~15%, Nb 3~10%, Cu, Ni 및 Be 중에서 선택된 1종 이상의 합이 20~30%, 나머지 Zr과 불가피한 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 Ti는 비정질상을 형성하는데 주요성분으로서, 10원자% 미만이거나 15원자%를 초과할 경우 비정질상이 형성되기 어려우므로, 10~15원자%의 범위가 바람직하며, 강도와 연신율을 고려할 때, Ti의 함량은 원자비율로 Zr의 1/3~1/4 정도가 바람직하다.

상기 Nb는 수지상을 형성하는데 주요한 역할을 하는 성분으로, 3% 미만에서는 수지상이 형성되지 않으며 10%를 초과하면 기지에 비정질상이 형성되지 않으므로, 3~10%가 바람직하다.

상기 Cu, Ni 및 Be는 Zr과 함께 비정질상을 형성하는데 주요한 성분으로, 20% 미만일 경우, 비정질상을 형성하기 어렵고, 30%를 초과하여 첨가하여도 마찬가지로 비정질 형성능을 저해하기 때문에, 20~30%가 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 복합재료에는 제조과정에서 불가피하게 포함되는 불순물을 포함할 수 있으나, 상기 합금원소 외의 불순물은 각각 1원자% 이하로 유지되어야 하며, 0.1원자 이하가 바람직하고, 0.01원자% 이하가 보다 바람직하다.

비정질 복합재료의 제조

원료로 순 Zr(99.9%), 순 Ti(99.9%), 순 Nb(99.9%), 순 Cu(99.9%), 순 Ni(99.9%) 및 순 Be(99.9%)을 사용하여, 고순도 아르곤(99.99%) 가스 분위기 하에서 아크 용해기를 통해, 하기 표 1과 같은 조성을 갖는 모합금을 제조하였다.

조성(원자%)
Zr	Ti	Nb	Cu	Ni	Be
56.2	13.8	5.0	6.9	5.6	12.5

이와 같이 제조된 모합금을 다시 고순도 아르곤 (99.99%) 가스 분위기 하에서 아크 용해기를 통해 용해한 후, 용탕을 직육면체 형상의 캐비티의 크기가 가로세로 50×15㎜이고 두께가 각각 3㎜, 5㎜, 7㎜, 10㎜인 4개의 구리금형에 흡입주조(suction casting) 방법을 이용하여 주입하는 방법으로 급냉 응고시켜 판재를 제조하였다. 이하에서는, 상기와 같이 제조한 판재의 시편을 편의상 금형의 두께에 맞추어, Z3, Z5, Z7, Z10으로 각각 명명하여 사용한다.

미세조직 및 성분 분석

제조된 복합재료 판재의 미세조직을 주사전자현미경(SEM), X-선 회절분석기 및 EBSD를 사용하여 분석하였다.

도 1a 내지 1d는 각각 Z3, Z5, Z7, Z10의 주사전자현미경으로 관찰한 미세조직 사진이다. 도 1에서 관찰된 바와 같이, 모든 시편의 복합재료 내부에는 수지상으로 이루어진 결정상이 형성되어 있으며, 수지상들은 비정질 기지 내부에 고르게 분산되어 있다.

시편 단면에서 관찰된 수지상의 평균 크기(실제 연결된 상의 크기가 아닌 단면상에 나타난 크기임)는 Z3가 1.7㎛, Z5가 2.8㎛, Z7이 5.1㎛, Z10이 9.1㎛ 였으며, 수지상의 부피분율은 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 49~47%로 네 시편이 거의 비슷하였다.

상기 시편 단면에서 관찰된 수지상의 평균 크기는 판재의 두께가 증가할수록 증가하며, 특히 Z10의 경우 10㎛ 이상의 큰 상들도 관찰된다.

도 2는 제조된 복합재료 판재의 X-선 회절분석 결과를 나타낸 것이다. 네가지 재료 모두에서 비정질 특유의 넓은 할로우(halo) 패턴과 함께 날카로운 결정상 피크들이 나타난다. 결정상 피크들은 X-선 분석결과 모두 체심입방결정(bcc)구조의 β상에 해당하는 것으로 확인되었다. 체심입방구조(BCC, Body Centered Cubic)는 슬립(slip)이 용이하여 외부 응력 및 변형에 대응하여 쉽게 변형을 할 수 있기 때문에 우수한 연신율을 얻기 위해서는 필수적으로 요구된다.

도 3은 EBSD 분석 결과를 나타낸 것으로, 각각의 수지상 경계들은 15^o 이상의 고경각을 지닌다. 이러한 EBSD 결과에 따르면 도 1에서 측정된 수지상의 크기는 1.7~9.1㎛ 였으나, 실제 같은 방향성이 있는 수지상은 시편 단면에서는 분리된 것으로 보이나 실제로는 상호 연결되어 있으므로, 연결된 수지상의 크기(즉, 실제 수지상의 크기)를 측정한 결과는 하기 표 2와 같았다.

시편명	수지상 부피분율(%)	단면 관찰 수지상 크기 (㎛)	실제 수지상 크기 (㎛)	비고
Z3	49 ± 0.9	1.7 ± 0.5	14.7 ± 7.0	실시예
Z5	47 ± 0.1	2.8± 0.9	18.6 ± 8.2	실시예
Z7	47 ± 3.8	5.1 ± 1.7	30.1 ± 10.5	실시예
Z10	47 ± 6.1	9.1 ± 2.2	42.8 ± 12.9	비교예

상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 실제 수지상의 평균 크기는 Z3의 경우 약 15㎛, Z5의 경우 약 19㎛, Z7의 경우 약 30㎛, Z10의 경우 약 43㎛로 주형의 두께가 두꺼울수록 형성되는 수지상의 크기가 현저하게 증가하는 경향을 보인다.

상온 기계적 특성 평가

도 4는 제조된 복합재료 판재로부터 인장시편을 체취하여 인장시험을 수행한 결과를 나타낸 것으로, 비전 게이지 시스템(model; ARAMIS v6.1, GOM Optical Measuring Techniques, Germany)을 이용하여 시간-연신율 값을 구한 후 이를 매칭시켜 구한 것이며, 그 결과는 하기 표 3과 같았다.

시편명	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	균일 연신율 (%)	총 연신율 (%)	단면적 감소율 (%)	비고
Z3	1510	1590	6.7	7.9	11.1	실시예
Z5	1460	1495	11.7	12.8	19.9	실시예
Z7	1340	1412	8.5	10.7	14.4	실시예
Z10	1247	1298	0.2	0.3	7.5	비교예

상기 표 3에서 확인되는 바와 같이, Z3의 항복강도, 인장강도 및 연신율은 각각 1510MPa, 1590Mpa 및 6.7%이며, Z5는 Z3보다 강도는 다소 낮지만 연신율은 상당히 향상되었다. 그리고 Z7, Z10으로 갈수록 인장 강도 및 연신율이 Z5보다 낮아지며, 특히 Z10의 경우, 연신율이 1% 미만에 불과하여 산업에 적용되기는 어려운 수준이다. Z10에 비해, Z3, Z5 및 Z7은 1.3GPa 이상의 높은 항복강도와 함께 균일연신율 6% 이상의 비교적 높은 인장 연신율을 나타내므로, 실제 산업에 적용될 수 있는 수준을 나타낸다.

도 5a 내지 5c는 각각 Z5의 인장 시편의 소성변형 시 초기(a)와 중기(b) 그리고 후기(c) 상태에서의 소성변형률을 비전 게이지 시스템으로 측정하여 디지털 이미지로 나타낸 것이다.

도 5에서는 시편의 국부적인 변형량에 따라 청색, 녹색, 황색 그리고 적색을 분산시켜 국부 소성변형율을 나타내었다. 도 5a에서 확인되는 바와 같이, 변형 초기 상태에서는 넥킹(necking)없이 시편 전체에 변형량이 고르게 분포되어 있는 모습을 볼 수 있다. 또한, 도 5b에서 확인되는 바와 같이, 변형 중기 상태에서는 게이지의 중앙부에서는 24.6%에 달하는 국부 소성 변형량이 나타나며, 넥킹이 관찰되었다. 그리고 도 5c에서 확인되는 바와 같이, 시편 파괴 직전의 상태를 살펴 보면 국부적인 소성량이 46.9%에 달하여, 매우 극심한 변형을 받은 것이 관찰되었다. 또한 크랙(crack) 또는 보이드(void)의 생성으로 인해 비전 게이지 시스템을 통해 계산이 되지 않은 부분도 일부 관찰되었다. 이러한 국부적인 변형량을 인장방향으로 평균을 하여 연신율-시간 데이터를 얻었으며, 이를 매칭시켜, 도 4의 응력-연신율 곡선으로 나타내었다.

도 6a 내지 6d는 네 종류 시편의 파괴 직전 상태에서의 소성 변형량을 디지털 이미지로 나타낸 것이다. 여기서 Z3의 경우 게이지 중앙부의 국부 소성 변형량이 26.5% 정도이며, Z5는 46.9%로 다른 시편들에 비해 높은 국부 소성 변형량을 나타낸다. 이에 비해 Z7은 Z5보다 낮은 40.5%를 나타내며, Z10은 소성변형이 거의 나타나지 않음을 알 수 있다. 이들 복합재료들은 도 4에서 확인된 바와 같이, 가공 경화 없이 넥킹 이후에 바로 파단이 일어난다.

도 7a 내지 7d는 파괴된 인장 시편을 저배율에서 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다. Z3, Z5 및 Z7의 경우 넥킹이 일어난 부근에서 변형이 집중되어 있는 모습을 관찰할 수 있으나, Z10의 경우는 거의 관찰할 수 없다. 이 시편들의 단면적 감소량을 측정하여 상기 표 2에 나타내었으며, 상기 표 2에서 나타나듯이 단면적 감소량의 경향성은 도 4의 연신율의 경향성과 일치함을 보여준다.

또한, 파괴된 인장 시편의 측면을 주사전자현미경으로 관찰하여 도 8 내지 11에 나타내었다. 비전 게이지 시스템으로 측정한 변형량을 토대로 그 위치에 따라 초기, 중기, 후기 상태로 구분하였으며, 그 부위에서 촬영한 사진을 매칭시켜 나타내었다. 도 8에서 확인되는 바와 같이, Z3의 경우 초기에는 넓은 영역에서 수지상 내부에 평행한 슬립 라인들이 많이 발달되어 있는 변형밴드가 관찰된다. 이후 이렇게 생성된 변형밴드들은 비정질 기지를 통해 서로 다른 방향으로 전파되며, 이후 슬립 라인들이 깊어지고 깊어진 라인들끼리 서로 교차되어 만나 최종 파괴에 이른다.

또한, 도 9에서 확인되는 바와 같이, Z5도 Z3과 마찬가지로 몇몇의 수지상에서 변형이 시작되고, 비정질 상에서 심하게 변형이 되는 동안 수지상에서 변형밴드가 생성되어 깊어진다. 다음 변형 단계에서 많은 변형 밴드들이 수지상 내부에 서로 다른 방향으로 잘 발달하게 되며 몇몇 수지상에서는 변형밴드들이 서로 교차되어 만난다. 이후 변형이 더 진행되면, 교차되는 변형밴드의 양이 증가하게 되며, 변형밴드 내부의 한 두개의 슬립 라인이 깊어져 크랙이 발생한다. 즉, 크랙 생성은 주로 슬립 라인들이 서로 교차하여 만나는 지점에서 발생하게 된다. 또한, Z7의 변형 거동은 변형밴드가 수지상에 Z5보다는 적게 형성되어 있지만 변형 거동은 Z5와 유사하다. 또한 상당량의 변형밴드가 수지상 내에서 한 방향으로 평행하게 생성되는 경향을 보인다.

이에 비해, Z10의 경우에는 매우 큰 수지상 내부에서 변형밴드가 생성되기 시작하며, 비정질 기지를 통과하여 인접한 수지상으로 전파한다. 이때 변형밴드는 넓은 영역에서 한 방향으로 전파하게 되며, 변형밴드의 슬립 라인 수는 다른 복합재료보다는 작게 나타나는데, 이는 변형이 활발하게 발생하지 않았다고 볼 수 있다. 변형 최종 단계에서는 1, 2개의 슬립 라인을 따라 깊어지고 크랙이 생성되어 열리게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, Zr계 비정질 기지 복합재료의 경우, 연성을 갖는 수지상의 부피분율보다는 응고시에 형성되는 수지상의 크기와 이에 따라 응고과정에서 발생하는 기지조직과 수지상 간에 발생하는 조성의 차이에 의해 변형거동이 발생하여, Zr계 복합재료의 연신율에 큰 영향을 미친다.

Claims

비정질 기지에 결정상을 포함하는 Zr계 복합재료로서,
상기 Zr계 복합재료는 원자%로, Ti 10~15%, Nb 3~10%, Cu, Ni 및 Be 중에서 선택된 1종 이상의 합이 20~30%, 나머지 Zr과 불가피한 불순물로 이루어지고,
상기 결정상의 부피분율이 40~60%이고,
상기 결정상은 수지상을 포함하고,
상기 수지상의 EBSD 측정 시 동일한 방향성으로 형성되어 있는 결정상을 연결한 크기의 평균이 10~35㎛인 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.
제 1 항에 있어서,
상기 결정상의 부피분율은 45~50%인 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.
제 1 항에 있어서,
상기 수지상의 EBSD 측정 시 동일한 방향성으로 형성되어 있는 결정상을 연결한 크기의 평균이 15~30㎛인 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복합재료의 상온 인장강도는 1.3GPa 이상이고, 총연신율은 7% 이상인 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복합재료의 균일 연신율은 6% 이상인 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지상은 변형시 내부에 복수의 방향으로 슬립 라인이 발생하는 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지상은 체심입방구조를 갖는 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복합재료의 절단 단면상 관찰되는 결정상의 평균크기가 1~10㎛인 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.
제 1 항에 있어서,
상기 Ti의 함량은 원자비율로 Zr의 1/3~1/4인 것을 특징으로 하는 Zr계 복합재료.