KR20170034489A - 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents

탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 탄화규소 타일; 및 상기 탄화규소 타일의 외부면의 적어도 일부분에 형성된 알루미늄 함유층; 을 포함하고, 상기 탄화규소 타일 및 알루미늄 함유층 사이에 접합층을 포함하는, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재에 관한 것이다.
본 발명은, 탄화규소 타일의 표면 개질을 통하여 계면특성이 향상된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제공할 수 있다.

Description

탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법{SILICON CARBIDE TILE/ALUMINIUM HYBRIDE COMPOSITES AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
세라믹/금속 복합소재는 세라믹과 금속 각각의 장점을 결합시켜 많은 분야에 신소재로써 활용되고 있고, 그 중에서도 SiCp로 강화된 알루미늄 기지 복합소재는 매우 우수한 기계적 특성과 열적 특성을 지니고 있어 자동차, 우주항공, 그리고 전자기기 같은 다양한 분야에서 활용되고 있다.
미국이나 영국 등 국방선진국에서는 SiC/Al 복합재의 높은 강도와 경도, 그리고 우수한 내충격성 등 기계적 특성이 뛰어난 점을 이용하여 방탄소재로 사용하고 있다.
이러한 SiC와 같은 탄화물과 알루미늄의 복합재 제조 시 계면에 취성이 큰 Al4C3와 같은 생성물을 형성할 수 있고, 이는 복합재 내부에 균열을 발생시켜 기계적 특성을 저하시키는 원인이 된다. 공기 중에서 산화 피막을 형성하는 알루미늄은 복합재 제조 과정에서 표면 처리가 되지 않은 SiC와 젖음성이 낮아 강한 결합을 하지 못하거나 또는 복합재의 기계적 특성을 저하 시키는 문제점을 야기하고 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위해서, 복합재 제조 시 Al4C3의 생성을 억제해야 하며 이를 위해서 복합재료의 계면반응 제어 기술에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 계면반응을 제어하기 위한 대표적인 방법으로는 알루미늄 합금에 Mg, Si 등 금속을 첨가하는 방법 등이 제시되었으나, 이러한 방법은 SiC입자를 강화재로 사용하는 알루미늄 기지 복합소재에 국한되어 있다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 탄화규소 타일(SiC 타일)과 알루미늄(Al) 간의 계면 젖음성과 계면 결합력이 개선되어 향상된 기계적 특성을 나타내는 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조 시 탄화규소 타일의 표면 개질을 통하여 탄화규소 타일과 알루미늄 간의 계면 젖음성 저하를 방지하고 Al4C3의 형성을 억제할 수 있는, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 양상은, 탄화규소 타일; 및 상기 탄화규소 타일의 외부면의 적어도 일부분에 형성된 알루미늄 함유층; 을 포함하고, 상기 탄화규소 타일 및 알루미늄 함유층 사이에 접합층을 포함하는, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 접합층은, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 산화처리하여 형성된 산화물층; 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 금속 무전해 도금하여 형성된 금속 도금층; 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 금속분말을 용사 코팅하여 형성된 금속분말 코팅층; 또는 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 형성된 금속분말 코팅층을 질화 처리하여 형성된 질화물층; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화물층은 SiO2을 포함하고, 상기 금속 도금층은 니켈, 구리 또는 이 둘을 포함하며, 상기 금속분말 코팅층은 규소 분말을 포함하고, 상기 질화물층은 Si3N4를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 접합층은 Al4C3-프리일 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 탄화규소 타일을 준비하는 단계; 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 표면 개질하는 단계; 및 상기 탄화규소 타일의 표면 개질된 부분에 알루미늄 함유층을 형성하는 단계; 를 포함하는 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 산화시켜 SiO2를 포함하는 산화물층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 금속 무전해 도금하여 금속 도금층을 형성할 수 있고, 상기 상기 금속은, 니켈, 구리 또는 이 둘을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 규소분말을 용사 코팅하여 규소분말을 포함하는 금속분말 코팅층을 형성하고, 상기 용사 코팅은 고속화염 용사 또는 플라즈마 용사에 의하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 규소분말을 용사 코팅하여 규소분말 코팅층을 형성한 이후 상기 규소분말 코팅층을 질화 처리하여 Si3N4층을 포함하는 질화물층을 형성할 수 있다.
본 발명은, 고경도와 고강도의 기계적 특성을 지닌 탄화규소 타일과 비강도가 크고 가벼운 알루미늄을 이용한 복합재의 제조 시 탄화규소 타일과 알루미늄의 계면을 제어하여 젖음성 저하를 해결하고, 계면의 결합강도를 향상시켜 내충격성 및 내마모성 등과 같은 기계적 특성이 향상된 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재의 단면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재의 단면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탄화규소 타일/알루미늄의 하이브리드 복합재의 온도에 따라 측정된 젖음각을 나타낸 것이다.
도 9는, 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 계면 결합력을 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재에 관한 것으로, 상기 복합재는, 탄화규소 타일과 알루미늄 간의 계면 특성이 향상되어 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 복합재는, 탄화규소 타일 및 상기 탄화규소 타일의 외부면의 적어도 일부분에 형성된 알루미늄 함유층을 포함할 수 있고, 상기 탄화규소 타일과 알루미늄 함유층 사이에 접합층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 외부면은, 상기 탄화규소 타일의 일면, 양면, 또는 전면의 외부면일 수 있고, 상기 적어도 일부분은, 일부분 또는 전체일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 접합층은, 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 형성된 표면 개질층을 포함할 수 있다. 상기 표면 개질층은, 탄화규소와 알루미늄의 직접적인 접촉을 방지하고, 탄화규소 타일과 알루미늄 간의 계면 특성을 제어하여 안정적인 계면 구조를 제공하고, 알루미늄의 결합력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로 상기 표면 개질층은, 상기 탄화규소 타일의 일면, 양면 또는 전면의 외부 표면의 적어도 일부분에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 표면 개질층은, 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 산화 처리하여 형성된 산화물층; 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 금속 무전해 도금하여 형성된 금속 도금층; 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 금속분말을 용사 코팅하여 형성된 금속분말 코팅층; 또는 규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 형성된 금속분말 코팅층을 질화 처리하여 형성된 질화물층; 을 포함할 수 있다. 상기 산화물은, SiO2를 포함하고, 상기 금속 도금층은, 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 이 둘을 포함하고, 상기 금속분말 코팅층은, 규소 분말을 포함하며, 상기 질화물층은, Si3N4를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 표면 개질층은, 상기 표면 개질층과 알루미늄 함유층 간의 계면 접합 부분을 포함할 수 있다. 상기 계면 접합 부분은 표면 개질층과 알루미늄 간의 계면 반응 생성물을 포함할 수 있다. 상기 계면 반응 생성물은, 표면 개질층의 성분, 알루미늄 함유층의 형성 시 가해지는 열, 압력, 알루미늄 함유층의 형성 방법에 따라 종류, 농도, 두께 등이 변화될 수 있다. 바람직하게는 계면 반응 생성물은, Al4Cl3 - 프리일 수 있다. 예를 들어, 금속 도금층의 적어도 일부분과 알루미늄 간의 계면 반응 생성물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 복합재는, 탄화규소 타일의 전면에 형성된 알루미늄 함유층 및 접합층을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재(100)에 관한 것으로, 도 1에서 상기 복합재(100)는, 탄화규소 타일(110) 및 상기 탄화규소 타일(110)의 전면에 알루미늄 함유층(120)을 포함하고, 탄화규소 타일(110) 및 알루미늄 함유층(120) 사이에 접합층(130)을 포함할 수 있다. 탄화규소 타일(110), 알루미늄 함유층(120) 및 접합층(130)은, 상기 언급한 바와 같다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 복합재는, 탄화규소 타일의 양면에 형성된 알루미늄 함유층 및 접합층을 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명하며, 도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재(200)에 관한 것으로, 도 2에서 상기 복합재(200)는, 탄화규소 타일(210) 및 상기 탄화규소 타일(210)의 양면에 형성된 알루미늄 함유층(220)을 포함하고, 탄화규소 타일(210) 및 알루미늄 함유층(220) 사이에 접합층(230)을 포함할 수 있다. 탄화규소 타일(210), 알루미늄 함유층(220) 및 접합층(230)은, 상기 언급한 바와 같다.
본 발명은, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조방법은, 상기 탄화규소 타일의 표면 개질을 통하여 상기 타일과 알루미늄 간의 계면 특성을 조절하여 복합재의 제조 시 알루미늄과 탄화규소 타일의 계면 반응 생성물인 Al4C3의 형성을 억제하고, 복합재의 젖음성을 향상시킬 수 있다. 상기 제조방법은, 도 3을 참조하여 설명하며, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법에 관한 것으로, 도 3에서 상기 제조방법은, 탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1); 표면 개질하는 단계(S2); 및 알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 도 4를 참조하여 설명하며, 도 4에서 상기 제조방법은, 탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1a); 산화 처리에 의해 표면 개질하는 단계(S2a); 및 알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3a)를 포함할 수 있다.
탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1a)는, 원하는 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 크기, 형태 등에 따라 탄화규소 타일을 가공하여 준비하는 단계이다.
산화 처리에 의해 표면 개질하는 단계(S2a)는, 단계(S1a)에서 준비된 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 산화시켜 산화물층을 형성하는 단계이다. 본 발명의 일 예로, 단계(S2a)는, 공기 분위기에서 1100 ℃ 이상; 1100 ℃ 내지 1400 ℃; 또는 1200 ℃ 내지 1400 ℃ 온도에서 2 내지 5시간 동안 탄화규소 타일을 열처리하여 산화물층을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 상기 산화물층은, 비정질의 SiO2를 포함하고, 열처리 온도 및 시간에 따라 두께를 조절할 수 있으며, 바람직하게는 200 nm 내지 800 nm, 더 바람직하게는 250 nm 내지 700 nm의 두께를 가지며, 상기 두께 범위 내에 포함되면 알루미늄 함유층과 반응시 Al4C3를 억제할 수 있어 바람직하다.
알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3a)는, 단계(S2a) 이후에 탄화규소 타일의 표면 개질된 부분에 알루미늄 함유층을 형성시켜 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 형성하는 단계이다. 본 발명의 일 예로, 상기 알루미늄 함유층은, 알루미늄; 또는 알루미늄 기지에 탄화규소, 탄화붕소, 또는 이 둘이 포함된 것일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 단계(S2a)에서 형성된 산화물층은, 알루미늄 함유층의 형성 시 탄화규소 타일과 알루미늄 간의 직접적인 접촉을 막아 Al4C3의 형성을 억제하고 탄화규소 타일과 알루미늄의 안정적인 계면 구조를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3a)는, 액상가압공정, 소결, 스퍼터링 등으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 도 5를 참조하여 설명하며, 도 5에서 상기 제조방법은, 탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1b); 도금에 의해 표면 개질하는 단계(S2b); 및 알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3b)를 포함할 수 있다.
탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1b)는, 단계(S1a)와 동일하다.
표면 개질하는 단계(S2b)는, 단계(S1b)에서 준비된 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 금속 무전해 도금하여 금속 도금층을 형성하는 단계이다.
본 발명의 일 예로, 상기 금속 도금층은, 니켈, 구리 또는 이 둘을 포함하고, 0.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 두께를 가지며, 상기 두께 범위 내에 포함되면 알루미늄 함유층과 탄화규소 타일층의 젖음성을 향상시킬 수 있으며 탄화규소 타일층의 경도를 증가시킬 수 있어 바람직하다.
알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3b)는, 단계(S2b) 이후에 탄화규소 타일의 표면 개질된 부분에 알루미늄 함유층을 형성시켜 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 형성하는 단계이다. 단계(S3b)에서 알루미늄 함유층의 형성은, 단계(S3a)와 동일한 방법 및 성분으로 수행될 수 있다. 본 발명의 일 예로, 단계(S2b)에서 형성된 금속 도금층은, 알루미늄 함유층의 형성 시 탄화규소 타일과 알루미늄 간의 직접적인 접촉을 막아 Al4C3의 형성을 억제하고, 알루미늄과 도금된 금속 간의 계면 반응 생성물, 예를 들어, NixAly을 형성하여 계면 결합력을 향상시켜 탄화규소 타일과 알루미늄의 안정적인 계면 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 도 6을 참조하여 설명하며, 도 6에서 상기 제조방법은, 탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1c); 금속분말 코팅에 의해 표면 개질하는 단계(S2c); 및 알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3c)를 포함할 수 있다.
탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1c)는, 단계(S1a)와 동일하다.
금속분말 코팅에 의해 표면 개질하는 단계(S2c)는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 금속분말을 용사코팅하여 금속분말 코팅층을 형성하는 단계이다.
본 발명의 일 예로, 상기 금속 분말은, 규소 분말이고, 상기 금속분말 코팅층은, 100 ㎛ 내지 250 ㎛ 두께를 가지며, 상기 두께 범위 내에 포함되면 알루미늄 함유층과 탄화규소 타일층의 젖음성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 예로, 상기 용사 코팅은, 고속화염 용사 또는 플라즈마 용사에 의하여 수행될 수 있고, 바람직하게는 플라즈마 용사일 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 용사는, 아르곤, 질소, 수소, 헬륨 등과 같은 가스를 포함하는 플라즈마 가스와 열원을 이용하여 상기 금속 분말을 용사 코팅시킬 수 있다.
알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3c)는, 단계(S2c) 이후에 탄화규소 타일의 표면 개질된 부분에 알루미늄 함유층을 형성시켜 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 형성하는 단계이다. 단계(S3c)에서 알루미늄 함유층의 형성은, 단계(S3a)와 동일한 방법 및 성분으로 수행될 수 있다. 본 발명의 일 예로, 단계(S3c)는, 단계(S2c)에서 형성된 금속분말 코팅층, 예를 들어, 규소분말 코팅층에 의해 알루미늄과의 젖음성이 높아지고, 탄화규소 타일과 알루미늄의 안정적인 계면 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 도 7을 참조하여 설명하며, 도 7에서 상기 제조방법은, 탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1d); 질화 처리에 의해 표면 개질하는 단계(S2d); 및 알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3d)를 포함할 수 있다.
탄화규소 타일을 준비하는 단계(S1d)는, 단계(S1a)와 동일하다.
질화에 의해 표면 개질하는 단계(S2d)는, 단계(S1d)에서 준비된 탄화규소 타일의 외부면의 적어도 일부분에 금속분말을 용사코팅하여 금속분말 코팅층을 형성하고, 상기 금속분말 코팅층을 질화 처리하여 질화물층을 형성하는 단계이다.
본 발명의 일 예로, 상기 질화처리는, 질소 분위기에서 1400 ℃ 이상, 바람직하게는 1400 내지 1500 ℃ 온도에서 1 내지 4시간, 바람직하게는 2 내지 3 시간 동안 수행될 수 있고, 상기 질화물층은 열처리 온도 및 시간에 따라 두께를 조절할 수 있으며, 바람직하게는 30 ㎛ 내지 50 ㎛ 두께를 가지며, 상기 두께 범위 내에 포함되면 알루미늄 함유층과 탄화규소 타일층의 접합층에서 Al4C3의 생성을 지연시키는 효과를 가져올 수 있어 바람직하다. 본 발명의 일 예로, 상기 금속분말은, 규소분말이고, 상기 질화물층은, Si3N4 포함할 수 있다.
알루미늄 함유층을 형성하는 단계(S3d)는, 단계(S2d) 이후에 탄화규소 타일의 표면 개질된 부분에 알루미늄 함유층을 형성시켜 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 형성하는 단계이다. 단계(S3d)에서 알루미늄 함유층의 형성은, 단계(S3a)와 동일한 방법 및 성분으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 단계(S3d)는, 단계(S2d)에서 형성된 질화물층, 예를 들어, Si3N4에 의해 알루미늄과의 젖음성이 높아지고, 탄화규소 타일과 알루미늄의 안정적인 계면 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.
실시예 1
10*10*5㎣ 크기 탄화규소 타일을 대기 분위기의 1200 ℃온도에서 3시간 동안 산화 처리하여 탄화 규소 타일의 전면에 250nm 두께의 산화물층을 형성하였다. 상기 산화물층 상에 액상가압공정 방법으로 알루미늄층이 형성된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제조하였다.
실시예 2
10*10*5㎣ 크기 탄화규소 타일을 대기 분위기의 1300 ℃온도에서 3시간 동안 산화 처리하여 탄화 규소 타일의 전면에 500nm 두께의 산화물층을 형성하였다. 상기 산화물층 상에 액상가압공정 방법으로 알루미늄층이 형성된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제조하였다.
실시예 3
10*10*5㎣ 크기 탄화규소 타일을 대기 분위기의 1400 ℃온도에서 3시간 동안 산화 처리하여 탄화 규소 타일의 전면에 700nm 두께의 산화물층을 형성하였다. 상기 산화물층 상에 액상가압공정 방법으로 알루미늄층이 형성된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제조하였다.
실시예 4
10*10*5㎣ 크기 탄화규소 타일에 38㎛크기의 규소 분말을 90초 동안 3회 반복 용사 코팅하여 탄화 규소 타일의 전면에 200㎛ 두께의 규소분말 코팅층을 형성하였다. 규소분말 코팅층 상에 액상가압공정 방법으로 알루미늄층이 형성된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제조하였다.
실시예 5
10*10*5㎣ 크기 탄화규소 타일에 38㎛의 규소 분말을 90초 동안 3회 반복 용사 코팅한 이후, 질소 분위기에서 1400℃ 온도 및 3시간 동안 질화 처리하여 탄화 규소 타일의 전면에 40㎛두께의 Si3N4층을 형성하였다. Si3N4층 상에 액상가압공정 방법으로 알루미늄층이 형성된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제조하였다.
실시예 6
10*10*5㎣ 크기 탄화규소 타일을 무전해 도금액의 90~100℃ 온도에서 15분 동안 도금하여 탄화 규소 타일의 전면에 1㎛ 두께의 니켈 도금층을 형성하였다. 니켈 도금층 상에 액상가압공정 방법으로 알루미늄층이 형성된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제조하였다.
비교예 1
표면이 개질 되지 않은 탄화 규소 타일의 전면에 액상가압공정 방법으로 알루미늄층이 형성된 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재를 제조하였다.
실험예 1
ASTM D7334-08의 표준 방법으로 이용하여 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 복합재의 젖음각을 측정하여 도 8에 나타내었다.
실험예 2
Push-out 계면강도 측정용 표준 방법으로 이용하여 실시예 1, 실시예 3 내지 6 및 비교예 1의 복합재의 결합 강도를 측정하여 도 9에 나타내었다.
도 8 및 도 9를 살펴보면, 본 발명의 방법에 의해 표면 개질된 탄화규소 타일로 제조된 실시예 1 내지 6의 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재는 비교예 1의 복합재 보다 접합층에서의 Al4C3의 생성을 억제 및 지연시킴으로써 젖음각이 증가되고, 계면 결합력이 월등하게 증가된 것을 확인할 수 있다. 특히 실시예 1 내지 3과 같이 SiO2 층을 접합층으로 형성시켰을 때 하이브리드 복합재의 계면 결합 강도가 가장 많이 증가된 것을 확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. 탄화규소 타일; 및
    상기 탄화규소 타일의 외부면의 적어도 일부분에 형성된 알루미늄 함유층;
    을 포함하고,
    상기 탄화규소 타일 및 알루미늄 함유층 사이에 접합층을 포함하는, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합층은,
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 산화처리하여 형성된 산화물층;
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 금속 무전해 도금하여 형성된 금속 도금층;
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 금속분말을 용사 코팅하여 형성된 금속분말 코팅층; 또는
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 형성된 금속분말 코팅층을 질화 처리하여 형성된 질화물층;
    을 포함하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산화물층은 SiO2을 포함하고,
    상기 금속 도금층은 니켈, 구리 또는 이 둘을 포함하며,
    상기 금속분말 코팅층은 규소 분말을 포함하고,
    상기 질화물층은 Si3N4를 포함하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접합층은 Al4C3-프리인 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재.
  5. 탄화규소 타일을 준비하는 단계;
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 표면 개질하는 단계; 및
    상기 탄화규소 타일의 표면 개질된 부분에 알루미늄 함유층을 형성하는 단계;
    를 포함하는,
    탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 산화시켜 SiO2를 포함하는 산화물층을 형성하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 금속 무전해 도금하여 금속 도금층을 형성하는 것이고
    상기 금속은, 니켈, 구리 또는 이 둘을 포함하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 규소분말을 용사 코팅하여 규소분말을 포함하는 금속분말 코팅층을 형성하는 것이고,
    상기 용사 코팅은 고속화염 용사 또는 플라즈마 용사에 의하여 수행하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 규소분말을 용사 코팅하여 규소분말 코팅층을 형성한 이후 상기 규소분말 코팅층을 질화 처리하여 Si3N4층을 포함하는 질화물층을 형성하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
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