KR101509028B1 - Methods of manufacturing aluminium-carbon nanotube and aluminium-carbon nanotube composites manufactured by the methods - Google Patents

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Abstract

알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법이 개시된다. 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료는 탄소나노튜브를 알루미늄 분말 표면에 기계적으로 디클러스터링한 후 볼밀 공정을 통하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 제조하고, 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 소결 후 압출성형하여 제조된다. 이러한 방법으로 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 경우 우수한 연성 및 강도를 갖는 복합재료를 제조할 수 있다. A method for producing an aluminum-carbon nanotube composite material is disclosed. In the aluminum-carbon nanotube composite material, the carbon nanotubes are mechanically declustrated on the aluminum powder surface, and then the aluminum-carbon nanotube composite powder is produced through a ball mill process. The aluminum-carbon nanotube composite powder is sintered and extruded . When an aluminum-carbon nanotube composite material is produced by this method, a composite material having excellent ductility and strength can be produced.

Description

알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료{METHODS OF MANUFACTURING ALUMINIUM-CARBON NANOTUBE AND ALUMINIUM-CARBON NANOTUBE COMPOSITES MANUFACTURED BY THE METHODS} TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing an aluminum-carbon nanotube composite material, and an aluminum-carbon nanotube composite material produced by the method. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002]

본 발명은 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료에 관한 것으로, 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an aluminum-carbon nanotube composite material and an aluminum-carbon nanotube composite material produced thereby, and a method for manufacturing an aluminum-carbon nanotube composite material capable of improving mechanical properties, And to an aluminum-carbon nanotube composite material produced thereby.

알루미늄은 주방에서 사용하는 포일(foil)에서, 일회용 식기, 창문, 자동차, 항공기 및 우주선까지 생활에 다용도로 사용되고 있다. 알루미늄의 특성으로는 철의 중량의 1/3 정도로 가볍고, 다른 금속과 합금을 시킬 경우 뛰어난 강도를 갖는다. 또한 알루미늄 표면에는 화학적으로 안정한 산화막이 존재하여 수분이나 산소 등에 의해 부식이 진행되는 것이 방지되므로 화학적으로 안정하다. 이와 같은 이유로 알루미늄은 자동차와 항공기 등에 사용되어 왔다. 특히 자동차의 경우 알루미늄 부품은 기존의 철제 부품에 비하여 가벼워 자체의 하중을 줄일 수 있으며, 이것은 차체 무게의 경량화를 가져와 연비 감소에 기여할 수 있는 일거양득의 효과가 있다. Aluminum is used for life in kitchens, foils, disposable tableware, windows, cars, aircraft and spaceships. The characteristics of aluminum are as small as one-third of the weight of iron and have excellent strength when alloyed with other metals. In addition, there is a chemically stable oxide film on the aluminum surface, and it is chemically stable since it prevents corrosion from progressing due to moisture or oxygen. For this reason, aluminum has been used in automobiles and aircraft. In particular, in the case of automobiles, aluminum parts are lighter than conventional steel parts, which can reduce their own weight, which leads to weight reduction of the vehicle body, which contributes to reducing fuel consumption.

그러나 이와 같은 알루미늄은 철에 비해 인장 강도가 약 40 %정도밖에 되지 않아 구조용 재료로 사용할 경우 구조용 알루미늄 관이나 판재의 두께가 매우 두꺼워지고, 이는 결국 재료가 과다하게 소요되어 과다한 재료비를 필요로 하는 문제점이 발생하게 된다. However, since aluminum has a tensile strength of about 40% as compared with iron, when aluminum is used as a structural material, the thickness of the structural aluminum pipe or plate becomes very thick, which leads to an excessive amount of material, .

이러한 문제점을 개선하기 위하여 탄소재료와 알루미늄의 복합재료를 제조하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 일반적으로 금속의 경우 강도(strength)을 증가시킬 경우 연성(ductility)은 감소되는 경향이 있어서, 탄소재료와 알루미늄 복합체재료의 응용이 제한되는 문제점이 있다. In order to solve these problems, researches for producing a composite material of a carbon material and aluminum have been actively conducted. Generally, however, when the strength of metal is increased, the ductility tends to be reduced, so that application of the carbon material and the aluminum composite material is limited.

본 발명의 일 목적은 향상된 기계적 강도 및 연성을 갖는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for producing an aluminum-carbon nanotube composite material having improved mechanical strength and ductility.

본 발명의 다른 목적은 상기의 방법에 의해 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an aluminum-carbon nanotube composite material produced by the above method.

본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법은 탄소나노튜브를 알루미늄 분말 표면에 기계적으로 디클러스터링하는 단계; 상기 알루미늄 분말 및 상기 알루미늄 표면에 디클러스터링된 상기 탄소나노튜브에 대하여 볼밀 공정을 수행하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 제조하는 단계; 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 소결하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계; 및 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 압출성형하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an aluminum-carbon nanotube composite material according to an embodiment of the present invention includes: mechanically declustering a carbon nanotube on an aluminum powder surface; Performing a ball milling process on the aluminum powder and the carbon nanotubes declustrated on the aluminum surface to produce an aluminum-carbon nanotube composite powder; Sintering the aluminum-carbon nanotube composite powder to produce an aluminum-carbon nanotube composite; And extruding the aluminum-carbon nanotube composite to produce an aluminum-carbon nanotube composite material.

하나의 실시예로서, 상기 탄소나노튜브를 상기 알루미늄 분말 표면에 기계적으로 디클러스터링하는 단계는 10 내지 30nm의 직경 및 약 10 내지 70㎛의 길이를 갖는 상기 탄소나노튜브와 10 내지 70㎛의 직경을 갖는 상기 알루미늄 분말을 용기에 투입하고 블레이드 믹서를 10000 내지 40000 rpm으로 회전시켜 상기 탄소나노튜브와 상기 알루미늄 분말을 혼합시키는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step of mechanically declustering the carbon nanotubes on the surface of the aluminum powder comprises mixing the carbon nanotubes having a diameter of 10 to 30 nm and a length of about 10 to 70 mu m with a diameter of 10 to 70 mu m And then mixing the carbon nanotubes and the aluminum powder by rotating the blade mixer at 10000 to 40000 rpm.

하나의 실시예로서, 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 제조하는 단계는 산소 및 습도가 1ppm 미만인 조건에서 상기 볼밀 공정이 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 볼밀 공정은 200 내지 500 rpm에서 20 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 이와 같은 볼밀 공정을 통해 제조된 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말은 내부에 캡슐화된 탄소나노튜브를 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 캡슐화된 탄소나노튜브는 상기 복합 분말을 구성하는 알루미늄의 그레인 내부에 분산될 수 있다.In one embodiment, the step of preparing the aluminum-carbon nanotube composite powder may be performed under the condition that oxygen and humidity are less than 1 ppm. Specifically, the ball mill process may be performed at 200 to 500 rpm for 20 to 60 minutes. The aluminum-carbon nanotube composite powder produced through the ball milling process may include carbon nanotubes encapsulated therein. In this case, the encapsulated carbon nanotubes may be embedded in the grain of aluminum constituting the composite powder Lt; / RTI >

하나의 실시예로서, 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계는 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말들을 금형에 충진하는 단계; 및 상기 금형에 충진된 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말들에 대해 방전 플라즈마 소결 공정(spark plasma sintering process)을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 방전 플라즈마 소결 공정은 200 내지 600℃의 온도에서 10 내지 30분 동안 수행될 수 있다. In one embodiment, the step of preparing the aluminum-carbon nanotube composite comprises: filling the aluminum-carbon nanotube composite powder into a mold; And performing a spark plasma sintering process on the aluminum-carbon nanotube composite powders filled in the metal mold. In this case, the discharge plasma sintering process may be performed at a temperature of 200 to 600 ° C. for 10 to 30 minutes.

본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료는 알루미늄 매트릭스(matrix); 및 상기 알루미늄 매트릭스 내부에 분산된 탄소나노튜브를 포함한다. 이 경우, 상기 탄소나노튜브는 상기 알루미늄 매트릭스의 그레인(grain) 내부에 분산될 수 있다. An aluminum-carbon nanotube composite material according to an embodiment of the present invention includes an aluminum matrix; And carbon nanotubes dispersed in the aluminum matrix. In this case, the carbon nanotubes may be dispersed in the grain of the aluminum matrix.

하나의 실시예로서, 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 연성 및 강도를 향상시키기 위하여 상기 탄소나노튜브의 함량은 2 내지 8 vol.%인 것이 바람직하다. In one embodiment, the content of the carbon nanotubes is preferably 2 to 8 vol.% In order to improve ductility and strength of the aluminum-carbon nanotube composite material.

본 발명의 실시예에 따라 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 경우, 탄소나노튜브를 매트릭스인 알루미늄의 그레인(grain) 내부에 분산시킴으로써 우수한 연성 및 강도를 갖는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조할 수 있다. In the case of manufacturing an aluminum-carbon nanotube composite material according to an embodiment of the present invention, an aluminum-carbon nanotube composite material having excellent ductility and strength is manufactured by dispersing carbon nanotubes in a grain of aluminum, which is a matrix, can do.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 산소 및 습도가 1ppm 이상인 조건에서 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 광학현미경 사진 및 공초점 라만 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 스트레스-스트레인 곡선들이다.
도 4는 탄소나노튜브 함량에 따른 탄성계수(Young's modulus) 및 항복강도항복강도(Yield strength)의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 탄소나노튜브 함량에 따른 인성(toughness) 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 순수 알루미늄 재료 및 탄소나노튜브의 함량이 2 vol.%인 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 압출성형 후의 미세구조를 설명하기 위한 EBSD(Electron backscattering diffraction) 이미지들이고, 도 6c는 도 6b의 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 공초점 라만 광학현미경 이미지이며, 도 6d는 라만 스펙트라(Raman spectra)로부터 G band 맵핑을 수행한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 7은 도 6b의 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 라만 스펙트라(Raman spectra)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 탄소나노튜브의 함량에 따른 그레인 사이즈 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 X-ray 회절 분석의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 탄소나노튜브 함량에 따른 전위(dislocation) 밀도 및 가공경화(work hardening)의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 TEM 이미지들이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an aluminum-carbon nanotube composite material according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are an optical micrograph and a confocal Raman microscope photograph of an aluminum-carbon nanotube composite material produced under conditions of oxygen and humidity of 1 ppm or more.
3 is stress-strain curves of an aluminum-carbon nanotube composite material prepared according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph for explaining changes in Young's modulus and Yield strength according to carbon nanotube content. FIG.
5 is a graph for explaining toughness change depending on the carbon nanotube content.
6A and 6B are electron backscattering diffraction (EBSD) images for explaining the microstructure after extrusion molding of a pure aluminum material and an aluminum-carbon nanotube composite material having a carbon nanotube content of 2 vol.%, 6B is a confocal Raman optical microscope image of the aluminum-carbon nanotube composite material, and FIG. 6D is an image showing the result of performing G band mapping from Raman spectra.
FIG. 7 is a graph showing the Raman spectra of the aluminum-carbon nanotube composite material of FIG. 6b.
8 is a graph for explaining grain size change according to the content of carbon nanotubes.
9 is a graph showing the results of an X-ray diffraction analysis of an aluminum-carbon nanotube composite material.
10 is a graph for explaining the dislocation density and the change of work hardening according to the carbon nanotube content.
11 shows TEM images of an aluminum-carbon nanotube composite material.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having" is intended to designate the presence of stated features, elements, etc., and not one or more other features, It does not mean that there is none.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an aluminum-carbon nanotube composite material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법은 탄소나노튜브를 알루미늄 분말 표면에 디클러스터링(declustering)하는 단계(S110), 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말을 제조하는 단계(S120), 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말을 소결하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계(S130) 및 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 압출성형하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a method of manufacturing an aluminum-carbon nanotube composite material according to an embodiment of the present invention includes declustering a carbon nanotube on a surface of an aluminum powder (S110) Carbon nanotube composite material by sintering the aluminum-carbon nanotube composite powder (S130); and extruding the aluminum-carbon nanotube composite material to form an aluminum-carbon nanotube composite material (S140). ≪ / RTI >

탄소나노튜브를 알루미늄 분말 표면에 디클러스터링하는 단계(S110)는 블레이드 믹서(blade mixer)를 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 용기에 클러스터(cluster) 형태의 탄소나노튜브와 알루미늄 분말을 투입한 후 블레이드 믹서를 고속으로 회전시켜 탄소나노튜브를 알루미늄 분말 표면에 디클러스터링할 수 있다. 탄소나노튜브로는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 등이 사용될 수 있고, 디클러스터링 전의 탄소나노튜브는 약 10 내지 30nm의 직경 및 약 10 내지 70㎛의 길이를 가질 수 있다. 그리고 알루미늄 분말은 약 10 내지 70㎛의 직경을 가질 수 있다. The step of declustering the carbon nanotubes on the surface of the aluminum powder (S110) may be performed using a blade mixer. For example, carbon nanotubes in the form of a cluster and aluminum powder may be put into a container, and then the blade mixer may be rotated at a high speed to de-cluster the carbon nanotubes on the surface of the aluminum powder. The carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, etc., and the carbon nanotubes before declustering may have a diameter of about 10 to 30 nm and a length of about 10 to 70 μm. And the aluminum powder may have a diameter of about 10 to 70 mu m.

일반적으로 탄소나노튜브는 비표면적이 크기 때문에 클러스터(cluster) 형태로 존재하는데, 최종 복합재료 내부에 탄소나노튜브가 클러스터 형태로 존재하는 경우, 복합재료의 기계적 특성이 저하되는 문제점이 있다. 본 발명에 있어서는 이러한 문제점을 해소할 뿐만 아니라, 탄소나노튜브의 캡슐화를 용이하게 하기 위해 탄소나노튜브를 기계적으로 디클러스터링한다. Generally, carbon nanotubes exist in a cluster form because of their large specific surface area. If carbon nanotubes are present in a cluster form in the final composite material, the mechanical properties of the composite material deteriorate. In the present invention, carbon nanotubes are mechanically declustrated to facilitate encapsulation of carbon nanotubes as well as to solve such problems.

탄소나노튜브의 디클러스터링은 블레이드 믹서를 약 10000 내지 40000 rpm으로 회전시키면서 약 10 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 이와 같이 블레이드 믹서를 고속으로 회전시키면서 탄소나노튜브를 디클러스터링하는 경우, 이후 진행될 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말의 제조 단계에서 탄소나노튜브가 복합분말 내부로 효과적으로 캡슐화될 수 있도록 탄소나노튜브가 절단되어 그 길이가 감소될 수 있다. 예를 들면, 디클러스터링이 완료된 탄소나노튜브는 약 10㎛ 이하의 길이를 가질 수 있다. The de-clustering of the carbon nanotubes can be performed for about 10 to 30 minutes while rotating the blade mixer at about 10000 to 40000 rpm. When the carbon nanotubes are declustered while rotating the blade mixer at a high speed, the carbon nanotubes are cut so that the carbon nanotubes can be effectively encapsulated in the composite powder in the subsequent step of manufacturing the aluminum-carbon nanotube composite powder Its length can be reduced. For example, the carbon nanotubes having been subjected to the de-clustering may have a length of about 10 mu m or less.

본 발명의 기계적 디클러스터링 공정과 달리 초음파를 이용하여 탄소나노튜브를 분산시키는 경우, 탄소나노튜브를 고도로 분산시킬 수 있으나 초음파 공정은 산소 함유 용매를 사용하므로 알루미늄의 산화를 야기하여 탄소나노튜브가 알루미늄의 그레인 내부에 분산되는 것을 방해하는 문제점이 있다. Unlike the mechanical de-clustering process of the present invention, when carbon nanotubes are dispersed using ultrasound, the carbon nanotubes can be highly dispersed. However, since the ultrasonic process uses an oxygen-containing solvent, There is a problem that it is disturbed to be dispersed in the grain.

알루미늄-탄소나노튜브 복합분말을 제조하는 단계(S120)는 볼밀 공정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 분말 및 디클러스터링된 탄소나노튜브를 볼밀볼과 함께 디스크에 회전가능하게 결합된 볼밀 용기 내부에 투입한 후 볼밀 공정을 진행할 수 있다. 볼밀 공정은 산소 및 습도가 1ppm 미만인 조건에서 수행될 수 있다. 일반적으로 알루미늄은 높은 산화력을 갖는 물질로 알려졌다. 그래서 지금까지 보고된 바로는 10-6 torr에서도 산화가 일어나는 것으로 보고되어 있다. 또한 산화막의 두께는 10 nm 정도로 탄소나노튜브의 직경과 유사할 정도이다. 이런 산화막은 탄소나노튜브를 알루미늄 입자 내부 혹은 그레인 내부로 분산시키기에는 큰 한계를 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 발명에서는 산소 및 습도가 1ppm 미만인 조건에서 볼밀 공정을 수행하였다. 디클러스터링된 탄소나노튜브는 알루미늄에 의해 캡슐화되고 알루미늄의 그레인 내부까지 분산될 수 있어서 탄소나노튜브의 분산성이 크게 향상된다. 이에 반하여, 산소 또는 습도가 1ppm 이상인 조건에서 볼밀 공정을 진행하는 경우, 알루미늄의 산화가 일어나 탄소나노튜브가 알루미늄의 그레인 내부로는 침투할 수 없고, 단지 알루미늄의 그레인 경계에만 분산되는 문제점이 발생한다. The step (S120) of producing the aluminum-carbon nanotube composite powder may be performed through a ball mill process. For example, aluminum powder and decarclined carbon nanotubes may be put into a ball mill container rotatably coupled to a disk together with a ball mill ball, followed by a ball mill process. The ball mill process can be performed under conditions of oxygen and humidity less than 1 ppm. Generally, aluminum is known to have high oxidizing power. Therefore, it has been reported that oxidation has occurred even at 10 -6 torr so far reported. The thickness of the oxide film is about 10 nm, which is similar to the diameter of carbon nanotubes. Such an oxide film is known to exhibit a great limitation in dispersing carbon nanotubes into aluminum particles or grain. Therefore, in the present invention, the ball mill process was performed under the condition that oxygen and humidity were less than 1 ppm. The declustered carbon nanotubes can be encapsulated by aluminum and dispersed even inside the grain of aluminum, thereby greatly improving the dispersibility of the carbon nanotubes. On the other hand, when the ball milling process is performed under the condition of oxygen or humidity of 1 ppm or more, there arises a problem that the carbon nanotubes can not penetrate into the grain of the aluminum due to the oxidation of aluminum, .

볼밀 공정은 저에너지, 예를 들면, 약 200 내지 500 rpm에서 약 20 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 높은 회전속도, 즉 500rpm을 초과한 속도의 고에너지 볼밀 공정을 수행하는 경우, 볼밀 공정 동안 탄소나노튜브의 구조가 파괴되어 복합재료의 기계적 특성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. The ball mill process may be performed at low energy, for example, at about 200 to 500 rpm for about 20 to 60 minutes. When a high-speed ball milling process at a high rotation speed, that is, a speed exceeding 500 rpm is performed, the structure of the carbon nanotubes may be destroyed during the ball milling process, resulting in deterioration of the mechanical properties of the composite material.

볼밀 공정을 진행하게 되면, 알루미늄 분말은 분쇄된 후 분쇄된 알루미늄 분말 사이에 접합(welding)이 일어나게 된다. 이 과정에서 탄소나노튜브는 알루미늄 분말 내부로 침투하여 알루미늄 분말에 의해 캡슐화 된다. 산소 및 습도가 1ppm 미만인 조건에서 볼밀 공정을 진행하는 경우, 알루미늄 분말 내부에 캡슐화된 탄소나노튜브는 알루미늄의 그레인 내부로 분산될 수 있다. 이에 반하여, 산소 및 습도가 1ppm 이상인 조건에서 볼밀 공정을 진행하는 경우, 알루미늄 분말 내부에 캡슐화된 탄소나노튜브는 알루미늄의 그레인 내부로 침투하지 못하고, 주로 그레인 경계에 분산된다. When the ball milling process is carried out, the aluminum powder is ground and then welded between the pulverized aluminum powders. In this process, the carbon nanotubes penetrate into the aluminum powder and are encapsulated by the aluminum powder. When the ball milling process is performed under conditions of oxygen and humidity of less than 1 ppm, the carbon nanotubes encapsulated in the aluminum powder can be dispersed into the grain of the aluminum. On the other hand, when the ball milling process is performed under the condition of oxygen and humidity of 1 ppm or more, the carbon nanotubes encapsulated in the aluminum powder can not penetrate into the grain of the aluminum, and are mainly dispersed at the grain boundary.

본 발명과 달리 탄소나노튜브의 기계적 디클러스터링 공정 없이 볼밀 공정을 진행하는 경우, 탄소나노튜브의 분산도를 향상시키기 위해서는 고에너지의 볼밀 공정이 진행되어야 하는데, 이와 같은 고에너지의 볼밀 공정은 앞에서 설명한 바와 같이 탄소나노튜브의 구조를 파괴시키므로 복합재료의 기계적 특성을 저하시키는 문제점이 있다. In contrast to the present invention, when a ball milling process is performed without a mechanical de-clustering process of carbon nanotubes, a high-energy ball milling process must be performed in order to improve the degree of dispersion of carbon nanotubes. There is a problem that the mechanical properties of the composite material are deteriorated because the structure of the carbon nanotubes is destroyed as described above.

알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계(S130)는 단계에서는 상기의 볼밀 공정을 통해 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말을 소결시킴으로써 수행될 수 있다. 일례로, 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말들은 방전 플라즈마 소결 공정(spark plasma sintering process)을 통해 소결될 수 있다. 구체적으로, 방전 플라즈마 소결 공정(spark plasma sintering process)은 약 200 내지 600℃의 온도에서 약 10 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말들을 금형에 충진한 후, 약 50MPa 내지 700MPa의 압력을 인가한 상태에서 약 1분 내지 1시간 동안 약 200 내지 600℃의 온도로 소결하여 금형에 충진된 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말들을 소결 시킬 수 있다.The step of manufacturing the aluminum-carbon nanotube composite (S130) may be performed by sintering the aluminum-carbon nanotube composite powder produced through the ball milling process. For example, aluminum-carbon nanotube composite powders can be sintered through a spark plasma sintering process. Specifically, the spark plasma sintering process can be performed at a temperature of about 200 to 600 DEG C for about 10 to 30 minutes. For example, aluminum-carbon nanotube composite powders are filled in a mold, sintered at a temperature of about 200 to 600 ° C. for about 1 minute to 1 hour under a pressure of about 50 MPa to 700 MPa, Aluminum-carbon nanotube composite powders can be sintered.

알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 압출성형하는 단계(S140)는 압출 금형을 이용하여 수행할 수 있다. 일례로, 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 약 1 분 내지 1시간 동안 약 200 내지 600℃의 온도로 가열한 후, 압출 금형을 이용하여 약 50MPa 내지 700MPa의 압력을 인가한 상태에서 압출하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 압출성형할 수 있다. The step of extruding the aluminum-carbon nanotube composite (S140) may be carried out using an extrusion die. For example, the aluminum-carbon nanotube composite is heated at a temperature of about 200 to 600 ° C. for about 1 minute to 1 hour, and extruded under an applied pressure of about 50 MPa to 700 MPa using an extrusion die to form aluminum- The nanotube composite can be extruded.

도 2a 및 도 2b는 산소 및 습도가 1ppm 이상인 조건(이하 '산화 분위기'라 함)에서 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 광학현미경 사진 및 공초점 라만 현미경 사진이다. FIGS. 2A and 2B are optical microscope photographs and confocal Raman microscope photographs of the aluminum-carbon nanotube composite material produced under the conditions of oxygen and humidity of 1 ppm or more (hereinafter referred to as "oxidation atmosphere").

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 산화 분위기에서 볼밀 공정을 수행하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 경우 캡슐화된 탄소나노튜브는 알루미늄의 그레인 경계 상에 제한적으로 분포하게 됨을 알 수 있다. 즉, 산화 분위기에서 볼밀 공정을 진행하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 경우, 알루미늄의 산화가 발생하게 되는데, 이러한 알루미늄의 산화는 탄소나노튜브가 알루미늄의 그레인 내부에 분산되는 것을 방해하고, 그 결과 탄소나노튜브는 알루미늄의 그레인 경계 부근이라는 제한된 영역에만 분산된다. 이와 같이 알루미늄의 그레인 경계에 집중적으로 분산된 탄소나노튜브는 전위 움직임을 방해하여 복합재료의 강도(strength)는 강화하나 그레인 내부에서 전위(dislocation)와의 상호작용을 할 수 없으므로 연성(ductility) 향상에는 기여할 수 없다. Referring to FIGS. 2A and 2B, when the aluminum-carbon nanotube composite material is produced by performing the ball milling process in an oxidizing atmosphere, the encapsulated carbon nanotubes are limitedly distributed on the grain boundary of aluminum. That is, when the aluminum-carbon nanotube composite material is produced by a ball milling process in an oxidizing atmosphere, oxidation of aluminum occurs. Oxidation of the aluminum interferes with the dispersion of the carbon nanotubes in the aluminum grain, As a result, the carbon nanotubes are dispersed only in a limited region called aluminum grain boundary. As described above, carbon nanotubes intensively dispersed at the grain boundaries of aluminum interfere with dislocation movement to enhance the strength of the composite material but can not interact with the dislocation in the grain, I can not contribute.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 스트레스-스트레인 곡선들이다. 3 is stress-strain curves of an aluminum-carbon nanotube composite material prepared according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 엔지니어링 스트레스의 최대값은 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 증가하였으나, 파괴 전까지의 엔지니어링 스트레인은 탄소나노튜브의 함량이 증가하더라도 감소하지 않았음을 알 수 있다. 즉, 본 발명이 실시예에 따라 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 경우, 알루미늄의 그레인 내부에 까지 탄소나노튜브가 분산되고, 그레인 내부에 까지 탄소나노튜브는 전위의 움직임을 방해하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 가공경화(work hardening)을 향상시키고 나아가 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 신장률을 감소하는 것을 최소화할 수 있다. Referring to FIG. 3, the maximum value of the engineering stress was increased as the content of the carbon nanotubes was increased. However, the engineering strain before the fracture did not decrease even when the content of the carbon nanotubes was increased. That is, when the aluminum-carbon nanotube composite material is manufactured according to the embodiment of the present invention, the carbon nanotubes are dispersed in the grain of the aluminum, and the carbon nanotubes up to the inside of the grain interfere with the movement of the potential, It is possible to minimize the work hardening of the carbon nanotube composite material and further reduce the elongation of the aluminum-carbon nanotube composite material.

도 4는 탄소나노튜브 함량에 따른 탄성계수(Young's modulus) 및 항복강도항복강도(Yield strength)의 변화를 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 4 is a graph for explaining changes in Young's modulus and Yield strength according to carbon nanotube content. FIG.

도 4를 참조하면, 탄소나노튜브의 함량이 2 vol.% 미만인 경우, 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 탄성계수는 증가하고, 탄소나노튜브 함량이 2 내지 8 vol.% 까지는 탄소나노튜브의 함량이 증가하더라도 탄성계수가 크게 변화하지 않으며, 탄소나노튜브 함량이 8 vol.% 이상인 경우, 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 탄성계수가 감소함을 알 수 있다. 이는 탄소나노튜브 함량이 8 vol.% 이상인 경우에는 탄소나노튜브의 분산성이 저하되기 때문인 것으로 판단된다. Referring to FIG. 4, when the content of carbon nanotubes is less than 2 vol.%, The elastic modulus increases with increasing carbon nanotube content. When the content of carbon nanotubes is 2 to 8 vol.%, , The elastic modulus does not change much, and when the carbon nanotube content is more than 8 vol.%, The elastic modulus decreases as the carbon nanotube content increases. This is because the carbon nanotubes are degraded when the carbon nanotube content is 8 vol.% Or more.

항복강도 역시 탄소나노튜브 함량이 8vol.%까지는 탄성계수와 유사한 거동을 보이나 탄소나노튜브 함량이 8vol.% 이상인 경우에도 항복강도는 일정한 수준으로 유지됨을 알 수 있다. The yield strength is similar to the elastic modulus of carbon nanotubes up to 8 vol.%, But the yield strength is maintained at a constant level even when the carbon nanotube content is more than 8 vol.%.

도 5는 탄소나노튜브 함량에 따른 인성(toughness) 변화를 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph for explaining toughness change depending on the carbon nanotube content.

도 5를 참조하면, 탄소나노튜브의 함량이 2vol.%까지는 인성이 증가하나 더 높은 탄소나노튜브 농도에서는 인성이 감소하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, toughness is increased up to 2 vol.% Of carbon nanotubes, but toughness is decreased at higher carbon nanotube concentration.

도 6a 및 도 6b는 순수 알루미늄 재료 및 탄소나노튜브의 함량이 2 vol.%인 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 압출성형 후의 미세구조를 설명하기 위한 EBSD(Electron backscattering diffraction) 이미지들이고, 도 6c는 도 6b의 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 공초점 라만 광학현미경 이미지이며, 도 6d는 라만 스펙트라(Raman spectra)로부터 G band 맵핑을 수행한 결과를 나타내는 이미지이다. 도 7은 도 6b의 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 라만 스펙트라(Raman spectra)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 6A and 6B are electron backscattering diffraction (EBSD) images for explaining the microstructure after extrusion molding of a pure aluminum material and an aluminum-carbon nanotube composite material having a carbon nanotube content of 2 vol.%, 6B is a confocal Raman optical microscope image of the aluminum-carbon nanotube composite material, and FIG. 6D is an image showing the result of performing G band mapping from Raman spectra. FIG. 7 is a graph showing the Raman spectra of the aluminum-carbon nanotube composite material of FIG. 6b.

도 6a를 참조하면, 알루미늄의 그레인 구조는 좁은 직경을 가진 연장된 형상을 가짐을 알 수 있다. 압출성형 공정은 압출 방향으로의 소성변형을 야기하므로, 알루미늄의 그레인 형상은 압출 방향으로 연장된 형상을 갖는다. Referring to FIG. 6A, it can be seen that the grain structure of aluminum has an elongated shape with a narrow diameter. Since the extrusion molding process causes plastic deformation in the extrusion direction, the grain shape of aluminum has a shape extending in the extrusion direction.

도 6b 내지 도 6d 및 도 7을 참조하면, 탄소나노튜브를 2vol.% 첨가한 경우, 그레인 사이즈가 감소하는 그레인 강화 현상이 일어남을 알 수 있다. 또한 도 6d 및 도 7에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브 분포는 그레인 구조와 연관성이 없음을 알 수 있다. 이러한 관측으로부터 캡슐화된 탄소나노튜브는 그레인 경계 뿐만 아니라 내부에도 위치함을 알 수 있다. Referring to FIGS. 6B to 6D and 7, when the carbon nanotubes are added in the amount of 2 vol.%, Grain reinforcement phenomenon occurs in which the grain size decreases. Also, as shown in FIG. 6D and FIG. 7, it can be seen that the carbon nanotube distribution is not related to the grain structure. From these observations, it can be seen that the carbon nanotubes encapsulated are located not only in the grain boundary but also in the interior.

도 8은 탄소나노튜브의 함량에 따른 그레인 사이즈 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 8 is a graph for explaining grain size change according to the content of carbon nanotubes.

도 8을 참조하면, 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 그레인 사이즈, 특히 길이 및 평균 직경이 감소함을 알 수 있다. 탄소나노튜브의 함량이 2 vol.% 미만인 경우, 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 그레인 사이즈가 급격히 감소하는 반면, 탄소나노튜브의 함량이 2 vol.% 이상인 경우, 탄소나노튜브의 함량이 증가하더라도 그레인 사이즈는 크게 변하지 않음을 알 수 있다. 이와 같은 그레인 사이즈의 감소 현상은 탄소나노튜브 캡슐화 공정 동안 그레인 강화가 일어남을 증명한다.Referring to FIG. 8, it can be seen that as the carbon nanotube content increases, the grain size, especially the length and average diameter, decreases. When the content of carbon nanotubes is less than 2 vol.%, The grain size decreases sharply as the content of carbon nanotubes increases. When the content of carbon nanotubes is more than 2 vol.%, The content of carbon nanotubes increases It can be seen that the grain size does not change greatly. This reduction in grain size demonstrates grain enhancement during the carbon nanotube encapsulation process.

도 9는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 X-ray 회절 분석의 결과를 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing the results of an X-ray diffraction analysis of an aluminum-carbon nanotube composite material.

도 9를 참조하면, 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 피크가 넓어지는 현상이 관찰되었다. 이는 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 격자 결함이 증가함을 나타낸다. Referring to FIG. 9, as the content of carbon nanotubes increases, a phenomenon that a peak is widened is observed. This indicates that the lattice defects increase as the content of carbon nanotubes increases.

도 10은 탄소나노튜브 함량에 따른 전위(dislocation) 밀도 및 가공경화(work hardening)의 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 10 is a graph for explaining the dislocation density and the change of work hardening according to the carbon nanotube content.

도 10을 참조하면, 탄소나노튜브 함량이 4 vol.% 미만인 경우에는 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 전위 밀도가 증가하고, 탄소나노튜브 함량이 4 vol.% 이상인 경우에는 탄소나노튜브의 함량이 증가하더라도 전위 밀도가 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 전위 밀도가 증가하는 것은 탄소나노튜브와 알루미늄의 다른 열팽창 계수로 인하여 열적 부정합(thermal mismatch) 현상이 발생하기 때문이다. 10, when the content of carbon nanotubes is less than 4 vol.%, The dislocation density increases as the content of carbon nanotubes increases. When the content of carbon nanotubes is more than 4 vol.%, It can be seen that the dislocation density is kept constant. As the carbon nanotube content increases, dislocation density increases due to thermal mismatch due to different thermal expansion coefficients of carbon nanotubes and aluminum.

가공경화(work hardening) 역시 전위 밀도와 유사한 경향을 보였다. 가공경화는 인장되는 시편의 네킹(necking)을 지연시키므로, 재료의 연성 향상에 크게 영향을 미친다. 따라서 가공경화가 향상되면 시편을 더 길게 신장시킬 수 있다. Work hardening was also similar to dislocation density. Work hardening delays the necking of the tensile specimen, thus greatly affecting the ductility of the material. Thus, as the work hardening improves, the specimen can be elongated longer.

도 11은 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 TEM 이미지들이다. 11 shows TEM images of an aluminum-carbon nanotube composite material.

도 11a를 참조하면, 탄소나노튜브가 그레인 내부에 위치함을 확인할 수 있다. 그레인 내부에 위치하는 탄소나노튜브는 전위와 상호작용을 하여 복합재료의 강도 및 연성을 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 11A, it is confirmed that the carbon nanotube is located in the grain. The carbon nanotubes located in the grain can interact with the electric potential to improve the strength and ductility of the composite material.

도 11b 및 도 11c를 참조하면, TEM 측정 동안 시편을 비틈으로써 선형 전위가 생성될 수 있다. 이 경우, 도 11b에 도시된 바와 같이 일부 선형 전위는 탄소나노튜브 부근에 축적된다. 이러한 현상은 도 11c와 같이 더 높은 해상도에서 관찰하면 보다 명확하다. 도 11c는 0.385 내지 0.5nm의 층간 거리를 가진 탄소나노튜브의 단면 이미지이다. Referring to Figs. 11B and 11C, a linear potential can be generated by twisting the specimen during the TEM measurement. In this case, as shown in Fig. 11B, some linear potentials are accumulated in the vicinity of the carbon nanotubes. This phenomenon is more apparent when viewed at a higher resolution as shown in FIG. 11C. 11C is a cross-sectional image of a carbon nanotube having an interlayer distance of 0.385 to 0.5 nm.

그레인 내부에 위치한 탄소나노튜브는 전위의 움직임을 방해하고, 그 결과 탄소나노튜브는 가공경화에 영향을 미치는 분산강화 현상을 야기할 수 있다. 즉, 그레인 내부에 분산된 탄소나노튜브는 가공경화에 영향을 미치고, 그 결과 시편의 신장률을 향상시킬 수 있다. 탄소나노튜브의 함량이 증가하면, 도 11d에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브는 클러스터를 이루게 되는데, 이는 탄소나노튜브의 분산도를 저하시켜 강화 효율 감소를 초래한다. 도 11d는 탄소나노튜브 함량이 8 vol.%인 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 TEM 이미지이다. Carbon nanotubes located in the grain interfere with the movement of dislocations, and as a result, carbon nanotubes can cause dispersion enhancement, which affects work hardening. That is, the carbon nanotubes dispersed in the grain affect the work hardening, and as a result, the elongation of the specimen can be improved. When the content of the carbon nanotubes increases, the carbon nanotubes become clusters as shown in FIG. 11 (d), which decreases the degree of dispersion of the carbon nanotubes and results in a decrease in the reinforcing efficiency. 11D is a TEM image of an aluminum-carbon nanotube composite material having a carbon nanotube content of 8 vol.%.

이와 같은 사항을 종합하면, 알루미늄-탄소나노튜브 복합체에 있어서, 탄소나노튜브의 분산도가 높을수록 높은 강도 강화 효율이 나타나며, 강도가 증가함에도 불구하고 신장률이 감소되는 것을 최소화할 수 있다. In summary, in the aluminum-carbon nanotube composite, the higher the dispersion strength of carbon nanotubes is, the higher the strength enhancement efficiency is, and the decrease in elongation can be minimized even though the strength is increased.

그레인 내부에 분산된 탄소나노튜브는 상기에서 설명된 분산강화 메카니즘 뿐만 아니라 로드 전송(load transfer) 메카니즘에 의해서도 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 강도 및 연성을 향상시킬 수 있다. 그레인 내부에 분산된 탄소나노튜브는 외부 힘의 일부를 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 전위 움직임을 억제시킬 수 있다. 그 결과 그레인 내부에 분산된 탄소나노튜브는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 영률을 향상시킬 뿐만 아니라 소성 변형 전의 항복 강도를 향상시킬 수 있다. The carbon nanotubes dispersed in the grain can improve the strength and ductility of the aluminum-carbon nanotube composite material by the load transfer mechanism as well as the dispersion strengthening mechanism described above. The carbon nanotubes dispersed in the grain can not only absorb a part of the external force but also inhibit the potential movement. As a result, the carbon nanotubes dispersed in the grain can improve not only the Young 's modulus of the aluminum - carbon nanotube composite material but also the yield strength before plastic deformation.

즉, 소성 변형 동안 전위 움직임은 그레인 내부에 위치한 탄소나노튜브에 의해 억제되었고, 그 결과 알루미늄 복합재료의 강도 및 연성이 향상될 수 있다. 그리고 소결 공정에 의해 형성된 강한 계면을 통하여 외부 로드는 탄소나노튜브로 전송될 수 있고, 탄소나노튜브는 외부 로드에 대한 반대 힘을 생성하여 복합재료의 변형을 방해할 수 있다. That is, the potential movement during the plastic deformation is suppressed by the carbon nanotube located in the grain, and as a result, the strength and ductility of the aluminum composite material can be improved. Through the strong interface formed by the sintering process, the outer rod can be transferred to the carbon nanotube, and the carbon nanotube can generate an inverse force against the outer rod, which may interfere with the deformation of the composite material.

상술한 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브가 알루미늄의 그레인 내부에 분산되므로 우수한 연성(ductility) 및 기계적 강도(strength)를 갖는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조할 수 있다. According to the present invention, since the carbon nanotubes are dispersed in the grain of aluminum, an aluminum-carbon nanotube composite material having excellent ductility and mechanical strength can be produced.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (8)

클러스터 형태의 탄소나노튜브들을 제1 길이 이하로 절단하여 알루미늄 분말 표면에 분산시키는 단계;
상기 탄소나노튜브가 표면에 분산된 알루미늄 분말들에 대하여 볼밀 공정을 수행하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 제조하는 단계;
상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 소결하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계; 및
상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 압출성형하여 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 단계를 포함하는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
Cutting the clustered carbon nanotubes to a first length or less and dispersing the carbon nanotubes on the surface of the aluminum powder;
Performing a ball milling process on the aluminum powder in which the carbon nanotubes are dispersed on the surface to produce an aluminum-carbon nanotube composite powder;
Sintering the aluminum-carbon nanotube composite powder to produce an aluminum-carbon nanotube composite; And
And then extruding the aluminum-carbon nanotube composite to produce an aluminum-carbon nanotube composite material.
제1항에 있어서,
상기 클러스터 형태의 탄소나노튜브들을 제1 길이 이하로 절단하여 알루미늄 분말 표면에 분산시키는 단계는,
10 내지 30nm의 직경 및 10 내지 70㎛의 길이를 갖는 상기 탄소나노튜브와 10 내지 70㎛의 직경을 갖는 상기 알루미늄 분말을 용기에 투입하고 블레이드 믹서를 10000 내지 40000 rpm으로 회전시켜 상기 탄소나노튜브와 상기 알루미늄 분말을 혼합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of cutting the cluster-type carbon nanotubes to a length less than the first length and dispersing the carbon nanotubes on the surface of the aluminum powder,
The carbon nanotubes having a diameter of 10 to 30 nm and a length of 10 to 70 μm and the aluminum powder having a diameter of 10 to 70 μm are put into a container and the blade mixer is rotated at 10000 to 40000 rpm, And mixing the aluminum powder with the aluminum powder to form an aluminum-carbon nanotube composite material.
제1항에 있어서, 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 제조하는 단계는 산소 및 습도가 1ppm 미만인 조건에서 상기 볼밀 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.The method for producing an aluminum-carbon nanotube composite material according to claim 1, wherein the step of preparing the aluminum-carbon nanotube composite powder is performed under the condition that oxygen and humidity are less than 1 ppm. 제3항에 있어서, 상기 볼밀 공정은 200 내지 500 rpm에서 20 내지 60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.4. The method of claim 3, wherein the ball milling is performed at 200 to 500 rpm for 20 to 60 minutes. 제3항에 있어서, 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말은 내부에 캡슐화된 탄소나노튜브를 포함하고,
상기 캡슐화된 탄소나노튜브는 상기 복합 분말을 구성하는 알루미늄의 그레인 내부에 분산된 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the aluminum-carbon nanotube composite powder includes carbon nanotubes encapsulated therein,
Wherein the encapsulated carbon nanotubes are dispersed in a grain of aluminum constituting the composite powder.
제1항에 있어서, 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합 분말을 소결하여 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합체를 제조하는 단계는,
상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말들을 금형에 충진하는 단계; 및
상기 금형에 충진된 상기 알루미늄-탄소나노튜브 복합분말들에 대해 방전 플라즈마 소결 공정(spark plasma sintering process)을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 방전 플라즈마 소결 공정은 200 내지 600℃의 온도에서 10 내지 30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
The method as claimed in claim 1, wherein the step of sintering the aluminum-carbon nanotube composite powder to produce the aluminum-carbon nanotube composite comprises:
Filling the aluminum-carbon nanotube composite powders into a mold; And
And performing a spark plasma sintering process on the aluminum-carbon nanotube composite powders filled in the mold,
Wherein the discharge plasma sintering process is performed at a temperature of 200 to 600 ° C for 10 to 30 minutes.
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