KR20210095937A - Airgel-reinforced metal-based composite material and its manufacturing method and application - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법 및 그 제조 방법과 응용을 제공하는 바, 해당 복합재료의 제조 방법은, 에어로젤을 취득하는 단계와, 재료 기질로서 금속을 취득하는 단계와, 상기 에어로젤과 상기 금속을 혼합시켜 반응시키는 단계를 포함하되, 상기 에어로젤은 규소산화물, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄, 탄화규소를 포함한다. 본 발명은 에어로젤 보강 금속계 복합재료 및 그의 제조 방법에 대하여 깊은 연구를 진행하여, 일련의 에어로젤로 보강된 각 유형의 금속 재료를 취득하였으며, 원래의 금속 재료에 비하여 이러한 재료는 더욱 우수한 성능을 구비하여, 자동차, 항공우주, 전력 전자 등 분야의 각 유형의 수요를 만족시킨다.The present invention provides a method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material and a method and application for manufacturing the same, the method for manufacturing the composite material comprises the steps of: obtaining an airgel; obtaining a metal as a material substrate; Including the step of reacting by mixing the metal, the airgel includes silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide, silicon carbide. The present invention conducted a deep study on the airgel-reinforced metal-based composite material and its manufacturing method to obtain a series of airgel-reinforced metal materials of each type, and compared to the original metal materials, these materials have better performance, , automotive, aerospace, power electronics, etc. to satisfy each type of demand.
Description
본 발명은 금속 재료 및 그의 제조 기재 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 에어로젤 보강 금속계 복합재료 및 그의 제조 방법과 응용에 관한 것이다. The present invention relates to the field of a metal material and a substrate for manufacturing the same, and more particularly, to an airgel-reinforced metal-based composite material and a manufacturing method and application thereof.
구리 합금은 양호한 전기전도, 열전도성, 내부식과 내마모 성능으로 인하여, 집적회로, 교통, 우주비행, 항공, 선박 등 많은 분야의 공정 기계의 전기전도 열전도 부품, 브레이크 및 제동 장치로 사용되고 있다. 고온 하에서 사용되는 구리계 복합재료에 대한 해내외의 연구는 오래전부터 계속되었고, 이미 구리계 복합 산화물, 탄소화물, 붕소화물과 질소화물 등 산업과 시리즈 제품을 형성하였다. Copper alloys are used as electrically conductive and thermally conductive parts of process machinery, brakes and braking devices in many fields, such as integrated circuits, transportation, space flight, aviation, and ships, due to their good electrical conductivity, thermal conductivity, corrosion resistance and wear resistance performance. Research at home and abroad on copper-based composite materials used under high temperature has been ongoing for a long time, and has already formed a series of products with copper-based composite oxides, carbides, borides and nitrides, etc.
설비가 고속, 고부하 방향으로 발전함에 따라, 구리계 마찰 재료의 내마모성과 내열성에 대하여 더욱 높은 요구를 제시하였다. 구리계 복합재료의 연구 결과에 의하면, 나노 Al2O3, 나노 ZrO2 등 나노 산화물을 분산 보강상(reinforcement phase)으로 하여 제조한 구리계 나노 복합재료는, 입자 보강 기재을 이용하여 부드럽고 질긴 Cu 기질 중에 분산 분포되는 경질점을 형성하여 재료의 강도, 내마모성을 향상시키고, 아울러 구리 자체의 높은 열전도성을 유지하고, 고온 연화 저항 특성을 향상시킬 수 있어, 전기전도와 강도, 내마모 성능이 종합적으로 향상되는 효과를 이루고, 기타 보강 방법이 비할 수 없는 장점을 갖고 있다. 그러므로 나노 산화물 재료를 구리계 내마모 재료에 응용시키는 것은, 내마모 재료의 마찰 성능을 개선시키기 위하여 새로운 도경을 제공하였다. As equipment develops in the direction of high speed and high load, higher demands are placed on the wear resistance and heat resistance of copper-based friction materials. According to the research results of copper-based composite materials , copper-based nanocomposites prepared by using nano-oxides such as nano Al 2 O 3 , nano ZrO 2 as a dispersion reinforcement phase are soft and tough Cu substrates using a particle-reinforced substrate. By forming a dispersed and distributed hard point in the middle, the strength and abrasion resistance of the material can be improved, and the high thermal conductivity of copper itself can be maintained, and the high temperature softening resistance can be improved. It achieves an improved effect and has advantages that other reinforcement methods cannot compare. Therefore, the application of nano-oxide materials to copper-based wear-resisting materials has provided a novel surface for improving the friction performance of wear-resistant materials.
해내외 자료에 의하면, 현재 상대적으로 많은 연구를 기울이고 있는 것은 Cu/Al2O3 복합재료이다. 나노 SiO2(n-SiO2)는 그 특수한 구조 및 중량이 가볍고 내마모, 내고온, 내부식 및 열팽창 계수가 작은 등 특성으로 인하여, 그 열전도, 전기전도 성능이 다소 낮아지기는 하였지만, 여전히 상대적으로 높은 수준을 유지하고, 그 가격은 단지 나도 Al2O3의 절반이다. 그러나, n-SiO2이 아주 쉽게 뭉치고, 구리 기질 중에서 균일하게 분산되기 어렵기 때문에, 제조된 SiO2 보강 구리계 복합재료 성능이 Cu/Al2O3 복합재료 성능에 비하여 우세가 없기 때문에, n-SiO2을 보강상으로 하여 구리 기질에 사용하는 연구는 아직 많지 않다. According to domestic and foreign data, the Cu/Al 2 O 3 composite material is currently receiving a lot of research. Nano SiO 2 (n-SiO 2 ) Due to its special structure and light weight and characteristics such as abrasion resistance, high temperature resistance, corrosion resistance and small coefficient of thermal expansion, although its thermal and electrical conductivity performance is somewhat lowered, it is still relatively Keep it high, and the price is only half of Al 2 O 3 for me. However, since n-SiO 2 aggregates very easily and is difficult to be uniformly dispersed in the copper substrate, the performance of the prepared SiO 2 reinforced copper-based composite material is not superior to that of the Cu/Al 2 O 3 composite material, n There are not many studies using -SiO 2 as a reinforcing phase for copper substrates.
근년래, 구리계 복합재료는 내마모 부품으로서 날로 많이 각 분야에 응용되고 있다. 그러므로, 고온 환경 하에 사용하는 상대적으로 높은 강도, 높은 내마모성, 낮은 원가의 구리계 이산화규소 복합재료를 연구 개발하여, 이를 항공 우주, 자동차 등 분야의 고온 환경용 제동 부품의 제조에 응용하는 것은, 제품 품질 및 설비 사용 수명 향상 등에 대하여 모두 큰 의미를 구비한다. In recent years, copper-based composite materials are increasingly applied in various fields as wear-resistant parts. Therefore, research and development of a copper-based silicon dioxide composite material with relatively high strength, high wear resistance, and low cost used in a high-temperature environment, and applying it to the manufacture of braking parts for high-temperature environments in aerospace and automobile fields, is a product, All of them have great meanings in terms of quality and improvement of the service life of equipment.
국민 경제의 빠른 발전에 따라, 자동차, 항공 우주, 전력 전자 등 분야에서, 경질 고강도 구조 재료, 전기전도 열전도 재료에 대한 수요가 날로 증가하고 있다. 알루미늄 합금은 밀도가 작고 비강도가 높으며 전기전도 열전도 성능이 우수한 장점을 갖고 있고, 경질 구조 재료와 와이어 및 케이블, 히트 싱크 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 구비한다. 하지만 알루미늄 재료의 응용 과정에 일부 결함이 존재하는 바, 예를 들면 알루미늄 재료의 강도가 모자라는 것이며, 전통적인 강심 알루미늄 연선은 케이블의 강도를 확보하기는 하였지만, 중량이 크고 에너지 소모가 큰 문제가 존재하여, 에너지를 절약하고 오염물질 배출을 저감하는데 불리하다. With the rapid development of the national economy, the demand for rigid and high-strength structural materials and electrically conductive and thermally conductive materials is increasing day by day in fields such as automobiles, aerospace, power electronics, and the like. Aluminum alloy has the advantages of low density, high specific strength, and excellent electrical and heat conduction performance, and has wide application prospects in the fields of rigid structural materials, wires and cables, and heat sinks. However, there are some flaws in the application process of aluminum materials, for example, the strength of the aluminum material is insufficient. Therefore, it is disadvantageous in saving energy and reducing pollutant emission.
합금 성분 설계, 가공 방식 및 차후의 열처리 기재을 통해, 합리적으로 합금의 성능을 제어할 수 있다. 일반적인 상황 하에서, 합금 원소를 추가하는 것을 통해, 알루미늄 합금 강도를 향상시킴과 아울러 합금의 전기전도율을 낮추는 바, 동시에 합금의 강도와 전기전도율을 겸하여 고려할 수 없어, 전력 전송 시 에너지의 손실을 증가시킨다. 예를 들면, 특허 CN108559886A에서 알루미늄 합금 로드 재료 생산 과정 중의 공정 파라미터를 제어하는 것을 통해, 그리고 차후의 인라인 정상파 퀀칭을 통해, 동시에 압출 로드 재료의 강도와 전기전도 성능을 향상시킨다. 하지만 그 제조 과정이 복잡하고, 그 전기전도 성능 향상 정도가 크지 않으며, 로드 재료의 전기전도율이 50%IACS 이하이다. 또 예를 들면, 특허 CN108546850A에서 멜팅-캐스팅과 열간 압연 공정을 사용하여 제조한 알루미늄 합금 판재는 상대적으로 고 전기전도율을 갖고, 생산 과정이 짧고 효율이 높은 등 장점을 갖고 있지만, 그 역학 성능이 상대적으로 열악하고, 동시에 합금의 강도와 전기전도율을 겸하여 고려하지 못하였다. 또 예를 들면, CN103952605B, CN108570634A, CN102758107A 등 특허가 있다. Through alloy component design, processing method, and subsequent heat treatment substrate, the performance of the alloy can be reasonably controlled. Under normal circumstances, by adding an alloying element, the aluminum alloy strength is improved and the electrical conductivity of the alloy is lowered. . For example, in the patent CN108559886A, through controlling the process parameters during the production of aluminum alloy rod material, and through the subsequent inline standing wave quenching, simultaneously improve the strength and electrical conductivity of the extruded rod material. However, the manufacturing process is complicated, the degree of improvement of the electrical conductivity performance is not large, and the electrical conductivity of the rod material is 50% IACS or less. Also, for example, in patent CN108546850A, the aluminum alloy sheet manufactured using the melting-casting and hot rolling process has a relatively high electrical conductivity, short production process, high efficiency, etc. is poor, and at the same time, the strength and electrical conductivity of the alloy were not considered. Also, for example, there are patents such as CN103952605B, CN108570634A, and CN102758107A.
알루미늄 합금에 SiC, AlN, SiO2 등 마이크론, 서브 마이크론 또는 나노 보강상 입자를 추가하는 것을 통해, 합금의 역학 성능을 현저히 향상시킬 수 있고, 아울러 그 전기전도율이 상대적으로 높은 수준을 유지하게 할 수 있다. 예를 들면, 특허 CN101956113B에서 항공우주용 구조 재료의 제조 방법을 제공하는 바, 입방정계 α-탄화규소(SiCp)를 보강 재료로 하여, 무화 제분, 고에너지 볼밀 + 진공 열간 압연의 방법을 통해 Al-Bi를 매트릭스로 하는 복합재료를 제조하여, 보강상의 전기전도성, 열전도성이 상대적으로 좋고, 열팽창 계수가 작은 등 장점을 충분하게 발휘하고, 아울러 효과적으로 기질의 강도와 전기전도성을 개선하여, 알루미늄 합금의 역학 성능과 전기학 성능이 양호하게 매칭되도록 하였다. 이러한 유형의 발명 특허에는 또한 CN103526253B, CN104451475B, CN105734322B, CN106244893B, CN108677052A 등이 있다. By adding micron, sub-micron, or nano-reinforced phase particles such as SiC, AlN, SiO 2 to the aluminum alloy, the mechanical performance of the alloy can be significantly improved, and its electrical conductivity can be maintained at a relatively high level. there is. For example, patent CN101956113B provides a method for manufacturing a structural material for aerospace use, using cubic α-silicon carbide (SiCp) as a reinforcing material, and Al through the method of atomization milling, high energy ball mill + vacuum hot rolling - By producing a composite material using Bi as a matrix, the electrical and thermal conductivity of the reinforcing phase is relatively good, the thermal expansion coefficient is small, etc. The mechanical performance and the electrical performance were matched well. Invention patents of this type also include CN103526253B, CN104451475B, CN105734322B, CN106244893B, CN108677052A, and the like.
상기 알루미늄 합금에 사용한 보강상 입자에 비하여, 에어로젤 재료는 특수한 마이크로 나노 공극 구조를 갖고 있어, 아주 낮은 밀도, 고강도, 내고온, 열팽창 계수가 작고 내부식 등 우수한 성능을 갖고 있다. 알루미늄 및 알루미늄 재료에 에어로젤 재료를 추가하여 제조하여 취득한 알루미늄이기 복합재료는 낮은 밀도, 가공도의 특성을 갖고 있을 뿐 아니라, 양호한 전기전도, 열전도 등 특성을 갖질 수 있어, 자동차, 항공우주, 전력 전자 등 분야의 고성능 결정 알루미늄 재료에 대한 응용 요구를 만족시킬 수 있다. Compared to the reinforcing particles used in the aluminum alloy, the airgel material has a special micro-nano pore structure, and has excellent performance such as very low density, high strength, high temperature resistance, low coefficient of thermal expansion, and corrosion resistance. The aluminum composite material obtained by adding airgel material to aluminum and aluminum materials not only has characteristics of low density and workability, but also has good electrical and heat conduction properties, such as automobiles, aerospace, power electronics, etc. It can satisfy the application requirements for high-performance crystalline aluminum material in the fields of
순 구리는 비록 양호한 전기전도, 열전도 성능을 갖고 있기는 그러나, 그 강도가 낮고 내마모성이 열악하며, 고온 하에서 쉽게 연화 변형되기 때문에, 많은 상황의 응용에서 제한을 받는다. 일정한 공정을 거쳐, 구리 기질에 고 용융점, 내마모와 내부식의 제2상 입자를 추가하여 제조한 복합재료는 구리 자체의 우수한 전기전도, 열전도 성능을 유지할 뿐 아니라, 합금의 역학 성능과 내마찰 마모 성능을 향상시킬 수 있다. Although pure copper has good electrical and heat conduction performance, its low strength, poor wear resistance, and easy softening and deformation under high temperature, it is limited in application in many situations. Through a certain process, the composite material manufactured by adding high melting point, wear and corrosion resistance second-phase particles to the copper substrate not only maintains the excellent electrical and thermal conductivity of copper itself, but also the mechanical performance and friction resistance of the alloy. It can improve wear performance.
소위 말하는 제2상 입자 보강 구리계 복합재료는 바로 필요한 제2상 입자를 분산시켜 균일하게 구리 기질 중에 분포되도록 하여, 구리 기질 복합재료의 종합 성능이 개선되도록 한 것이다. 그리고 제2상 입자는 단지 기질의 아주 작은 부피율을 차지하기 때문에, 구리 기질 고유의 물리 화학 성질에 영향을 미치지 않아, 재료의 전기전도성, 열전도성이 현저히 낮아지지 않는다. 제2상 입자 보강 구리 기질 복합재료의 역학 성능과 전기전도 열전도 성능은 주요하게 구리 기질과 제2상 입자의 성능, 및 제2상 입자와 기질 간의 임계 관계에 의하여 결정된다. 제2상 입자 보강 구리 기질 복합재료의 제조 원가가 상대적으로 저렴하고, 등방성, 종합 성능이 우수한 등으로 인하여, 현재 구리 기질 복합재료의 연구 중점이 되었다. 현재 제2상 입자 보강 구리 합금 복합 산화물, 탄소화물, 붕소화물과 질소화물 등 산업화 시리즈 제품은 이미 널리 항공, 우주비행, 전자와 전력 등 분야에 사용되고 있다. The so-called second-phase particle-reinforced copper-based composite material is to disperse the necessary second-phase particles to be uniformly distributed in the copper matrix, so that the overall performance of the copper matrix composite material is improved. And since the second-phase particles only occupy a very small volume fraction of the substrate, they do not affect the intrinsic physical and chemical properties of the copper substrate, so that the electrical conductivity and thermal conductivity of the material are not significantly lowered. The mechanical performance and electrical conductivity and heat conduction performance of the second-phase particle-reinforced copper matrix composite material are mainly determined by the performance of the copper matrix and the second-phase particles, and the critical relationship between the second-phase particles and the matrix. Due to the relatively low manufacturing cost of the second-phase particle-reinforced copper matrix composite material, and excellent isotropy and overall performance, it has become the focus of current research on copper matrix composite materials. At present, the second-phase grain-reinforced copper alloy composite oxide, carbide, boride and nitride, etc. industrial series products are already widely used in aviation, space flight, electronics and power and other fields.
에어로젤은 저밀도, 높은 공극율의 재료로서, 공기 중에서 부유 현상이 존재하고, 그 열전도율은 최저로 0.012W/(m·k)까지 달할 수 있으며, 현재 공인하는 열전도율이 가장 낮은 고체 재료이다. 에어로젤의 종류는 아주 많은 바, 현재 가장 널리 연구 및 응용되는 것은 이산화규소 에어로젤이다. 이산화규소 에어로젤은 또한 “블루 스모크”라 불리고, 현재 세계에서 가장 가벼운 고체이며, 이는 구조가 제어가능하고, 콜로이드 입자 또는 고 중합체 분자가 상호 크로스 링크되어 구성되는 공간 네트워크 구조를 가지는 경질 나노 다공성 비결정 고체 재료로서, 그 밀도 범위는 0.003 내지 0.2g/cm3이고, 비표면적은 높아 800m2/g에 달하며, 공극율이 80 내지 99.8%이고, 아주 낮은 열전도율을 가지며, 보온 단열, 광 가이드, 유전체, 촉매 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 가진다. 이산화규소 에어로젤의 상기 특성을 감안하여, 마이크론 입자상의 이산화규소 에어로젤을 보강상으로 구리 기질에 추가하여, 성능이 특이한 복합재료를 취득한다. 현재, 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재료 관련 제조 공정은 보도된 적이 없다. Airgel is a low-density, high-porosity material, floating in the air, and its thermal conductivity can reach as low as 0.012W/(m·k), and it is a solid material with the lowest currently recognized thermal conductivity. There are many types of airgel, and silicon dioxide airgel is currently the most widely studied and applied. Silicon dioxide airgel, also called "blue smoke", is currently the lightest solid in the world, it is a rigid nanoporous amorphous solid with a controllable structure and a spatial network structure composed of colloidal particles or high polymer molecules crosslinked to each other. As a material, the density range is 0.003 to 0.2 g/cm3, the specific surface area is high, reaching 800 m2/g, the porosity is 80 to 99.8%, and has very low thermal conductivity, and is used in the fields of thermal insulation, light guide, dielectric, catalyst, etc. has wide application prospects in In view of the above properties of silicon dioxide airgel, micron particle silicon dioxide airgel is added to the copper substrate as a reinforcing phase to obtain a composite material with unique performance. Currently, no manufacturing process for silicon dioxide airgel-reinforced copper composites has been reported.
산업 순 알루미늄은 양호한 전기전도 열전도 성능을 가지지만, 강도, 경도가 낮고, 그 사용 범위가 심각하게 제한받고 있다. 일정한 공정을 거쳐, 순 알루미늄에 고 용융점, 내마모와 내부식의 제2상 입자(예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 망간, 규소 등 원소)을 추가하여 제조한 복합재료는 알루미늄 자체의 우수한 강도, 경도 등 성능을 유지할 뿐 아니라, 아울러 또한 알루미늄 합금의 전기전도 열전도 성능을 현저히 낮추었다. Industrial pure aluminum has good electrical and heat conduction performance, but has low strength and hardness, and its range of use is severely limited. Composite materials manufactured by adding second-phase particles (e.g., elements such as aluminum, magnesium, zinc, manganese, silicon, etc.) with high melting point, abrasion resistance and corrosion resistance to pure aluminum through a certain process have the excellent strength of aluminum itself. In addition to maintaining the performance such as , hardness, etc., it also significantly lowered the electrical and heat conductive performance of the aluminum alloy.
순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중에 제2상 입자를 추가시켜, 분산 강화의 방식을 통해 알루미늄계 복합재료를 취득하며, 소위 말하는 제2상 입자 보강 알루미늄계 복합재료는 바로 필요한 제2상 입자를 분산시켜 균일하게 알루미늄 기질 중에 분포되도록 하여, 알루미늄 기질 복합재료의 종합 성능이 개선되도록 한 것이다. 그리고 제2상 입자는 단지 알루미늄 기질의 아주 작은 부피율을 차지하기 때문에, 알루미늄 기질 고유의 물리 화학 성질에 영향을 미치지 않아, 재료의 전기전도성, 열전도성이 현저히 낮아지지 않는다. 제2상 입자 보강 알루미늄 기질 복합재료의 역학 성능과 전기전도 열전도 성능은 주요하게 알루미늄 기질과 제2상 입자의 성능, 및 제2상 입자와 기질 간의 임계 관계에 의하여 결정된다. 제2상 입자 보강 알루미늄 기질 복합재료의 제조 원가가 상대적으로 저렴하고, 등방성, 종합 성능이 우수한 등으로 인하여, 현재 알루미늄 기질 복합재료의 연구 중점이 되었다. 현재 제2상 입자 보강 알루미늄 합금 복합 산화물, 탄소화물, 붕소화물과 질소화물 등 산업화 시리즈 제품은 이미 널리 항공, 우주비행, 전자와 전력 등 분야에 사용되고 있다. By adding second-phase particles to pure aluminum or aluminum alloy, an aluminum-based composite material is obtained through the method of dispersion strengthening. to be distributed in the aluminum substrate, so that the overall performance of the aluminum substrate composite material is improved. And since the second-phase particles only occupy a very small volume fraction of the aluminum substrate, they do not affect the intrinsic physical and chemical properties of the aluminum substrate, so that the electrical conductivity and thermal conductivity of the material are not significantly lowered. The mechanical performance and electrical conductivity and heat conduction performance of the second-phase particle-reinforced aluminum matrix composite are mainly determined by the performance of the aluminum matrix and the second-phase particles, and the critical relationship between the second-phase particles and the matrix. Due to the relatively low manufacturing cost of the second-phase particle-reinforced aluminum matrix composite material, and excellent isotropy and overall performance, it has become the focus of current research on aluminum matrix composite materials. At present, the two-phase grain-reinforced aluminum alloy composite oxide, carbide, boride and nitride, etc. industrial series products are already widely used in aviation, space flight, electronics and power and other fields.
에어로젤은 저밀도, 높은 공극율의 재료로서, 그 열전도율은 최저로 0.012W/(m·k)까지 달할 수 있으며, 현재 공인하는 열전도율이 가장 낮은 고체 재료이다. 에어로젤의 종류는 아주 많은 바, 현재 연구 및 응용되는 탄화규소는 현재 세계에서 가장 가벼운 고체 중의 하나이고, 이는 구조가 제어가능하고, 콜로이드 입자 또는 고 중합체 분자가 상호 크로스 링크되어 구성되는 공간 네트워크 구조를 가지는 경질 나노 다공성 비결정 고체 재료로서, 탄화규소 에어로젤 중의 탄화규소 나노선은 벌크 재료의 내고온, 항산화, 내부식, 고강도, 고탄성, 고경도 등 우수한 성능을 가질 뿐 아니라, 그 특수한 형태로 인하여 아주 강한 역학 성능, 우수한 전계 방출 성능, 특수한 광발광 성능, 광촉매 성능 등을 가지며, 보온 단열, 광 가이드, 유전체, 촉매 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 가진다. 탄화규소 에어로젤의 상기 특성을 감안하여, 마이크론 입자상의 탄화규소 에어로젤을 보강상으로 알루미늄 기질에 추가하여, 성능이 특이한 복합재료를 취득한다. 현재, 탄화규소 에어로젤 보강 알루미늄 복합재료 관련 제조 공정은 보도된 적이 없다. Airgel is a low-density, high-porosity material, and its thermal conductivity can reach as low as 0.012W/(m·k), and it is a solid material with the lowest thermal conductivity currently recognized. There are many types of airgels, and silicon carbide currently studied and applied is one of the lightest solids in the world at present, which has a controllable structure and a spatial network structure composed of colloidal particles or high polymer molecules cross-linked to each other. As a hard nanoporous amorphous solid material, silicon carbide nanowires in silicon carbide airgel not only have excellent performance such as high temperature resistance, antioxidation, corrosion resistance, high strength, high elasticity and high hardness of bulk materials, but also very strong due to their special shape. It has mechanical performance, excellent field emission performance, special photoluminescence performance, photocatalytic performance, etc., and has wide application prospects in the fields of thermal insulation, light guide, dielectric, and catalyst. In view of the above characteristics of silicon carbide airgel, micron-grained silicon carbide airgel is added to an aluminum substrate as a reinforcing phase to obtain a composite material with unique performance. Currently, the manufacturing process for silicon carbide airgel-reinforced aluminum composites has not been reported.
산업 순 알루미늄은 양호한 전기전도 열전도 성능을 가지지만, 강도, 경도가 낮고, 그 사용 범위가 심각하게 제한받고 있다. 순 알루미늄에 구리, 마그네슘, 아연, 망간, 규소 등 원소를 추가된 후 효과적으로 합금의 강도, 경도 등 성능을 향상시킬 수 있고, 각종의 번호의 알루미늄 합금을 취득하며, 하지만 아울러 현저히 알루미늄 합금의 전기전도 열전도 성능을 낮추는 바, 예를 들면, 7시리즈의 고강도 알루미늄 합금의 전기전도율은 단지 30-40%IACS로서, 단지 순 알루미늄 전도율의 약 50%이다. Industrial pure aluminum has good electrical and heat conduction performance, but has low strength and hardness, and its range of use is severely limited. After adding elements such as copper, magnesium, zinc, manganese, silicon, etc. to pure aluminum, it can effectively improve the performance such as strength and hardness of the alloy, and obtain aluminum alloys of various numbers, but also significantly improve the electrical conductivity of aluminum alloys Lowering the heat conduction performance, for example, the electrical conductivity of the high-strength aluminum alloy of the 7 series is only 30-40% IACS, which is only about 50% of the pure aluminum conductivity.
3C, 전력 전자, 항공우주 등 고신기재 산업의 빠른 발전에 따라, 특히 초소형 전자 공학 업계의 발전에 따라, 경질, 높은 열전도, 고 전기전도 재료에 대한 수요가 날로 절박해지고 있고, 저밀도, 고강도와 고 전기전도율을 구비하는 알루미늄기 재료는 광범위한 응용 전망을 구비한다. With the rapid development of high-tech materials industries such as 3C, power electronics, and aerospace, especially with the development of the microelectronics industry, the demand for hard, high thermal conductivity and high electrical conductivity materials is increasing day by day. Aluminum-based materials with electrical conductivity have wide application prospects.
전통적인 고강도 고전도 알루미늄 합금 재료는 합금 요소 추가, 성분 설계, 열처리, 소성 가동 등 기재을 통해 구현하였다. 고용체 강화, 결정입계 강화 등 방식을 통하면 비록 알루미늄 합금의 강도와 전기전도율을 향상시킬 수 있지만, 향상 정도가 제한적이다. 가공 경과는 비록 현저히 알루미늄 합금 재료의 강도를 향상시킬 수 있기는 그러나, 그 전기전도율에 대한 영향이 아주 크다. 요약하면, 상기 방법은 알루미늄 합금 강도를 향상시킴과 아울러 합금의 전기전도율을 낮추는 바, 동시에 합금의 강도와 전기전도율을 겸하여 고려기 어렵다. 예를 들면, 특허 CN108559886A에서 알루미늄 합금 로드 재료 생산 과정 중의 공정 파라미터를 제어하는 것을 통해, 그리고 차후의 인라인 정상파 퀀칭을 통해, 동시에 압출 로드 재료의 강도와 전기전도 성능을 향상시킨다. 하지만 그 제조 과정이 복잡하고, 그 전기전도 성능 향상 정도가 크지 않으며, 로드 재료의 전기전도율이 50%IACS 이하이다. The traditional high-strength, high-conductivity aluminum alloy material was implemented through the base material, such as addition of alloy elements, component design, heat treatment, and plastic operation. Although the strength and electrical conductivity of the aluminum alloy can be improved through methods such as solid solution strengthening and grain boundary strengthening, the degree of improvement is limited. Although processing progress can significantly improve the strength of an aluminum alloy material, it has a very large influence on its electrical conductivity. In summary, the method improves the strength of the aluminum alloy and lowers the electrical conductivity of the alloy, and it is difficult to consider both the strength and electrical conductivity of the alloy at the same time. For example, in the patent CN108559886A, through controlling the process parameters during the production of aluminum alloy rod material, and through the subsequent inline standing wave quenching, simultaneously improve the strength and electrical conductivity of the extruded rod material. However, the manufacturing process is complicated, the degree of improvement of the electrical conductivity performance is not large, and the electrical conductivity of the rod material is 50% IACS or less.
순 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 경질 입자를 추가시켜, 분산 강화의 방식을 통해 알루미늄이기 복합재료를 취득하는 것은, 알루미늄 재료의 강도를 향상시킴과 아울러, 그 전기전도 열전도 성능이 현저히 낮아지지 않게 확보할 수 있다. SiC, AlN 등 도자기 입자는 이미 관련 알루미늄계 복합재료에서 응용되었다. 예를 들면, 특허 CN101956113B에서 SiC 입자 보강 알루미늄계 복합재료의 제조 방법을 제공하는 바, 무화 제분, 고 에너지 볼 밀링 + 진공 열간 압연의 방법을 통해 Al-Bi를 매트릭스로 하는 복합재료를 제조하여, 알루미늄 합금의 역학 성능과 전기학 성능이 양호하게 매칭되도록 하였으나, 제조 공정이 복잡한 등 결함이 존재한다. Obtaining an aluminum composite material through dispersion strengthening by adding hard particles to pure aluminum or aluminum alloy improves the strength of the aluminum material and ensures that its electrical and heat conduction performance is not significantly lowered. there is. Porcelain particles such as SiC and AlN have already been applied in related aluminum-based composite materials. For example, Patent CN101956113B provides a method for manufacturing a SiC particle-reinforced aluminum-based composite material, wherein a composite material containing Al-Bi as a matrix is manufactured through a method of atomization milling, high-energy ball milling + vacuum hot rolling, Although the mechanical performance and electrical performance of the aluminum alloy were to be matched well, there are defects such as a complicated manufacturing process.
유의하여야 할 바로는, 분산 강화의 방식을 통해 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료를 취득할 때, 분산 강화로서의 제2상의 성질은 최종적으로 취득하는 알루미늄계 복합재료의 성능에 현저한 영향을 미친다. 전통적인 보강상 입자에 비하여, 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄과 산화티타늄 등 에어로젤 재료는 특수한 마이크로 나노 공극 구조를 갖고 있어, 아주 낮은 밀도, 고강도, 내고온, 열팽창 계수가 작고 내부식 등 우수한 성능을 갖고 있다. 알루미늄 및 알루미늄 재료에 에어로젤 재료를 추가하여 제조하여 취득한 알루미늄이기 복합재료는 낮은 밀도, 가공도의 특성을 갖고 있을 뿐 아니라, 양호한 전기전도, 열전도 등 특성을 갖질 수 있어, 자동차, 항공우주, 전력 전자 등 분야의 고성능 결정 알루미늄 재료에 대한 응용 요구를 만족시킬 수 있다. It should be noted that when obtaining a high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material through the method of dispersion strengthening, the property of the second phase as dispersion strengthening significantly affects the performance of the finally obtained aluminum-based composite material. Compared to traditional reinforcing particles, airgel materials such as silicon oxide, aluminum oxide, zirconium oxide and titanium oxide have a special micro-nano pore structure, so they have very low density, high strength, high temperature, low coefficient of thermal expansion, and excellent performance such as corrosion resistance. have it The aluminum composite material obtained by adding airgel material to aluminum and aluminum materials not only has characteristics of low density and workability, but also has good electrical and heat conduction properties, such as automobiles, aerospace, power electronics, etc. It can satisfy the application requirements for high-performance crystalline aluminum material in the fields of
위의 내용을 통해 알 수 있는 바와 같이, 에어로젤이 각종의 유형 금속 재료를 보강하는 연구는 아직 흔하지 않고, 에어로젤을 이용하여 금속의 성질을 개선하는 방법과 취득한 신재료는 자동차, 항공우주, 전력 전자 등 분야의 각종의 수요를 만족시킬 수 있다. 에어로젤 보강 금속계 복합재료 및 그의 제조 방법에 대하여 연구를 진행할 필요가 있다. As can be seen from the above, studies on the reinforcement of various types of metal materials by airgel are not yet common. It can satisfy various demands in various fields. It is necessary to conduct research on an airgel-reinforced metal-based composite material and a method for manufacturing the same.
본 발명은 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법을 제공하며, 해당 방법은, 에어로젤을 취득하는 단계와, 재료 기질로서 금속을 취득하는 단계와, 상기 에어로젤과 상기 금속을 혼합시켜 반응시키는 단계를 포함하되, 상기 에어로젤은 규소산화물, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄, 탄화규소를 포함한다. The present invention provides a method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, the method comprising: obtaining an airgel; obtaining a metal as a material substrate; and mixing the airgel and the metal to react , The airgel includes silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide, and silicon carbide.
나아가, 상기 혼합 반응 과정은 200 내지 1350℃에서 진행된다. Furthermore, the mixing reaction process is carried out at 200 to 1350 °C.
선택적으로, 본 발명의 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법은, 에어로젤을 취득하는 단계와, 금속을 취득하는 단계와, 상기 에어로젤과 상기 금속을 혼합시킨 후 프레싱을 진행하는 단계를 포함하되, 프레싱된 산물은 소결, 정련을 진행되거나, 또는 몰드에서 열 압출된다. Optionally, the method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material of the present invention includes the steps of obtaining an airgel, obtaining a metal, and mixing the airgel and the metal and then performing pressing, The product is sintered, refined, or thermally extruded in a mold.
구체적으로, 상기 금속은 금속 단체, 금속 합금 또는 금속을 함유하는 염을 포함한다. Specifically, the metal includes a single metal, a metal alloy, or a salt containing a metal.
구체적으로, 상기 금속은 순 알루미늄, 변형 알루미늄 합금 또는 주조 알루미늄 합금을 포함한다. Specifically, the metal includes pure aluminum, a deformed aluminum alloy or a cast aluminum alloy.
구체적으로, 상기 변형 알루미늄 합금 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈 변형 알루미늄 합금이며, 상기 주조 알루미늄 합금 기질 성분은 ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX 또는 ZL4XX 시리즈 주조 알루미늄 합금이다. Specifically, the modified aluminum alloy matrix component is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series modified aluminum alloy, and the cast aluminum alloy matrix component is ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX or ZL4XX series It is a cast aluminum alloy.
나아가, 상기 에어로젤은 규소산화물로부터 선택된다. Further, the airgel is selected from silicon oxide.
선택적으로, 본 발명의 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법은, 나노 이산화규소 에어로젤 및 마이크론 이산화규소 에어로젤이 포함하는 규소산화물 에어로젤을 취득하는 단계와, 재료 기질로서 금속 구리를 취득하고, 금속 아연을 취득하는 단계와, 상기 구리와 상기 이산화규소 에어로젤을 연마한 후 상기 아연 및 마이크론 이산화규소 에어로젤과 혼합시키고, 프레싱하여 단광을 취득하는 단계와, 상기 단광을 소결하는 단계를 포함한다. Optionally, the method for producing an airgel-reinforced metal-based composite material of the present invention comprises the steps of: obtaining a silicon oxide airgel comprising nano silicon dioxide airgel and micron silicon dioxide airgel; obtaining metallic copper as a material substrate; obtaining metallic zinc; and grinding the copper and the silicon dioxide airgel, then mixing it with the zinc and micron silicon dioxide airgel, and pressing to obtain a briquette, and sintering the briquette.
구체적으로, 상기 방법은, 배합 비율에 따라 분말을 취하여, 구리와 나노 이산화규소 혼합 분말을 사전에 유성형 고에너지 볼밀에서 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 함께 V형 혼합기에 넣고 균일하게 혼합시키며, 이어서 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4 내지 5g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 마지막으로 단광을 벨형 노에서 소결하는 단계를 포함한다. Specifically, in the method, the powder is taken according to the mixing ratio, the copper and nano silicon dioxide mixed powder is ball milled in advance in a planetary high energy ball mill, and then put into a V-type mixer together with other raw materials and uniformly mixed, then Pressing the powder into briquettes having a density of 4 to 5 g/cm 3 in a steel mold, and finally sintering the briquettes in a bell-shaped furnace.
나아가, 전해 구리, 무화 아연 분말, 마이크론 이산화규소와 나노 이산화규소를 원료로 한다. Furthermore, electrolytic copper, zinc atomization powder, micron silicon dioxide and nano silicon dioxide are used as raw materials.
나아가, 전해 구리 분말 평균 입도≤74㎛이고, 순도≥99.9wt%이며, 무화 아연 분말의 평균 입도는 40 내지 50㎛이고, 순도≥98wt%이며, 마이크론 SiO2 평균 입도는 40 내지 50㎛이고, 수분 함량≤1wt%이며, 나노 SiO2 평균 입도는 20 내지 40nm이다. Further, the average particle size of the electrolytic copper powder is ≤ 74 μm, the purity is ≥ 99.9wt%, the average particle size of the zinc atomization powder is 40 to 50 μm, the purity is ≥ 98 wt%, and the micron SiO 2 average particle size is 40 to 50 μm, Water content ≤ 1wt%, nano SiO 2 The average particle size is 20 to 40 nm.
나아가, 고에너지 볼밀에서 볼밀링 시간은 2 내지 4h이고, V형 혼합기에서 혼합 시간은 3 내지 5h이다. Furthermore, in the high energy ball mill, the ball milling time is 2 to 4 h, and in the V-type mixer, the mixing time is 3 to 5 h.
나아가, 단광을 벨형 노에서 소결할 때, 소결 압력은 1.0 내지 4.0MPa이고, 소결 온도는 800 내지 1000℃이며, 평균 온도 상승 속도는 4 내지 7℃/min이고, 소결 과정에서 수소 기체 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 20 내지 40min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. Further, when sintering briquettes in a bell-type furnace, the sintering pressure is 1.0 to 4.0 MPa, the sintering temperature is 800 to 1000 ° C, the average temperature rise rate is 4 to 7 ° C / min, and hydrogen gas reducing protective atmosphere during the sintering process is used, the sintering time is 20 to 40 min, and finally, it is cooled to room temperature under a protective atmosphere to prepare a finished product.
선택적으로, 본 발명의 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법은, 에어로젤을 취득하는 단계와, 재료 기질로서 알루미늄 분말을 취득하는 단계와, 상기 에어로젤과 상기 알루미늄 분말을 혼합시킨 후 프레싱하여 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득하는 단계와, 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말을 몰드에서 열 압출을 진행하는 단계를 포함한다. Optionally, the method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material of the present invention includes the steps of obtaining an airgel, obtaining an aluminum powder as a material substrate, mixing the airgel and the aluminum powder, and then pressing the block-shaped airgel and obtaining a mixed powder of aluminum powder, and thermally extruding the mixed powder of block-shaped airgel and aluminum powder in a mold.
구체적으로, 상기 방법은, Specifically, the method comprises:
1) 에어로젤 입자를 무수알코올에 투입시켜, 기계적 교반과 초음파 처리를 진행하여, 에어로젤 입자와 알코올의 혼합 슬러리를 취득하는 단계와, 다시 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말을 상기 혼합 슬러리에 추가시켜, 계속하여 기계적 교반과 초음파 처리를 진행하여, 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 취득하는 단계와, 1) Putting airgel particles into anhydrous alcohol, performing mechanical stirring and ultrasonic treatment to obtain a mixed slurry of airgel particles and alcohol, and again adding pure aluminum or aluminum alloy powder to the mixed slurry, continuously mechanical stirring and ultrasonic treatment to obtain a mixed slurry of airgel particles and aluminum powder;
2) 단계1)에서 취득한 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 용기에 넣고, 기계적 교반을 진행하며, 증류로 혼합 슬러리 중의 알코올을 제거하여 완전히 건조된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득하는 단계와, 2) Put the mixed slurry of airgel particles and aluminum powder obtained in step 1) in a container, proceed with mechanical stirring, and remove alcohol in the mixed slurry by distillation to obtain a completely dried mixed powder of airgel particles and aluminum powder Wow,
3) 단계2)에서 취득한 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 몰드에 넣고, 설정된 온도 하에서 핫 프레싱을 진행하여, 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득하는 단계와, 3) Putting the mixed powder of airgel particles and aluminum powder obtained in step 2) into a mold, and performing hot pressing under a set temperature to obtain a mixed powder of airgel and aluminum powder in block shape;
4) 단계3)에서 취득한 블럭 형상의 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 압출 몰드에 넣고, 설정된 온도와 압출 비율 하에서, 열 압출을 통해 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료를 취득하는 단계를 포함한다. 4) Put the mixed powder of the block-shaped airgel particles and aluminum powder obtained in step 3) into an extrusion mold, and under a set temperature and extrusion ratio, obtain an airgel-reinforced aluminum-based composite material through thermal extrusion.
나아가, 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말의 입도는 60 내지 325 메쉬이고, 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말 중의 불순물 함량≤0.5wt.%이다. Further, the particle size of the pure aluminum or aluminum alloy powder is 60 to 325 mesh, and the impurity content in the pure aluminum or aluminum alloy powder is ≤ 0.5 wt.%.
나아가, 단계1)에서, 초음파 전력은 100 내지 500W이고, 시간은 10 내지 60min이며, 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 교반 시간은 10 내지 120min이다. Further, in step 1), the ultrasonic power is 100 to 500 W, the time is 10 to 60 min, and the stirring time of the airgel particles and the aluminum powder is 10 to 120 min.
나아가, 단계2)에서, 알코올 제거 시 증류 온도는 60 내지 80℃이며, 단계3)에서, 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말의 핫 프레싱 온도는 200 내지 400℃이며, 단계4)에서, 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말의 열 압출의 온도는 200 내지 450℃이고, 압출 비율은 10:1 내지 25:1이다. Furthermore, in step 2), the distillation temperature when removing alcohol is 60 to 80 ° C. In step 3), the hot pressing temperature of the mixed powder of airgel and aluminum powder is 200 to 400 ° C., in step 4), the block shape The temperature of thermal extrusion of the mixed powder of airgel and aluminum powder is 200 to 450° C., and the extrusion ratio is 10:1 to 25:1.
선택적으로, 본 발명의 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법은, Optionally, the method for producing the airgel-reinforced metal-based composite material of the present invention,
1) 질량 비율에 따라 삼구 플라스크에 친수성 SiO2 에어로젤을 취하고, 탈이온수와 Cu(Ac)2·H2O를 추가시켜, 1 내지 25분 동안 초음파 분산을 진행하는 단계와, 1) Taking a hydrophilic SiO2 airgel in a three-necked flask according to the mass ratio, adding deionized water and Cu(Ac)2·H2O, and performing ultrasonic dispersion for 1 to 25 minutes;
2) 40℃에서 수욕을 진행하고, 기계적 교반 하에서 히드라진 수화물 수용액을 적하시키고, 1h 동안 적하가 완료되는 단계와, 2) performing a water bath at 40° C., adding an aqueous hydrazine hydrate solution dropwise under mechanical stirring, and completing the dropping for 1 h;
3) 반응 종료 후 원심 분리를 진행하고, 고체를 순차적으로 물, 알코올로 세척하며, 원심 분리시키고, 고체를 진공 건조시킨 후 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합 재료를 취득하는 단계를 포함한다. 3) After completion of the reaction, centrifugation is performed, the solid is sequentially washed with water and alcohol, centrifuged, and the solid is vacuum dried to obtain a silicon dioxide airgel-reinforced copper composite material.
나아가, 단계1)에서, 질량 비율에 따라 취한 친수성 SiO2 에어로젤은 0.5g이고, 추가된 탈이온수 량은 10 내지 50mL이며, 추가된 Cu(Ac)2·H2O 량은 10 내지 250mg이다. Furthermore, in step 1), the hydrophilic SiO 2 airgel taken according to the mass ratio is 0.5 g, the amount of deionized water added is 10 to 50 mL, and the amount of Cu(Ac) 2 ·H 2 O added is 10 to 250 mg.
나아가, 단계1)에서, 초음파 분산에 사용하는 초음파 처리기는 주파수 40-120kHz 하에서 초음파 분산 처리를 진행한다. Furthermore, in step 1), the ultrasonic processor used for ultrasonic dispersion performs ultrasonic dispersion processing under a frequency of 40-120 kHz.
나아가, 단계2)에서, 60 내지 130r/min 조건 하에서 60min 동안 교반을 진행하여 히드라진 수화물 수용액의 적하를 완료한다. Further, in step 2), stirring is carried out for 60 min under the conditions of 60 to 130 r/min to complete the dropping of the aqueous hydrazine hydrate solution.
나아가, 단계2)에서, 히드라진 수화물 수용액은 98% 히드라진 1수화물 또는 50% 히드라진 수화물이다. Further, in step 2), the aqueous solution of hydrazine hydrate is 98% hydrazine monohydrate or 50% hydrazine hydrate.
나아가, 단계3)에서, 물과 알코올로 세척하고 각각 3회 침지시키되, 매 회 10 내지 15분이다. Further, in step 3), washing with water and alcohol and immersion 3 times each, for 10 to 15 minutes each time.
선택적으로, 본 발명의 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법은, 탄화규소 에어로젤을 취득하는 단계와, 재료 기질로서 알루미늄 분말을 취득하는 단계와, 상기 에어로젤과 상기 알루미늄 분말을 혼합시킨 후 프레싱하여 블럭으로 제조하는 단계와, 진공 유도로 중의 알루미늄 액체에 도입시켜 정련시키며, 중간 합금 블럭이 융해된 후 스틸 캐스팅 몰드에서 사출 성형시키는 단계를 포함한다. Optionally, the method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material of the present invention includes the steps of obtaining silicon carbide airgel, obtaining aluminum powder as a material substrate, mixing the airgel and the aluminum powder and then pressing into blocks manufacturing, refining by introducing into aluminum liquid in a vacuum induction furnace, and injection molding in a steel casting mold after the intermediate alloy block is melted.
구체적으로, 상기 방법은, Specifically, the method comprises:
1) 배합 비율에 따라 취한 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 혼합시키고, 1) The aluminum powder and silicon carbide airgel taken according to the mixing ratio are mixed in a double cone high-efficiency raw material mixer,
이어서 균일하게 혼합된 분말을 몰드에 넣고 액압기에서 블럭으로 프레싱하는Then, the uniformly mixed powder is put into a mold and pressed into blocks in a hydraulic press.
중간 합금의 제조 단계와, an intermediate alloy manufacturing step;
2) 알루미늄-탄화규소 에어로젤 중간 합금 블럭을 진공 유도로 중의 알루미늄 액체에 도입시켜 1150 내지 1350℃의 정련 온도에서 정련시키며, 중간 합금 블럭이 융해된 후 스틸 캐스팅 몰드에서 사출 성형시키는2) An aluminum-silicon carbide airgel intermediate alloy block is introduced into the aluminum liquid in a vacuum induction furnace and refined at a refining temperature of 1150 to 1350 ° C. After the intermediate alloy block is melted, injection molding in a steel casting mold
복합 재료의 제조 단계를 포함한다. manufacturing the composite material.
나아가, 단계1)에서, 알루미늄 분말은 순 알루미늄 분말이다. Further, in step 1), the aluminum powder is pure aluminum powder.
나아가, 단계1)에서, 탄화규소 에어로젤의 입도 범위는 1 내지 30㎛이다. Furthermore, in step 1), the particle size range of the silicon carbide airgel is 1 to 30 μm.
나아가, 단계1)에서, 에어로젤의 중간 합금 중의 함량은 1 내지 15wt.%이다. Further, in step 1), the content of the airgel in the intermediate alloy is 1 to 15 wt.%.
나아가, 단계1)에서, 더블 콘 고효율 원료 혼합기의 분말 혼합 시간은 15 내지 45min이다. Further, in step 1), the powder mixing time of the double cone high-efficiency raw material mixer is 15 to 45 min.
나아가, 단계1)에서, 블럭으로 프레싱되는 것은 스틸 몰드에서 혼합 분말을 중간 합금 블럭으로 프레싱하는 것이다. Further, in step 1), the pressing into blocks is pressing the mixed powder into intermediate alloy blocks in a steel mold.
나아가, 순 알루미늄 분말의 평균 입도≤150㎛이고, 순 알루미늄 중의 불순물 함량≤0.1wt.%이다. Further, the average particle size of the pure aluminum powder is ≤ 150 µm, and the impurity content in the pure aluminum is ≤ 0.1 wt.%.
나아가, 마이크론 탄화규소 에어로젤의 평균 입도는 1 내지 30㎛이다. Furthermore, the average particle size of the micron silicon carbide airgel is 1 to 30 μm.
선택적으로, 본 발명의 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법은, Optionally, the method for producing the airgel-reinforced metal-based composite material of the present invention,
(1) 일정한 질량의 에어로젤 입자와 순 알루미늄 분말 또는 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜, 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득하는 단계와, (1) mixing a certain mass of airgel particles and pure aluminum powder or aluminum alloy powder to obtain an airgel/aluminum precursor;
(2) 단계(1)에서 취득한 전구체를 용융된 알루미늄 액체에 추가시켜, 에어로젤 입자가 알루미늄 융해액에서 균일하게 분포되도록 5 내지 30min 동안 기계적 교반을 진행하는 단계와, (2) adding the precursor obtained in step (1) to the molten aluminum liquid, and performing mechanical stirring for 5 to 30 min so that the airgel particles are uniformly distributed in the aluminum melt;
(3) 단계(2)에서 취득한 복합재료 융성물에 대하여 초음파 처리를 진행한 후, 금형 또는 사형에서 사출 성형을 진행하여, 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료를 취득하는 단계를 포함한다. (3) After ultrasonication is performed on the molten composite material obtained in step (2), injection molding is performed in a mold or sand sand to obtain a high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material.
나아가, 상기 순 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금 분말의 입도는 60 내지 325 메쉬이고, 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말 중의 불순물 함량≤0.5wt.%이다. Further, the particle size of the pure aluminum or aluminum alloy powder is 60 to 325 mesh, and the impurity content in the pure aluminum or aluminum alloy powder is ≤ 0.5 wt.%.
나아가, 단계(1)에서 취득한 에어로젤/알루미늄 전구체에서, 에어로젤의 함량은 1 내지 90wt.%이다. Further, in the airgel/aluminum precursor obtained in step (1), the content of the airgel is 1 to 90 wt.%.
나아가, 단계(2)에서 알루미늄 합금 융해액에 대하여 교반 처리를 진행할 때, 융성물의 온도 범위는 그의 액상선 이하 50℃ 내지 액상선 이상 100℃이다. Further, when the stirring treatment is performed on the aluminum alloy melt in step (2), the temperature range of the melt is 50° C. below its liquidus line to 100° C. above its liquidus line.
나아가, 단계(3)에서 복합재료 융성물에 대하여 초음파 처리를 진행할 때, 융성물 온도는 그의 액상선 이상 20 내지 100℃이고, 단위 중량 복합재료 융성물에 대응되는 초음파 전력은 100 내지 1000W/kg이며, 초음파 처리 시간은 5 내지 30min이다. Further, when the ultrasonic treatment is performed on the melted composite material in step (3), the temperature of the melt is 20 to 100° C. above its liquidus, and the ultrasonic power corresponding to the melted composite material by unit weight is 100 to 1000 W/kg and the ultrasonic treatment time is 5 to 30 min.
본 발명은 에어로젤 보강 금속계 복합재료를 더 제공하며, 상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 에어로젤과 금속이 포함되는 원료에 대해 혼합 반응을 진행하여 취득된 것이되, 상기 에어로젤은 규소산화물, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄, 탄화규소를 포함한다. The present invention further provides an airgel-reinforced metal-based composite material, wherein the airgel-reinforced metal-based composite material is obtained by performing a mixing reaction on a raw material containing airgel and metal, wherein the airgel is silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide or silicon carbide.
구체적으로, 상기 금속은 순 알루미늄, 변형 알루미늄 합금 또는 주조 알루미늄 합금을 포함한다. Specifically, the metal includes pure aluminum, a deformed aluminum alloy or a cast aluminum alloy.
구체적으로, 상기 변형 알루미늄 합금 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈 변형 알루미늄 합금이며, 상기 주조 알루미늄 합금 기질 성분은 ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX 또는 ZL4XX 시리즈 주조 알루미늄 합금이다. Specifically, the modified aluminum alloy matrix component is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series modified aluminum alloy, and the cast aluminum alloy matrix component is ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX or ZL4XX series It is a cast aluminum alloy.
나아가, 상기 에어로젤은 규소산화물로부터 선택된다. Further, the airgel is selected from silicon oxide.
선택적으로, 상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금이되, 질량백분율로 계산하면, 상기 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금은 아연 0.5% 내지 10%, 이산화규소 2% 내지 8%, 및 여분으로 구리를 포함한다. Optionally, the airgel-reinforced metal-based composite material is a copper-based airgel-reinforced copper alloy, when calculated as a mass percentage, the copper-based airgel-reinforced copper alloy is 0.5% to 10% zinc, 2% to 8% silicon dioxide, and copper in excess.
나아가, 질량백분율로 계산하면, 아연 1% 내지 5%, 이산화규소 3% 내지 6%, 및 여분으로 구리를 포함한다. Furthermore, it contains 1% to 5% of zinc, 3% to 6% of silicon dioxide, and an excess of copper, calculated as a percentage by mass.
나아가, 상기 재료는 불순물을 더 포함하되, 불순물의 질량백분율≤0.1%이다. Further, the material further contains impurities, and the mass percentage of impurities is ≤ 0.1%.
본 발명은 상기 구리계 에어로젤 향상형 구리 합금을 기반으로 제동 부품 제품의 제조에서의 응용을 더 제공한다. The present invention further provides an application in the manufacture of a braking component product based on the copper-based airgel-enhanced copper alloy.
선택적으로, 상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료로부터 선택된 것이고, 해당 복합재료의 기질은 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 해당 복합재료의 보강상은 에어로젤이며, 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.05 내지 5.0wt.%이다. Optionally, the airgel-reinforced metal-based composite material is selected from airgel-reinforced aluminum-based composite materials, the substrate of the composite material is pure aluminum or an aluminum alloy, the reinforcing phase of the composite material is airgel, and the content of airgel in the composite material is 0.05 to 5.0 wt.%.
나아가, 상기 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.1 내지 2.0wt.%이다. Furthermore, the content of airgel in the composite material is 0.1 to 2.0 wt.%.
나아가, 상기 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 1.0wt.%이다. Furthermore, the content of airgel in the composite material is 1.0wt.%.
나아가, 상기 복합재료의 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈의 알루미늄 합금이고, 1XXX와 2XXX 내지 8XXX는 1 내지 8 중의 임의의 한 숫자를 시작으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 번호를 표시한다. Further, the matrix component of the composite material is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series aluminum alloy, 1XXX and 2XXX to 8XXX starting with any one of 1 to 8 Indicate the number of aluminum or aluminum alloy with
나아가, 상기 에어로젤은 에어로젤 입자이고, 그의 입도는 0.1 내지 50㎛이며, 에어로젤 입자 성분은 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄이다. Further, the airgel is an airgel particle, its particle size is 0.1 to 50㎛, the airgel particle component is silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide.
본 발명은 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료의 경질 알루미늄 제품의 제조에서의 응용을 더 제공한다. The present invention further provides for applications in the manufacture of rigid aluminum articles of airgel reinforced aluminum-based composites.
선택적으로, 상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료로부터 선택된 것이고, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄 분말이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소이며, 탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료의 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤이 0 내지 50%이고, 여분은 알루미늄이다. Optionally, the airgel-reinforced metal-based composite material is selected from silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composites, and includes both an aluminum substrate and a reinforcing phase, wherein the aluminum substrate is pure aluminum powder, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide. And, the mass percentage composition of the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material is 0 to 50% of the silicon carbide airgel, and the excess is aluminum.
나아가, 상기 탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료는 불순물을 더 포함하되, 불순물의 질량백분율≤0.1%이다. Furthermore, the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material further includes impurities, but the mass percentage of impurities is ≤ 0.1%.
선택적으로, 상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료로부터 선택된 것이고, 복합재료의 알루미늄 기질은 순 알루미늄, 변형 알루미늄 합금 또는 주조 알루미늄 합금이고, 복합재료의 보강상은 에어로젤이며, 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.1 내지 40.0wt.%이다. Optionally, the airgel-reinforced metal-based composite material is selected from high-strength, high-conductivity aluminum-based composites, the aluminum substrate of the composite material is pure aluminum, a deformed aluminum alloy or a cast aluminum alloy, and the reinforcing phase of the composite material is airgel, The content of the airgel is 0.1 to 40.0 wt.%.
나아가, 상기 변형 알루미늄 합금 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈 변형 알루미늄 합금이다. Further, the modified aluminum alloy matrix component is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series modified aluminum alloy.
나아가, 상기 주조 알루미늄 합금 기질 성분은 ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX 또는 ZL4XX 시리즈 주조 알루미늄 합금이다. Further, the cast aluminum alloy matrix component is a ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX or ZL4XX series cast aluminum alloy.
나아가, 상기 에어로젤은 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄 입자이고, 입경은 0.1 내지 50㎛이다. Further, the airgel is silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide particles, and the particle diameter is 0.1 to 50㎛.
본 발명은 에어로젤 보강 금속계 복합재료 및 그의 제조 방법에 대하여 깊은 연구를 진행하여, 일련의 에어로젤로 보강된 각 유형의 금속 재료를 취득하였으며, 원래의 금속 재료에 비하여 이러한 재료는 더욱 우수한 성능을 구비하여, 자동차, 항공우주, 전력 전자 등 분야의 각 유형의 수요를 만족시킬 수 있다. The present invention conducted a deep study on the airgel-reinforced metal-based composite material and its manufacturing method to obtain a series of airgel-reinforced metal materials of each type, and compared to the original metal materials, these materials have better performance, , automobile, aerospace, power electronics, etc. can satisfy each type of demand.
본 발명의 일 실시예는 마이크론 이산화규소, 나노 이산화규소를 추가하여 합금의 역학 성능, 내마모 성능 및 내열 성능을 향상시키며, 아연을 추가하는 것은 내마모 성능을 향상시킬 수 있고, 기질 치밀화 과정을 가속시킬 수 있으며, 유리 상태의 경질 나노 입자는 마찰 과정에 마찰물 사이에 분포되어, “볼 베어링” 효과를 일으키고, 마찰 계수와 마모율을 저감시킨다. SiO2 입자가 균일하게 구리계 마찰 재료의 기질에 분포될 때, 효과적으로 전위 운동과 입계 슬라이딩을 저지하여, 기질의 강도와 내열성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서 설계한 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금은 양호한 가공 성능을 구비하고, 구리계 삼산화이알루미늄 복합재료에 비하여, 그 내열과 내마모 성능이 더욱 훌륭한다. 이는 사전에 고에너지 볼밀링을 진행하는 것을 통해, 나노 이산화규소기 구리 기질 중에서 균일하게 분산시켜, 복합재료 종합 성능을 향상시키는 목적을 이루고, 제조된 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금의 원가가 더욱 낮게 된다. One embodiment of the present invention improves the mechanical performance, wear resistance and heat resistance performance of the alloy by adding micron silicon dioxide and nano silicon dioxide, and adding zinc can improve the wear resistance performance, and the substrate densification process It can be accelerated, and the glassy hard nanoparticles are distributed between the friction materials during the friction process, creating a “ball bearing” effect and reducing the friction coefficient and wear rate. When the SiO 2 particles are uniformly distributed on the substrate of the copper-based friction material, it can effectively inhibit dislocation motion and grain boundary sliding, thereby improving the strength and heat resistance of the substrate. The copper-based airgel-reinforced copper alloy designed in the present invention has good processing performance, and its heat resistance and abrasion resistance are more excellent than that of the copper-based aluminum trioxide composite material. This is to achieve the objective of improving the composite material performance by uniformly dispersing nano-silicon dioxide-based copper substrates through high-energy ball milling in advance, and the cost of the manufactured copper-based airgel-reinforced copper alloy is lower. do.
본 발명의 일 실시예에 추가하는 것은 공극 구조의 에어로젤 입자으로서, 그 내부 구조의 보이드는 나노 레벨이고, 공극율이 높기 때문에, 경질, 내고온, 내부식 및 열팽창 계수가 작은 등의 특성을 구비하고, 알루미늄 및 그 합금에 추가하면 기질 밀도를 효과적으로 유지시키고, 기질의 강도 등 특성을 향상시킬 수 있으며, 또한 열전도 전기전도 성능이 양호한 알루미늄계 복합재료를 취득할 수 있다. 에어로젤 입자의 특성에 대하여, 이는 기계적 교반과 초음파 처리를 통해 마이크론 또는 서브 마이크론 크기의 에어로젤 입자와 알루미늄 분말을 균일하게 혼합시키고, 차후의 핫 프레싱, 열 압출 등 일련의 복합재료 제조 공정을 통해 조직이 균일하고 성능이 양호한 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료를 취득할 수 있다. 또한, 해당 제조 공정은 생산 효율이 높고 원가가 낮으며, 응용 범위가 넓어, 에어로젤 함량이 낮은 복합재료의 제조에 적합할 뿐 아니라, 고 에어로젤 함량의 알루미늄계 복합재료의 제조에도 적합하다. In addition to an embodiment of the present invention, as airgel particles having a pore structure, the voids of the internal structure are nano-level, and since the porosity is high, it has characteristics such as hardness, high temperature resistance, corrosion resistance and small coefficient of thermal expansion. , aluminum and its alloys, it is possible to effectively maintain the substrate density, improve the properties such as strength of the substrate, and obtain an aluminum-based composite material with good thermal and electrical conductivity. Regarding the properties of airgel particles, it is possible to uniformly mix micron or sub-micron-sized airgel particles and aluminum powder through mechanical stirring and sonication, and then make the tissue through a series of composite material manufacturing processes such as hot pressing and thermal extrusion. It is possible to obtain an airgel-reinforced aluminum-based composite material with uniform and good performance. In addition, the manufacturing process has a high production efficiency, a low cost, and a wide application range, so it is suitable not only for the production of a composite material with a low airgel content, but also for the production of an aluminum-based composite material with a high airgel content.
본 발명의 일 실시예는 친수성 SiO2 에어로젤에 탈이온수와 Cu(Ac)2·H2O를 추가시켜, 히드라진 수화물 수용액을 추가된 후 원심 분리, 세척, 건조시켜 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재료를 제조하여, SiO2 에어로젤로 구리를 보강한 후, 거시적 부피가 선명하게 변화하지 않았지만 밀도가 증가하고, 공기 중의 부유 현상이 일정하게 개선되었으며, 공정이 간단하고, 제조 주기가 짧으며, 이러한 간단한 방법을 통해 제조한 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재료의 성능이 아주 크게 향상되었다. 그리고, 이로 제조된 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재료는 원가가 낮은 장점을 구비한다. In one embodiment of the present invention, deionized water and Cu(Ac) 2 ·H 2 O are added to hydrophilic SiO 2 airgel, and hydrazine hydrate aqueous solution is added thereto, followed by centrifugation, washing, and drying to obtain a silicon dioxide airgel-reinforced copper composite material. After manufacturing and reinforcement of copper with SiO 2 airgel, the macroscopic volume did not change clearly, but the density increased, the floating phenomenon in air was constantly improved, the process was simple, the manufacturing cycle was short, and this simple method The performance of the silicon dioxide airgel-reinforced copper composite material manufactured through And, the silicon dioxide airgel-reinforced copper composite material manufactured therewith has the advantage of low cost.
본 발명의 일 실시예는 순 알루미늄에 마이크론 탄화규소 에어로젤의 추가를 통해 알루미늄-탄화규소 에어로젤 복합재료의 역학 성능을 향상시키고, 알루미늄 자체의 우수한 강도, 경도 등 성능을 유지할 뿐 아니라, 아울러 알루미늄 합금의 전기전도 열전도 성능을 현저히 저감시킨다. 알루미늄-에어로젤 중간 합금 블럭을 제조하는 것을 통해, 정련 과정에 경질 에어로젤을 알루미늄 융성물에 추가하기 어려운 문제를 해결하였다. 그리고, 이로 제조된 알루미늄기 탄화규소 에어로젤 복합재료는 원가가 낮은 장점을 구비하고, 큰 부피, 고 보강상 함량의 복합재료를 취득할 수 있어, 전통적인 분말 야금 공정의 부족점을 극복하고, 탄화규소 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료의 대규모 생산에 적합하다. One embodiment of the present invention improves the mechanical performance of the aluminum-silicon carbide airgel composite material through the addition of micron silicon carbide airgel to pure aluminum, and maintains the excellent strength and hardness of aluminum itself, as well as the aluminum alloy. Electrical conduction and heat conduction performance are significantly reduced. By producing an aluminum-airgel intermediate alloy block, the difficult problem of adding hard airgel to the aluminum melt during the refining process was solved. In addition, the aluminum-based silicon carbide airgel composite material manufactured therewith has the advantage of low cost, and it is possible to obtain a composite material with a large volume and high reinforcing phase content, overcoming the shortcomings of the traditional powder metallurgy process, and silicon carbide It is suitable for large-scale production of airgel-reinforced aluminum-based composites.
본 발명의 일 실시예는 고경도와 저밀도를 구비하는 에어로젤 입자를 추가하는 것을 통해, 알루미늄 및 그 합금의 역학 성능을 크게 향상시키고, 아울러 알루미늄 합금 기질 저밀도, 열전도 전기전도 성능이 양호한 특성을 효과적으로 유지한다. 이는 초음파 분산, 반고체 교반 등 공정을 통해, 에어로젤 입자가 알루미늄 합금 기질에서 효과적으로 분산시켜, 보강상 입자 분포가 균일하고, 조직이 균일한 알루미늄계 복합재료를 취득한다. 그리고 사용하는 제조 공정이 간단하고, 설비 요구가 낮으며, 생산 원가가 낮고, 큰 부피, 고 보강상 함량의 복합재료를 취득할 수 있어, 전통적인 분말 야금 공정의 부족점을 극복하고, 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 대규모 생산에 적합하다. One embodiment of the present invention greatly improves the mechanical performance of aluminum and its alloys through adding airgel particles having high hardness and low density, and also effectively maintains the characteristics of good aluminum alloy substrate low density, heat conduction and electrical conduction performance. . In this way, the airgel particles are effectively dispersed in the aluminum alloy matrix through ultrasonic dispersion and semi-solid agitation, etc. to obtain an aluminum-based composite material with a uniform reinforcing phase particle distribution and a uniform structure. And the manufacturing process used is simple, the equipment requirements are low, the production cost is low, and a large volume, high reinforcing phase content composite material can be obtained, overcoming the shortcomings of the traditional powder metallurgy process, high strength and high conductivity It is suitable for large-scale production of aluminum-based composite materials.
도1은 SiO2 에어로젤 및 서로 다른 Cu 포함량의 Cu@SiO2 분말 XRD 스펙트럼도이다.
도2는 서로 다른 포함량 Cu@SiO2의 SEM 도면(a-d, 1%, 5%, 10%, 15%)이다. 1 is a SiO 2 airgel and Cu@SiO 2 powder XRD spectrum diagram of different Cu content.
2 is an SEM diagram (ad, 1%, 5%, 10%, 15%) of different inclusion amounts of Cu@SiO 2 .
본 출원의 실시예의 목적, 기술 방안 및 장점을 더욱 잘 이해하도록, 아래 도면과 실시예를 참조하여 본 출원의 기술 방안의 구체적인 실시예에 대하여 더욱 상세하고 명확한 설명을 진행하기로 한다. 그러나, 아래 기재된 구체적인 구현과 실시예는 단지 설명을 위한 것일 뿐, 본 출원을 한정하기 위한 것이 아니며, 이는 단지 본 출원의 일부 실시예만 포함할 뿐, 모든 실시예를 포함하는 것이 아니며, 당해 기술 분야의 당업자는 본 출원에 대한 각종의 변화로 취득한 기타 실시예는 모두 본 출원의 보호 범위에 해당된다. In order to better understand the purpose, technical solution, and advantages of the embodiments of the present application, a more detailed and clear description will be given of specific embodiments of the technical solutions of the present application with reference to the following drawings and examples. However, the specific implementations and examples described below are for illustrative purposes only, not to limit the present application, which includes only some embodiments of the present application, not all embodiments, All other embodiments obtained by those skilled in the art through various changes to the present application fall within the protection scope of the present application.
본 발명에서 해결하고자 하는 하나의 과제는 항공우주, 차량 교통, 마이크로일렉트로닉스 등 업계 분야에 사용되도록, 우수한 역학 성능, 내마모 내열 성능, 고 전기전도 성능을 구비하는 구리계 에어로젤 보강기 구리 합금 재료를 제공하고, 우수한 역학 성능, 내마모 내열 성능, 고 전기전도 성능을 구비하는 구리계 에어로젤 보강기 구리 합금의 제조 방법을 제공하고자 한다. One problem to be solved by the present invention is to provide a copper-based airgel reinforcement copper alloy material having excellent mechanical performance, abrasion resistance and heat resistance performance, and high electrical conductivity so that it can be used in industrial fields such as aerospace, vehicle transportation, and microelectronics. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a copper-based airgel reinforcement copper alloy having excellent mechanical performance, abrasion resistance and heat resistance, and high electrical conductivity.
본 발명의 일 실시예로서, 본 발명은 하기와 같은 기술 방안을 제공하다. As an embodiment of the present invention, the present invention provides the following technical solution.
구리계 에어로젤 보강형 구리 합금에 있어서, 즉, 나노 에어로젤(SiO2) 보강 구리계 복합재료에 있어서, 그 질량백분율 조성은, 아연 0.5% 내지 30%, 에어로젤(SiO2) 2% 내지 8%, 여분은 구리이다. In the copper-based airgel-reinforced copper alloy, that is, in the nano-airgel (SiO 2 )-reinforced copper-based composite material, the mass percentage composition is 0.5% to 30% of zinc, 2% to 8% of airgel (SiO 2 ), The spare is copper.
진일보의 방안으로서, 상기 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금의 질량백분율 조성은, 아연 1% 내지 5%, 에어로젤(SiO2) 3% 내지 6%, 여분은 구리이다. As a further measure, the mass percentage composition of the copper-based airgel-reinforced copper alloy is 1% to 5% of zinc , 3% to 6% of airgel (SiO 2 ), and an excess of copper.
여기서, 불가피한 불순물의 질량백분율≤0.1%이다. Here, the mass percentage of unavoidable impurities is 0.1%.
상기 각 구성 성분 원소가 복합재료에서 일으키는 작용은 하기와 같다. Actions caused by each of the constituent elements in the composite material are as follows.
아연: 고용체 강화형 구리 합금 원소로서, 구리 합금 재료의 역학 성능을 향상시킬 수 있고, 그 고용체 β상은 경도가 높고, 강인성이 훌륭한 특징을 구비하며, 구리 합금의 내마모 성능을 현저히 향상시킬 수 있다. Zinc: As a solid solution strengthening type copper alloy element, it can improve the mechanical performance of the copper alloy material, and its solid solution β phase has high hardness, excellent toughness, and can significantly improve the wear resistance of copper alloy. .
에어로젤(SiO2): 구리계 복합재료에 대하여 내마모성, 경도 및 응집 방지 작용을 가진다. 아울러 그 나노 효과로 인하여 효과적으로 전위 운동과 입계 슬라이딩을 저지하고, 기질 강도를 현저히 향상시키는 작용을 하며, 다른 일 방면으로, 분산 분포된 에어로젤 제2상은 전자 산란에 대한 방해를 감소시키기 때문에 구리 합금 재료의 전기전도 성능에 대하여 촉진 작용을 가진다. Airgel (SiO 2 ): It has abrasion resistance, hardness and anti-aggregation action for copper-based composite materials. In addition, due to the nano-effect, it effectively inhibits dislocation motion and grain boundary sliding, and acts to significantly improve the strength of the substrate. It has an accelerating action on the electrical conduction performance of
본 실시예에서 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금의 제조 방법은, 주요하게 원료 혼합, 냉압 성형, 마지막으로 가압 소결의 공정을 포함하고, 구체적인 단계는, 아래와 같은 단계들을 포함하는 구리계 이산화규소 복합재료의 제조 방법을 포함하되, 해당 방법은, 배합 비율에 따라 분말을 취하여, 구리 분말과 나노 이산화규소를 사전에 유성형 고에너지 볼밀에서 볼밀링하고, 이어서 모든 원료를 소형 V형 혼합기에 넣고 균일하게 혼합시키며, 이어서 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4 내지 5g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 마지막으로 단광을 벨형 노에서 소결하는 단계를 포함한다. In this embodiment, the method for manufacturing a copper-based airgel-reinforced copper alloy mainly includes a process of raw material mixing, cold pressing, and finally pressure sintering, and specific steps are copper-based silicon dioxide composite materials including the following steps Including a manufacturing method of, the method is, taking the powder according to the mixing ratio, ball milling copper powder and nano silicon dioxide in advance in a planetary high energy ball mill, and then putting all the raw materials into a small V-type mixer and mixing evenly followed by pressing the powder into briquettes having a density of 4 to 5 g/cm 3 in a steel mold, and finally sintering the briquettes in a bell-shaped furnace.
여기서, 전해 구리, 무화 아연 분말, 마이크론 이산화규소와 나노 이산화규소를 원료로 한다. 사용하는 원료의 질량은 하기와 같은 바, 즉 전해 구리 분말 평균 입도≤74㎛이고, 순도≥99.9wt%이며, 무화 아연 분말의 평균 입도는 40 내지 50㎛이고, 순도≥98wt%이며, 마이크론 SiO2 평균 입도는 40 내지 50㎛이고, 수분 함량≤1wt%이며, 나노 SiO2 평균 입도는 20 내지 40nm이다. Here, electrolytic copper, zinc fig powder, micron silicon dioxide and nano silicon dioxide are used as raw materials. The mass of the raw material used is as follows, that is, the average particle size of the electrolytic copper powder ≤ 74 μm, the purity ≥ 99.9wt%, the average particle size of the zinc atom powder is 40 to 50 μm, the purity ≥ 98 wt %, and the micron SiO 2 The average particle size is 40 to 50 μm, the moisture content ≤ 1wt%, and the nano SiO 2 average particle size is 20 to 40 nm.
우선, 구리 분말과 나노 이산화규소를 유성형 고에너지 볼밀에서 2 내지 4h 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 함께 V형 원료 혼합기에서 다시 3 내지 5h 동안 혼합시키며, 단광을 벨형 노에서 소결할 때, 소결 압력은 1.0 내지 4.0MPa이고, 소결 온도는 800 내지 1000℃이며, 평균 온도 상승 속도는 4 내지 7℃/min이고, 소결 과정에서 수소 기체 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 20 내지 40min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. First, copper powder and nano silicon dioxide are ball milled for 2 to 4 h in a planetary high energy ball mill, and then mixed with other raw materials for 3 to 5 h again in a V-type raw material mixer, and when sintering the briquettes in a bell-type furnace, the sintering pressure is 1.0 to 4.0 MPa, the sintering temperature is 800 to 1000 ° C, the average temperature rise rate is 4 to 7 ° C / min, a hydrogen gas reducing protective atmosphere is used in the sintering process, the sintering time is 20 to 40 min, and the last The finished product is prepared by cooling it to room temperature in a protective atmosphere.
상술한 바와 같이 취득한 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금의 인장 강도는 300 내지 500MPa이고, 항복 강도는 200 내지 300MPa이고, 신장율은 5 내지 15%, 동적 마찰계수는 0.054 내지 0.080이며, 정적 마찰계수는 0.12 내지 0.15이고, 마모율은 0.3 내지 1.0×10-9cm3·J-1이고, 내열 계수는 35000 내지 50000, 상대적 내열성은 1.0 내지 1.5이고, 밀도는 5.5 내지 8g·cm3이며, 저항율은 1.8 내지 2.8×10-8Ω·m이고, 경도는 50 내지 85Hv이다. 구리계 삼산화이알루미늄 복합재료에 비하여, 본 발명에서 제조한 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금의 인장 역학 성능은 비슷하고, 열전도 성능, 내마모 성능은 상대적으로 훌륭하며, 아울러 원가가 더욱 낮다. 상기 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금은 제동 부품 제품에 사용된다. The tensile strength of the copper-based airgel-reinforced copper alloy obtained as described above is 300 to 500 MPa, the yield strength is 200 to 300 MPa, the elongation is 5 to 15%, the dynamic friction coefficient is 0.054 to 0.080, and the static friction coefficient is 0.12 to 0.15, the wear rate is 0.3 to 1.0×10-9 cm 3 ·J -1 , the heat resistance coefficient is 35000 to 50000, the relative heat resistance is 1.0 to 1.5, the density is 5.5 to 8 g·cm 3 , and the resistivity is 1.8 to 2.8 x 10-8 Ω·m, and the hardness is 50 to 85 Hv. Compared to the copper-based aluminum trioxide composite material, the tensile mechanical performance of the copper-based airgel-reinforced copper alloy prepared in the present invention is similar, the heat conduction performance and the abrasion resistance performance are relatively good, and the cost is lower. The copper-based airgel-reinforced copper alloy is used in braking component products.
본 발명에서 해결하고자 하는 하나의 과제로서, 저밀도, 고강도 등 역학 성을 갖고, 양호한 전기전도 열전도 특성을 겸비한 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료를 제공하고자 한다. 아울러, 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료 제조 과정에 에어로젤 입자가 분산되기 어려운 문제에 대하여, 이를 겨냥하여 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료의 제조 방법을 개발하여 제공함으로써, 상기 배경 기술 부분에서의 문제를 해결한다. 해당 방법은 공정이 간단하고, 생산 원가가 낮은 등의 장점을 구비한다. 취득한 알루미늄계 복합재료 밀도가 낮고, 아울러 역학 성능이 우수하고, 열전도 전기전도 성능이 높은 등의 장점을 구비하며, 고성능 알루미늄 구성요소 및 전기전도 열전도 성능에 대하여 특수한 수요가 있는 알루미늄 재료의 자동차, 항공우주, 전력 전자 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 구비한다. As one problem to be solved in the present invention, it is intended to provide an airgel-reinforced aluminum-based composite material that has low density, high strength, etc., mechanical properties, and good electrical and heat conduction properties. In addition, for the problem of difficulty in dispersing airgel particles in the airgel-reinforced aluminum-based composite material manufacturing process, by developing and providing a method for manufacturing an airgel-reinforced aluminum-based composite material aiming at this, the problem in the background art part is solved. The method has advantages such as a simple process and low production cost. The obtained aluminum-based composite material has advantages such as low density, excellent mechanical performance, and high thermal and electrical conduction performance, and is an aluminum material that has special demands for high-performance aluminum components and electrical and thermal conduction performance. It has broad application prospects in space, power electronics and other fields.
본 발명의 일 실시예로서, 본 발명은 하기와 같은 기술 방안을 제공하다. As an embodiment of the present invention, the present invention provides the following technical solution.
에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료에 있어서, 해당 복합재료의 기질은 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고, 해당 복합재료의 보강상은 에어로젤이다. In the airgel-reinforced aluminum-based composite material, the substrate of the composite material is pure aluminum or an aluminum alloy, and the reinforcing phase of the composite material is airgel.
진일보의 방안으로서, 상기 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.05 내지 5.0wt.%이다. As a further measure, the content of airgel in the composite material is 0.05 to 5.0 wt.%.
진일보의 방안으로서, 상기 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.1 내지 2.0wt.%이다. As a further measure, the content of airgel in the composite material is 0.1 to 2.0 wt.%.
진일보의 방안으로서, 상기 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 1.0wt.%이다. As a further measure, the content of airgel in the composite material is 1.0wt.%.
진일보의 방안으로서, 상기 복합재료의 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈의 알루미늄 합금이다. 1XXX와 2XXX 내지 8XXX는 “변형 알루미늄 및 알루미늄 합금 번호 표시 방법(GB/T 16474-2011)” 표준에 언급된 1 내지 8 중 중의 임의의 한 숫자를 시작으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 번호이다. As a further measure, the matrix component of the composite material is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series aluminum alloy. 1XXX and 2XXX to 8XXX are aluminum or aluminum alloy numbers starting with any one of 1 to 8 mentioned in the "Method for Numbering Modified Aluminum and Aluminum Alloys (GB/T 16474-2011)" standard.
진일보의 방안으로서, 상기 에어로젤은 마이크로 나노 공극 구조를 구비하는 에어로젤 입자이고, 그의 입도는 0.1 내지 50㎛이다. As a further measure, the airgel is an airgel particle having a micro-nano pore structure, and the particle size thereof is 0.1 to 50 μm.
진일보의 방안으로서, 상기 에어로젤 입자 성분은 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄이다. As a further measure, the airgel particle component is silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide.
본 실시예에서의 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료 및 그의 제조 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다. The airgel-reinforced aluminum-based composite material and its manufacturing method in this embodiment include the following steps.
(1) 에어로젤 입자를 무수알코올에 투입시켜, 기계적 교반과 초음파 처리를 진행하여, 에어로젤 입자와 알코올의 혼합 슬러리를 취득하고, 다시 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말을 상기 혼합 슬러리에 추가시켜, 계속하여 기계적 교반과 초음파 처리를 진행하여, 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 취득한다. (1) Airgel particles are put into anhydrous alcohol, mechanically stirred and ultrasonically treated to obtain a mixed slurry of airgel particles and alcohol, and pure aluminum or aluminum alloy powder is added to the mixed slurry again, followed by mechanical stirring Stirring and ultrasonication are performed to obtain a mixed slurry of airgel particles and aluminum powder.
(2) 단계(1)에서 취득한 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 용기에 넣고, 기계적 교반을 진행하며, 증류로 혼합 슬러리 중의 알코올을 제거하여 완전히 건조된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득한다. (2) Put the mixed slurry of the airgel particles and aluminum powder obtained in step (1) into a container, mechanically stirring, and removing the alcohol in the mixed slurry by distillation to obtain a completely dried mixed powder of airgel particles and aluminum powder do.
(3) 단계(2)에서 취득한 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 몰드에 넣고, 설정된 온도 하에서 핫 프레싱을 진행하여, 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득한다. (3) Put the mixed powder of airgel particles and aluminum powder obtained in step (2) into a mold, and hot pressing is performed under a set temperature to obtain a mixed powder of block-shaped airgel and aluminum powder.
(4) 단계(3)에서 취득한 블럭 형상의 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 압출 몰드에 넣고, 설정된 온도와 압출 비율 하에서, 열 압출을 통해 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료를 취득한다. (4) Put the mixed powder of the block-shaped airgel particles and aluminum powder obtained in step (3) into an extrusion mold, and under the set temperature and extrusion ratio, heat extrusion to obtain an airgel-reinforced aluminum-based composite material.
진일보의 방안으로서, 상기 순 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금 분말의 입도는 60 내지 325 메쉬이고, 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말 중의 불순물 함량≤0.5wt.%이다. As a further measure, the particle size of the pure aluminum or aluminum alloy powder is 60 to 325 mesh, and the impurity content in the pure aluminum or aluminum alloy powder is ≤ 0.5 wt.%.
진일보의 방안으로서, 단계(1)에서, 초음파 전력은 100 내지 500W이고, 시간은 10 내지 60min이다. As a further solution, in step (1), the ultrasonic power is 100 to 500 W, and the time is 10 to 60 min.
진일보의 방안으로서, 단계(1)에서, 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 교반 시간은 10 내지 120min이다. As a further measure, in step (1), the stirring time of the airgel particles and the aluminum powder is 10 to 120 min.
진일보의 방안으로서, 단계(2)에서, 알코올 제거 시의 증류 온도는 60 내지 80℃이다. As a further measure, in step (2), the distillation temperature at the time of alcohol removal is 60 to 80°C.
진일보의 방안으로서, 단계(3)에서, 에어로젤과 알루미늄 분말의 핫 프레싱의 온도는 200 내지 80℃이다. As a further measure, in step (3), the temperature of hot pressing of the airgel and aluminum powder is 200 to 80°C.
진일보의 방안으로서, (단계4)에서, 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말의 열 압출의 온도는 200 내지 450℃이고, 압출 비율은 10:1 내지 25:1이다. As a further measure, in (step 4), the temperature of thermal extrusion of the mixed powder of block-shaped airgel and aluminum powder is 200 to 450° C., and the extrusion ratio is 10:1 to 25:1.
상기 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료는 경질 알루미늄 제품의 제조에 사용된다. The airgel-reinforced aluminum-based composite material is used in the manufacture of rigid aluminum products.
본 발명의 다른 일 실시예는 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재의 제조 방법을 제공하며, 해당 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다. Another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a silicon dioxide airgel reinforced copper composite, the method comprising the following steps.
1) 질량 비율에 따라 삼구 플라스크에 친수성 SiO2 에어로젤을 취하고, 탈이온수와 Cu(Ac)2·H2O를 추가시켜, 1 내지 25분 동안 초음파 분산을 진행하며, 1) Hydrophilic SiO2 airgel is taken in a three-necked flask according to the mass ratio, deionized water and Cu(Ac) 2 ·H 2 O are added, followed by ultrasonic dispersion for 1 to 25 minutes,
2) 40℃에서 수욕을 진행하고, 기계적 교반 하에서 히드라진 수화물 수용액을 적하시키고, 1h 동안 적하가 완료되며, 2) proceed with a water bath at 40° C., and an aqueous solution of hydrazine hydrate is added dropwise under mechanical stirring, and the dropping is completed for 1 h;
3) 반응 종료 후 원심 분리를 진행하고, 고체를 순차적으로 물, 알코올로 세척하며, 원심 분리시키고, 고체를 진공 건조시킨 후 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합 재료를 취득한다. 3) After completion of the reaction, centrifugation is performed, the solid is sequentially washed with water and alcohol, centrifuged, and the solid is vacuum dried to obtain a silicon dioxide airgel-reinforced copper composite material.
본 발명의 진일보의 방안으로서, 단계1)에서, 질량 비율에 따라 취한 친수성 SiO2 에어로젤은 0.5g이고, 추가된 탈이온수 량은 10 내지 50mL이며, 추가된 Cu(Ac)2·H2O 량은 10 내지 250mg이다. As a further method of the present invention, in step 1), the hydrophilic SiO 2 airgel taken according to the mass ratio is 0.5 g, the amount of deionized water added is 10 to 50 mL, and the amount of Cu(Ac) 2 ·H 2 O added is 10 to 250 mg.
본 발명의 진일보의 방안으로서, 단계1)에서, 초음파 분산에 사용하는 초음파 처리기는 주파수 40-120kHz 하에서 초음파 분산 처리를 진행한다. As a further method of the present invention, in step 1), the ultrasonic processor used for ultrasonic dispersion performs ultrasonic dispersion processing under a frequency of 40-120 kHz.
본 발명의 진일보의 방안으로서, 단계2)에서, 60 내지 130r/min 조건 하에서 60min 동안 교반을 진행하고 히드라진 수화물 수용액의 적하를 완료하며, 히드라진 수화물 수용액은 98% 히드라진 1수화물 또는 50% 히드라진 수화물이다. As a further method of the present invention, in step 2), stirring is carried out for 60 min under the conditions of 60 to 130 r/min and the dropping of the aqueous hydrazine hydrate solution is completed, and the hydrazine hydrate aqueous solution is 98% hydrazine monohydrate or 50% hydrazine hydrate .
본 발명의 진일보의 방안으로서, 단계3)에서, 물과 알코올로 세척하고 각각 3회 침지시키되, 매 회 10 내지 15분이다. As a further method of the present invention, in step 3), washing with water and alcohol and immersion 3 times each, for 10 to 15 minutes each time.
본 발명의 다른 일 실시예는 탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료를 제공하며, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소(SiC)이며, 탄화규소(SiC) 에어로젤은 고점도 유기 용제에 대하여 아주 높은 흡착 능력과 흡착 선택성을 나타내며, 탄화규소 에어로젤이 사용하는 것은 탄화규소 나노선이고, 탄화규소(SiC) 나노선은 한 가지 1차원(1D) 나노 재료로서, 양호한 탄성, 내고온성과 화학 안정성을 구비한다. Another embodiment of the present invention provides a silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material, including both an aluminum substrate and a reinforcing phase, wherein the aluminum substrate is pure aluminum, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide (SiC) Silicon carbide (SiC) airgel exhibits very high adsorption capacity and adsorption selectivity for high-viscosity organic solvents. 1D) As a nanomaterial, it has good elasticity, high temperature resistance and chemical stability.
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료의 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤이 0 내지 50%이고, 여분은 알루미늄이다. As for the mass percentage composition of the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material, the silicon carbide airgel is 0 to 50%, and the excess is aluminum.
탄화규소 에어로젤의 알루미늄 기질에서의 주요 작용은 제2상 분산 강화의 작용을 일으키고, 제2상 입자의 자유 전자에 대한 산란 작용은 고용 원자로 인한 격자 변형이 일으키는 산란 작용보다 많이 약하며, 이로써 알루미늄계 복합재료가 양호한 전기전도 열전도 성능을 유지함과 동시에 양호한 역학 성능을 구비한다. The main action of the silicon carbide airgel on the aluminum substrate causes the action of second-phase dispersion enhancement, and the scattering action of the second-phase particles on free electrons is much weaker than the scattering action caused by the lattice deformation caused by the solid solution atoms, and thus the aluminum-based composite The material has good mechanical performance while maintaining good electrical and thermal conduction performance.
상기 탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료를 기반으로 하는 캐스팅 성형 조제 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다. The method for preparing casting molding based on the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material includes the following steps.
(1) 중간 합금의 제조(1) Preparation of intermediate alloys
원료 배합: 질량 비율에 따라 순 알루미늄 분말과 마이크론 탄화규소 에어로젤(입도 범위가 1 내지 30㎛)을 취하되, 에어로젤의 중간 합금 중의 함량은 1 내지 15wt.%이며, Raw material mixing: pure aluminum powder and micron silicon carbide airgel (particle size range of 1 to 30㎛) are taken according to the mass ratio, but the content in the intermediate alloy of the airgel is 1 to 15wt.%,
원료 혼합: 더블 콘 고효율 원료 혼합기를 사용하여 배합된 순 알루미늄 분말과 에어로젤을 균일하게 혼합시키되, 혼합 시간은 15 내지 45min이며, Raw material mixing: uniformly mix the blended pure aluminum powder and airgel using a double cone high-efficiency raw material mixer, and the mixing time is 15 to 45 min,
냉압 성형: 스틸 몰드에서 혼합 분말을 중간 합금 블럭으로 프레싱한다. Cold Forming: Pressing the mixed powder into a block of intermediate alloy in a steel mold.
(2) 복합 재료의 제조(2) manufacturing of composite materials
정련: 중간 합금 블럭을 진공 유도로에서 용융된 알루미늄 액체에 투입시켜, 정련 온도 범위는 1150 내지 1350℃이고, 중간 합금 블럭의 융해가 완료된 후 스틸 캐스팅 몰드에서 사출 성형시킨다. Refining: The intermediate alloy block is put into the molten aluminum liquid in a vacuum induction furnace, the refining temperature range is 1150 to 1350° C., and after the melting of the intermediate alloy block is completed, injection molding is performed in a steel casting mold.
진일보의 방안으로서, 순 알루미늄 분말의 평균 입도≤150㎛이고, 순 알루미늄 중의 불순물 함량≤0.1wt.%이다. As a further measure, the average particle size of the pure aluminum powder is ≤ 150 μm, and the impurity content in the pure aluminum is ≤ 0.1 wt.%.
진일보의 방안으로서, 마이크론 탄화규소 에어로젤의 평균 입도는 1 내지 30㎛이다. As a further measure, the average particle size of the micron silicon carbide airgel is 1 to 30 μm.
취득한 탄화규소 보강 알루미늄계 복합재료가 압연 또는 압출 성형을 거친 후의 인장 강도는 400 내지 620MPa이고, 항복 강도는 270 내지 500MPa이고, 신장율은 6 내지 35%, 경도는 55 내지 160HV이며, 밀도는 8.80 내지 8.90g/cm3이고, 전기전도율은 40 내지 57%IACS이며, 열전도 계수는 120 내지 250W/MK이다. 본 발명에서 제조한 알루미늄계 복합재료와 순 알루미늄을 비교하면, 그의 인장 강도와 항복 강도는 모두 향상되었으나, 밀도와 전기전도율은 모두 현저히 낮아졌다. The obtained silicon carbide-reinforced aluminum composite material after rolling or extrusion molding has a tensile strength of 400 to 620 MPa, a yield strength of 270 to 500 MPa, an elongation of 6 to 35%, a hardness of 55 to 160 HV, and a density of 8.80 to 8.90 g/cm 3 , the electrical conductivity is 40 to 57% IACS, and the thermal conductivity coefficient is 120 to 250 W/MK. When the aluminum-based composite material prepared in the present invention was compared with pure aluminum, both the tensile strength and yield strength were improved, but both the density and electrical conductivity were significantly lowered.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제로서, 현재 고강도 고전도 알루미늄 합금 및 알루미늄계 복합재료 개발에서 직면한 상기 과제 및 부족점에 대하여, 저밀도, 고강도, 아울러 양호한 전기전도 열전도 성능을 구비하는 알루미늄계 복합재료 및 그의 제조 방법을 제공하고자 한다. As a problem to be solved in the present invention, with respect to the problems and shortcomings currently faced in the development of high-strength, high-conductivity aluminum alloys and aluminum-based composite materials, low-density, high-strength, and aluminum-based composite materials having good electrical and thermal conductivity performance and It is intended to provide a method for its preparation.
본 발명의 일 실시예로서, 본 발명은 하기와 같은 기술 방안을 제공하다. As an embodiment of the present invention, the present invention provides the following technical solution.
고강도 고전도 알루미늄계 복합재료에 있어서, 복합재료의 알루미늄 기질은 순 알루미늄, 변형 알루미늄 합금 또는 주조 알루미늄 합금이고, 복합재료의 보강상은 에어로젤이다. In the high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material, the aluminum substrate of the composite material is pure aluminum, a deformed aluminum alloy or a cast aluminum alloy, and the reinforcing phase of the composite material is an airgel.
바람직하게, 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.1 내지 40.0wt.%이다. Preferably, the content of airgel in the composite material is 0.1 to 40.0 wt.%.
바람직하게, 상기 변형 알루미늄 합금 기질 성분은 “변형 알루미늄 및 알루미늄 합금 번호 표시 방법(GB/T 16474-2011)” 표준에 언급된 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈 변형 알루미늄 합금이다. Preferably, the modified aluminum alloy matrix component is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series is a deformed aluminum alloy.
바람직하게, 상기 주조 알루미늄 합금 기질 성분은 “주조 알루미늄 합금(GB/T 1173-2013)” 표준에 언급된 알루미늄 합금 번호 ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX 또는 ZL4XX 시리즈인 주조 알루미늄 합금이다. Preferably, the cast aluminum alloy matrix component is a cast aluminum alloy of the aluminum alloy number ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX or ZL4XX series referred to in the “Cast aluminum alloy (GB/T 1173-2013)” standard.
바람직하게, 상기 에어로젤은 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄 입자이고, 입경은 0.1 내지 50㎛이다. Preferably, the airgel is silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide particles, and the particle diameter is 0.1 to 50㎛.
상기 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료, 그 제조 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다. The high-strength and high-conductivity aluminum-based composite material, and a method for manufacturing the same, includes the following steps.
(1) 일정한 질량의 에어로젤 입자와 순 알루미늄 분말 또는 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜, 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득한다. (1) Airgel/aluminum precursor is obtained by mixing airgel particles of a certain mass and pure aluminum powder or aluminum alloy powder.
(2) 단계(1)에서 취득한 전구체를 용융된 알루미늄 액체에 추가시켜, 에어로젤 입자가 알루미늄 융해액에서 균일하게 분포되도록 5 내지 30min 동안 기계적 교반을 진행한다. (2) The precursor obtained in step (1) is added to the molten aluminum liquid, and mechanical stirring is performed for 5 to 30 min so that the airgel particles are uniformly distributed in the aluminum melt.
(3) 단계(2)에서 취득한 복합재료 융성물에 대하여 초음파 처리를 진행한 후, 금형 또는 사형에서 사출 성형을 진행하여, 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료를 취득한다. (3) After ultrasonication is performed on the molten composite material obtained in step (2), injection molding is performed in a mold or sand sand to obtain a high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material.
바람직하게, 상기 순 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금 분말의 입도는 60 내지 325 메쉬이고, 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말 중의 불순물 함량≤0.5wt.%이다. Preferably, the particle size of the pure aluminum or aluminum alloy powder is 60 to 325 mesh, and the impurity content in the pure aluminum or aluminum alloy powder is ≤ 0.5 wt.%.
바람직하게, 단계(1)에서 취득한 에어로젤/알루미늄 전구체에서, 에어로젤의 함량은 1 내지 90wt.%이다. Preferably, in the airgel/aluminum precursor obtained in step (1), the content of the airgel is 1 to 90 wt.%.
바람직하게, 단계(2)에서 알루미늄 합금 융해액에 대하여 교반 처리를 진행할 때, 융성물의 온도 범위는 그의 액상선 이하 50℃ 내지 액상선 이상 100℃이다. Preferably, when the stirring treatment is performed on the aluminum alloy melt in step (2), the temperature range of the melt is 50° C. below its liquidus line to 100° C. above its liquidus line.
바람직하게, 단계(3)에서 복합재료 융성물에 대하여 초음파 처리를 진행할 때, 융성물 온도는 그의 액상선 이상 20 내지 100℃이고, 단위 중량 복합재료 융성물에 대응되는 초음파 전력은 100 내지 1000W/kg이며, 초음파 처리 시간은 5 내지 30min이다. Preferably, when performing ultrasonic treatment on the melted composite material in step (3), the temperature of the melt is 20 to 100° C. above its liquidus, and the ultrasonic power corresponding to the melted composite material by unit weight is 100 to 1000 W/ kg, and the sonication time is 5 to 30 min.
구리계 에어로젤 보강형 구리 합금의 제조Preparation of copper-based airgel-reinforced copper alloy
본 발명의 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금의 제조 방법에 있어서, 제조 단계는 원료 배합, 고에너지 볼밀링, 원료 혼합, 냉압 성형, 가압 소결 및 제품 완료이다. 그 구체적인 공정 단계는 아래와 같은 단계들을 포함한다. In the method for manufacturing a copper-based airgel-reinforced copper alloy of the present invention, the manufacturing steps are raw material mixing, high energy ball milling, raw material mixing, cold pressing, pressure sintering and product completion. The specific process steps include the following steps.
(1) 고에너지 볼밀링: 무게를 단 전해 구리 분말(평균 입도≤74㎛이고, 순도≥99.9wt%), 나노 SiO2(평균 입경이 20 내지 40nm)를 유성형 고에너지 볼밀에 넣고 사전에 2 내지 4h 볼밀링한다. (1) High energy ball milling: Weighed electrolytic copper powder (average particle size ≤ 74 μm, purity ≥ 99.9wt%) and nano SiO 2 (average particle size 20 to 40 nm) are placed in a planetary high energy ball mill and 2 to 4h ball milling.
(2) 원료 혼합: 볼밀링 후의 구리-나노 SiO2 혼합 분말, 무화 아연 분말(평균 입도가 40 내지 50㎛이고, 순도≥98wt%), 마이크론 SiO2(평균 입도가 40 내지 50㎛이고, 수분 함량≤1wt%)를 소형 V형 원료 혼합기에 넣고 3 내지 5h 혼합시키며, 실시예에서 사용하는 원료의 질량은 상기와 같다. (2) raw material mixing: copper-nano SiO 2 mixed powder after ball milling, zinc atomization powder (average particle size is 40 to 50 μm, purity ≥ 98 wt%), micron SiO 2 (average particle size is 40 to 50 μm, moisture content ≤ 1wt%) into a small V-type raw material mixer and mixed for 3 to 5 h, and the mass of the raw material used in the example is the same as above.
(2) 냉압 성형: Φ26mm×6.5mm의 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4 내지 5g/cm3인 단광으로 프레싱한다. (2) Cold pressure forming: The powder is pressed into a briquette having a density of 4 to 5 g/cm 3 in a steel mold of Φ26mm×6.5mm.
(3) 가압 소결: 단광을 벨형 노에서 1.0 내지 4.0MPa 압력 하에서 소결하는 바, 소결 온도는 800 내지 1000℃이며, 평균 온도 상승 속도는 4 내지 7℃/min이고, 소결 과정에서 수소 기체 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 20 내지 40min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. (3) pressure sintering: briquettes are sintered in a bell-type furnace under a pressure of 1.0 to 4.0 MPa, the sintering temperature is 800 to 1000 ° C, the average temperature rise rate is 4 to 7 ° C / min, and hydrogen gas reduction protection during the sintering process Atmosphere is used, the sintering time is 20 to 40 min, and finally, it is cooled to room temperature under a protective atmosphere to prepare a finished product.
실시예1Example 1
그 생산 공정 흐름의 방법은 하기와 같은 바, 즉 원료 배합, 볼밀링, 원료 혼합, 냉압 성형, 가압 소결 및 제품 완료이다. The method of the production process flow is as follows: raw material mixing, ball milling, raw material mixing, cold pressing, pressure sintering and product completion.
구체적인 과정으로는, 표1에 표시된 성분에 따라 원료를 배합하는 바, 아연 5%, 에어로젤(SiO2) 5%, 여분은 구리이다. 구리와 나노 SiO2(0.5%)의 혼합 분말을 고에너지 볼밀에서 3h 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 소형 V형 원료 혼합기에 넣고 3h 혼합시키며, Ф26mm×6.5mm의 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 단광을 벨형 노에서 1.0MPa 압력 하에서 소결하는 바, 소결 온도는 980℃이며, 평균 온도 상승 속도는 6℃/min이고, 소결 과정에서 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 40min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. 제조된 완성품의 성능은 표2에 표시된 바와 같다. As a specific process, the raw material is blended according to the components shown in Table 1,
실시예2Example 2
구리계 에어로젤 보강형 구리 합금의 생산 공정 흐름의 방법은 하기와 같은 바, 즉 원료 배합, 볼밀링, 원료 혼합, 냉압 성형, 가압 소결 및 제품 완료이다. The method of the production process flow of the copper-based airgel-reinforced copper alloy is as follows: raw material mixing, ball milling, raw material mixing, cold pressing, pressure sintering and product completion.
구체적인 과정으로는, 표1에 표시된 성분에 따라 원료를 배합하는 바, 아연 2%, 에어로젤(SiO2) 3%, 여분은 구리이다. 구리와 나노 SiO2(2%)의 혼합 분말을 고에너지 볼밀링에서 3h 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 소형 V형 원료 혼합기에 넣고 5h 혼합시키며, Ф26mm×6.5mm의 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4.2g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 단광을 벨형 노에서 2.5MPa 압력 하에서 소결하는 바, 소결 온도는 900℃이며, 평균 온도 상승 속도는 5℃/min이고, 소결 과정에서 수고 기체 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 35min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. 제조된 완성품의 성능은 표2에 표시된 바와 같다. As a specific process, the raw materials are blended according to the components shown in Table 1, zinc 2%, airgel (SiO 2 ) 3%, and the excess copper. The mixed powder of copper and nano SiO 2 (2%) is ball milled in high energy ball milling for 3 h, then put into a small V-type raw material mixer with other raw materials and mixed for 5 h, and the powder is dried in a Ф26mm×6.5mm steel mold. Pressing into briquettes of 4.2g/cm3, and sintering briquettes in a bell-type furnace under 2.5MPa pressure, the sintering temperature is 900℃, the average temperature rise rate is 5℃/min, and a labor-gas reducing protective atmosphere during the sintering process The sintering time is 35 min, and finally, it is cooled to room temperature under a protective atmosphere to prepare a finished product. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 2.
실시예3Example 3
그 생산 공정 흐름의 방법은 하기와 같은 바, 즉 원료 배합, 볼밀링, 원료 혼합, 냉압 성형, 가압 소결 및 제품 완료이다. The method of the production process flow is as follows: raw material mixing, ball milling, raw material mixing, cold pressing, pressure sintering and product completion.
구체적인 과정으로는, 표1에 표시된 성분에 따라 원료를 배합하는 바, 아연 4%, 에어로젤(SiO2) 6%, 여분은 구리이다. 구리와 나노 SiO2(1%)의 혼합 분말을 고에너지 볼밀에서 3h 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 소형 V형 원료 혼합기에 넣고 5h 혼합시키며, Ф26mm×6.5mm의 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4.4g/cm4인 단광으로 프레싱하며, 단광을 벨형 노에서 3.5MPa 압력 하에서 소결하는 바, 소결 온도는 800℃이며, 평균 온도 상승 속도는 5℃/min이고, 소결 과정에서 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 40min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. 제조된 완성품의 성능은 표2에 표시된 바와 같다. As a specific process, the raw materials are blended according to the components shown in Table 1, zinc 4%, airgel (SiO 2 ) 6%, and excess copper. The mixed powder of copper and nano SiO 2 (1%) was ball milled in a high energy ball mill for 3 h, then put into a small V-shaped raw material mixer with other raw materials and mixed for 5 h. Pressing with briquettes of g/cm 4 and sintering the briquettes in a bell-shaped furnace under a pressure of 3.5 MPa, the sintering temperature is 800°C, the average temperature rise rate is 5°C/min, and a reducing protective atmosphere is used during the sintering process. , the sintering time is 40 min, and finally, the finished product is prepared by cooling to room temperature under a protective atmosphere. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 2.
실시예4Example 4
그 생산 공정 흐름의 방법은 하기와 같은 바, 즉 원료 배합, 볼밀링, 원료 혼합, 냉압 성형, 가압 소결 및 제품 완료이다. The method of the production process flow is as follows: raw material mixing, ball milling, raw material mixing, cold pressing, pressure sintering and product completion.
구체적인 과정으로는, 표1에 표시된 성분에 따라 원료를 배합하는 바, 아연 1%, 에어로젤(SiO2) 6%, 여분은 구리이다. 구리와 나노 SiO2(4.5%)의 혼합 분말을 고에너지 볼밀에서 3h 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 소형 V형 원료 혼합기에 넣고 3h 혼합시키며, Ф26mm×6.5mm의 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4.6g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 단광을 벨형 노에서 2.0MPa 압력 하에서 소결하는 바, 소결 온도는 850℃이며, 평균 온도 상승 속도는 6℃/min이고, 소결 과정에서 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 30min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. 제조된 완성품의 성능은 표2에 표시된 바와 같다. As a specific process, the raw materials are blended according to the components shown in Table 1,
실시예5Example 5
그 생산 공정 흐름의 방법은 하기와 같은 바, 즉 원료 배합, 볼밀링, 원료 혼합, 냉압 성형, 가압 소결 및 제품 완료이다. The method of the production process flow is as follows: raw material mixing, ball milling, raw material mixing, cold pressing, pressure sintering and product completion.
구체적인 과정으로는, 표1에 표시된 성분에 따라 원료를 배합하는 바, 아연 5%, 에어로젤(SiO2) 4%, 여분은 구리이다. 구리와 나노 SiO2(1%)의 혼합 분말을 고에너지 볼밀에서 3h 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 소형 V형 원료 혼합기에 넣고 4h 혼합시키며, Ф26mm×6.5mm의 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4.8g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 단광을 벨형 노에서 3.0MPa 압력 하에서 소결하는 바, 소결 온도는 950℃이며, 평균 온도 상승 속도는 6℃/min이고, 소결 과정에서 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 35min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. 제조된 완성품의 성능은 표2에 표시된 바와 같다. As a specific process, the raw materials are blended according to the components shown in Table 1,
실시예6Example 6
그 생산 공정 흐름의 방법은 하기와 같은 바, 즉 원료 배합, 볼밀링, 원료 혼합, 냉압 성형, 가압 소결 및 제품 완료이다. The method of the production process flow is as follows: raw material mixing, ball milling, raw material mixing, cold pressing, pressure sintering and product completion.
구체적인 과정으로는, 표1에 표시된 성분에 따라 원료를 배합하는 바, 아연 0.5%, 에어로젤(SiO2) 2%, 여분은 구리이다. 구리와 나노 SiO2(0.5%)의 혼합 분말을 고에너지 볼밀에서 3h 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 소형 V형 원료 혼합기에 넣고 3h 혼합시키며, Ф26mm×6.5mm의 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 5g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 단광을 벨형 노에서 1.0MPa 압력 하에서 소결하는 바, 소결 온도는 1000℃이며, 평균 온도 상승 속도는 4℃/min이고, 소결 과정에서 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 25min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. 제조된 완성품의 성능은 표2에 표시된 바와 같다. As a specific process, the raw material is blended according to the components shown in Table 1, zinc 0.5%, airgel (SiO 2 ) 2%, excess copper. The mixed powder of copper and nano SiO 2 (0.5%) is ball milled in a high energy ball mill for 3 h, then put into a small V-type raw material mixer with other raw materials and mixed for 3 h. Pressing with briquettes of /cm 3 and sintering the briquettes in a bell-type furnace under a pressure of 1.0 MPa, the sintering temperature is 1000 ° C, the average temperature rise rate is 4 ° C / min, and a reducing protective atmosphere is used in the sintering process, The sintering time is 25 min, and finally, it is cooled to room temperature under a protective atmosphere to prepare a finished product. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 2.
실시예7Example 7
그 생산 공정 흐름의 방법은 하기와 같은 바, 즉 원료 배합, 볼밀링, 원료 혼합, 냉압 성형, 가압 소결 및 제품 완료이다. The method of the production process flow is as follows: raw material mixing, ball milling, raw material mixing, cold pressing, pressure sintering and product completion.
구체적인 과정으로는, 표1에 표시된 성분에 따라 원료를 배합하는 바, 아연 10%, 에어로젤(SiO2) 8%, 여분은 구리이다. 구리와 나노 SiO2(0.5%)의 혼합 분말을 고에너지 볼밀에서 3h 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 소형 V형 원료 혼합기에 넣고 3h 혼합시키며, Ф26mm×6.5mm의 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4.5g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 단광을 벨형 노에서 4.0MPa 압력 하에서 소결하는 바, 소결 온도는 800℃이며, 평균 온도 상승 속도는 7℃/min이고, 소결 과정에서 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 40min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조한다. 제조된 완성품의 성능은 표2에 표시된 바와 같다. As a specific process, the raw materials are blended according to the components shown in Table 1,
본 발명은 아연, 마이크론 이산화규소와 나노 이산화규소를 추가하는 것을 통해, 최종적으로 합금의 종합 역학 성능, 내마모와 내열 성능을 향상시키고, 아울러 합금이 양호한 가공 성능을 갖도록 확보하며, 분말 야금의 방법을 통해, 최종적으로 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금을 취득할 수 있다. The present invention finally improves the overall mechanical performance, wear resistance and heat resistance performance of the alloy through the addition of zinc, micron silicon dioxide and nano silicon dioxide, and also ensures that the alloy has good processing performance, a method of powder metallurgy Through this, it is possible to finally obtain a copper-based airgel-reinforced copper alloy.
표2에 표시된 바와 같이, 본 발명에서 제조된 구리계 복합재료 인장 강도는 300MPa 이상이고, 항복 강도는 일상적으로 사용하는 구리계 복합 삼산화이알루미늄 재료와 상당하며, 마모율은 1.6×10-9cm3·J-1 이하이고, 내열 계수는 27900 이상이며, 저항율은 3.2×10-8cm3·J-1 이하이고, 밀도는 8g·cm3 이하이며, 내열성 및 내마모성은 구리계 삼산화이알루미늄 복합재료보다 더욱 훌륭하기 때문에, 해당 재료로 제조한 내마모 부품은 제품 또는 설비가 상대적으로 높은 온도 조건 하에서 장기적으로 정상 작업하는 수요를 만족시킬 수 있다. As shown in Table 2, the tensile strength of the copper-based composite material prepared in the present invention is 300 MPa or more, the yield strength is equivalent to that of the copper-based composite dialuminum trioxide material used daily, and the wear rate is 1.6×10-9 cm 3 J -1 or less, the heat resistance coefficient is 27900 or more, the resistivity is 3.2×10 -8 cm 3 ·J -1 or less, the density is 8 g·cm 3 or less, and the heat resistance and abrasion resistance are better than the copper-based aluminum trioxide composite material Therefore, wear-resistant parts made of the material can satisfy the demand for products or equipment to work normally for a long time under relatively high temperature conditions.
335312 to
335
295280 to
295
18540 to
185
355325 to
355
300290 to
300
207.830.9 to
207.8
8.67.8 to
8.6
에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료의 제조Manufacture of airgel-reinforced aluminum-based composite material
실시예8Example 8
본 실시예에서 제조하는 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료는 200 그램이고, 그 에어로젤 함량은 0.05wt.%이며, 에어로젤 성분은 산화규소이고, 에어로젤 입자의 입경은 0.1 내지 0.5㎛이며, 기질 합금은 1060 순 알루미늄이고, 알루미늄 분말 입도가 250 내지 325메쉬이며, 불순물 함량이 0.5wt.% 이하이다. 구체적인 과정으로는, 무게를 단 에어로젤 입자를 무수 알코올에 넣는 바, 에어로젤과 알코올의 농도 비율은 0.25mg/ml이며, 초음파 세척기에서 10min 동안 초음파 처리를 진행하고, 초음파 전력은 100W이며, 균일하게 분산된 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리를 취득하고, 알루미늄 분말을 상기 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리에 추가시켜, 60min 동안 기계적 교반을 진행하며, 회전 속도는 400r/min이고, 균일하게 혼합된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 취득한다. 이어서 상기 혼합 슬러리를 플라스크에 부어 넣고, 증류를 통해 혼합액 중의 알코올을 제거하며, 증류 온도를 80℃로 제어하고, 완전히 건조된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득한다. 혼합 분말을 몰드에 넣고 150℃까지 가열하여 핫 프레싱으로 블럭을 형성하고, 다시 이에 대하여 열 압출을 진행하는 바, 상기 압출 비율은 16:1이고, 압출 온도는 300℃이다. The airgel-reinforced aluminum-based composite material prepared in this example is 200 grams, the airgel content is 0.05wt.%, the airgel component is silicon oxide, the particle size of the airgel particles is 0.1 to 0.5㎛, and the substrate alloy is 1060 pure It is aluminum, and the particle size of the aluminum powder is 250 to 325 mesh, and the impurity content is 0.5 wt.% or less. As a specific process, the weighed airgel particles are put into anhydrous alcohol, the concentration ratio of the airgel and the alcohol is 0.25mg/ml, the ultrasonic treatment is performed in an ultrasonic cleaner for 10min, the ultrasonic power is 100W, and the dispersion is uniformly to obtain the airgel and alcohol mixed slurry, and aluminum powder is added to the airgel and alcohol mixed slurry, and mechanical stirring is performed for 60 min, the rotation speed is 400 r/min, and uniformly mixed airgel particles and aluminum powder A slurry is obtained. Then, the mixed slurry is poured into a flask, the alcohol in the mixed solution is removed through distillation, the distillation temperature is controlled at 80° C., and a mixed powder of completely dried airgel particles and aluminum powder is obtained. The mixed powder is put into a mold and heated to 150° C. to form a block by hot pressing, and thermal extrusion is performed thereon again. The extrusion ratio is 16:1, and the extrusion temperature is 300° C.
실시예9Example 9
본 실시예에서 제조하는 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료는 1000 그램이고, 그 에어로젤 함량은 0.1wt.%이며, 에어로젤 성분은 산화알루미늄이고, 에어로젤 입자의 입경은 1 내지 5㎛이며, 기질은 2024 알루미늄 합금(입도가 125 내지 175메쉬, 불순물 함량이 0.3wt.% 이하)이다. 구체적인 과정으로는, 무게를 단 에어로젤 입자를 무수 알코올에 넣는 바, 에어로젤과 알코올의 농도 비율은 2mg/ml이며, 초음파 세척기에서 30min 동안 초음파 처리를 진행하고, 초음파 전력은 500W이며, 균일하게 분산된 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리를 취득하고, 알루미늄 분말을 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리에 추가시켜, 60min 동안 기계적 교반을 진행하며, 회전 속도는 500r/min이고, 균일하게 혼합된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 취득한다. 이어서 상기 혼합 슬러리를 비커에 부어 넣고, 증류를 통해 혼합액 중의 알코올을 제거하며, 증류 온도를 80℃로 제어하고, 완전히 건조된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득한다. 혼합 분말을 몰드에 넣고 200℃까지 가열하여 핫 프레싱으로 블럭을 형성하고, 다시 이에 대하여 열 압출을 진행하는 바, 상기 압출 비율은 16:1이고, 압출 온도는 400℃이다. The airgel-reinforced aluminum-based composite material prepared in this example is 1000 grams, the airgel content is 0.1wt.%, the airgel component is aluminum oxide, the particle diameter of the airgel particles is 1 to 5㎛, and the substrate is 2024 aluminum alloy (The particle size is 125 to 175 mesh, and the impurity content is 0.3 wt.% or less). As a specific process, the weighed airgel particles are put into anhydrous alcohol, the concentration ratio of airgel to alcohol is 2mg/ml, and ultrasonication is performed for 30min in an ultrasonic cleaner, ultrasonic power is 500W, and uniformly dispersed Obtain an airgel and alcohol mixed slurry, add aluminum powder to the airgel and alcohol mixed slurry, and proceed with mechanical stirring for 60 min, the rotation speed is 500 r/min, and a uniformly mixed airgel particle and aluminum powder mixed slurry acquire Then, the mixed slurry is poured into a beaker, alcohol in the mixed solution is removed through distillation, the distillation temperature is controlled at 80° C., and a mixed powder of completely dried airgel particles and aluminum powder is obtained. The mixed powder is put into a mold and heated to 200° C. to form a block by hot pressing, and thermal extrusion is performed thereon again. The extrusion ratio is 16:1, and the extrusion temperature is 400° C.
실시예10Example 10
본 실시예에서 제조하는 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료는 5000 그램이고, 그 에어로젤 함량은 1.0wt.%이며, 에어로젤 성분은 산화규소이고, 에어로젤 입자의 입경은 5 내지 20㎛이며, 기질 합금은 1050 알루미늄 합금(입도가 200 내지 270메쉬, 불순물 함량이 0.2wt.% 이하)이다. 구체적인 과정으로는, 무게를 단 에어로젤 입자를 무수 알코올에 넣는 바, 에어로젤과 알코올의 농도 비율은 10mg/ml이며, 초음파 세척기에서 30min 동안 초음파 처리를 진행하고, 초음파 전력은 300W이며, 균일하게 분산된 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리를 취득하고, 알루미늄 분말을 상기 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리에 추가시켜, 30min 동안 기계적 교반을 진행하며, 회전 속도는 300r/min이고, 균일하게 혼합된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 취득한다. 이어서 상기 혼합 슬러리를 삼구 플라스크에 부어 넣고, 감압 증류를 통해 혼합액 중의 알코올을 제거하며, 증류 온도를 80℃로 제어하고, 완전히 건조된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득한다. 혼합 분말을 몰드에 넣고 200℃까지 가열하여 핫 프레싱으로 블럭을 형성하고, 다시 이에 대하여 열 압출을 진행하는 바, 상기 압출 비율은 25:1이고, 압출 온도는 250℃이다. The airgel-reinforced aluminum-based composite material prepared in this example is 5000 grams, the airgel content is 1.0wt.%, the airgel component is silicon oxide, the particle size of the airgel particles is 5 to 20㎛, the substrate alloy is 1050 aluminum It is an alloy (the particle size is 200 to 270 mesh, and the impurity content is 0.2 wt.% or less). As a specific process, the weighed airgel particles are put into anhydrous alcohol, the concentration ratio of airgel and alcohol is 10mg/ml, and ultrasonication is performed for 30min in an ultrasonic cleaner, ultrasonic power is 300W, and uniformly dispersed Obtain an airgel and alcohol mixed slurry, add aluminum powder to the airgel and alcohol mixed slurry, and proceed with mechanical stirring for 30 min, the rotational speed is 300 r/min, uniformly mixed airgel particles and a mixed slurry of aluminum powder to acquire Then, the mixed slurry is poured into a three-necked flask, alcohol in the mixed solution is removed through distillation under reduced pressure, the distillation temperature is controlled at 80° C., and a mixed powder of completely dried airgel particles and aluminum powder is obtained. The mixed powder is put into a mold and heated to 200° C. to form a block by hot pressing, and thermal extrusion is performed thereon again. The extrusion ratio is 25:1, and the extrusion temperature is 250° C.
실시예11Example 11
본 실시예에서 제조하는 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료는 500 그램이고, 그 에어로젤 함량은 2.0wt.%이며, 에어로젤 성분은 산화티타늄이고, 에어로젤 입자의 입경은 10 내지 30㎛이며, 기질 합금은 5052 알루미늄 합금(입도가 60 내지 150메쉬, 불순물 함량이 0.5wt.% 이하)이다. 구체적인 과정으로는, 무게를 단 에어로젤 입자를 무수 알코올에 넣는 바, 에어로젤과 알코올의 농도 비율은 25mg/ml이며, 초음파 세척기에서 60min 동안 초음파 처리를 진행하고, 초음파 전력은 400W이며, 균일하게 분산된 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리를 취득하고, 알루미늄 분말을 상기 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리에 추가시켜, 90min 동안 기계적 교반을 진행하며, 회전 속도는 600r/min이고, 균일하게 혼합된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 취득한다. 이어서 상기 혼합 슬러리를 플라스크에 부어 넣고, 감압 증류를 통해 혼합액 중의 알코올을 제거하며, 증류 온도를 60℃로 제어하고, 완전히 건조된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득한다. 혼합 분말을 몰드에 넣고 200℃까지 가열하여 핫 프레싱으로 블럭을 형성하고, 다시 이에 대하여 열 압출을 진행하는 바, 상기 압출 비율은 25:1이고, 압출 온도는 350℃이다. The airgel-reinforced aluminum-based composite material prepared in this example is 500 grams, the airgel content is 2.0wt.%, the airgel component is titanium oxide, the particle size of the airgel particles is 10 to 30㎛, the substrate alloy is 5052 aluminum It is an alloy (grain size is 60 to 150 mesh, impurity content is 0.5 wt.% or less). As a specific process, the weighed airgel particles are put into anhydrous alcohol, the concentration ratio of the airgel to the alcohol is 25mg/ml, the ultrasonic treatment is performed in an ultrasonic cleaner for 60min, the ultrasonic power is 400W, and the uniformly dispersed Obtain an airgel and alcohol mixed slurry, add aluminum powder to the airgel and alcohol mixed slurry, and proceed with mechanical stirring for 90 min, the rotation speed is 600 r/min, uniformly mixed airgel particles and aluminum powder mixed slurry to acquire Then, the mixed slurry is poured into a flask, the alcohol in the mixed solution is removed through distillation under reduced pressure, the distillation temperature is controlled to 60° C., and a mixed powder of completely dried airgel particles and aluminum powder is obtained. The mixed powder is put into a mold and heated to 200° C. to form a block by hot pressing, and thermal extrusion is performed thereon again. The extrusion ratio is 25:1, and the extrusion temperature is 350° C.
실시예12Example 12
본 실시예에서 제조하는 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료는 500 그램이고, 그 에어로젤 함량은 5.0wt.%이며, 에어로젤 성분은 산화지르코늄이고, 에어로젤 입자의 입경은 20 내지 50㎛이며, 기질은 7075 알루미늄 합금(입도가 120 내지 240메쉬, 불순물 함량이 0.3wt.% 이하)이다. 구체적인 과정으로는, 무게를 단 에어로젤 입자를 무수 알코올에 넣는 바, 에어로젤과 알코올의 농도 비율은 50mg/ml이며, 초음파 세척기에서 60min 동안 초음파 처리를 진행하고, 초음파 전력은 500W이며, 균일하게 분산된 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리를 취득하고, 알루미늄 분말을 상기 에어로젤과 알코올 혼합 슬러리에 추가시켜, 120min 동안 기계적 교반을 진행하며, 회전 속도는 500r/min이고, 균일하게 혼합된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 취득한다. 이어서 상기 혼합 슬러리를 삼구 플라스크에 부어 넣고, 감압 증류를 통해 혼합액 중의 알코올을 제거하며, 증류 온도를 75℃로 제어하고, 완전히 건조된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득한다. 혼합 분말을 몰드에 넣고 200℃까지 가열하여 핫 프레싱으로 블럭을 형성하고, 다시 이에 대하여 열 압출을 진행하는 바, 상기 압출 비율은 10:1이고, 압출 온도는 450℃이다. The airgel-reinforced aluminum-based composite material prepared in this example is 500 grams, the airgel content is 5.0 wt.%, the airgel component is zirconium oxide, the particle size of the airgel particles is 20 to 50㎛, and the substrate is 7075 aluminum alloy (The particle size is 120 to 240 mesh, and the impurity content is 0.3 wt.% or less). As a specific process, the weighed airgel particles are put into anhydrous alcohol, the concentration ratio of airgel and alcohol is 50mg/ml, and ultrasonication is performed for 60min in an ultrasonic cleaner, ultrasonic power is 500W, and uniformly dispersed Airgel and alcohol mixed slurry is obtained, aluminum powder is added to the airgel and alcohol mixed slurry, and mechanical stirring is performed for 120 min, the rotation speed is 500 r/min, uniformly mixed airgel particle and aluminum powder mixed slurry to acquire Then, the mixed slurry is poured into a three-necked flask, alcohol in the mixed solution is removed through distillation under reduced pressure, the distillation temperature is controlled at 75° C., and a mixed powder of completely dried airgel particles and aluminum powder is obtained. The mixed powder is put into a mold and heated to 200° C. to form a block by hot pressing, and thermal extrusion is performed thereon again. The extrusion ratio is 10:1, and the extrusion temperature is 450° C.
상기 실시예8 내지 실시예12에서 제조된 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료의 성능은 표3에 표시된 바와 같다. The performance of the airgel-reinforced aluminum-based composite material prepared in Examples 8 to 12 is as shown in Table 3.
/wt.%Airgel content
/wt.%
/MPatensile strength
/MPa
/MPayield strength
/MPa
/%elongation
/%
/g·cm-3density
/g cm-3
/%IACSelectrical conductivity
/%IACS
취득한 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료의 성능은 표3에 표시된 바와 같다. 제조된 순 알루미늄계 복합재료는, 그 역학 성능이 순 알루미늄 기질보다 우수하고, 밀도가 2.7g·cm-3 이하이며, 전기전도율이 55%IACS 이상이며, 제조된 알루미늄 합금기 복합재료는, 그 역학 성능이 현저히 향상되고, 밀도가 2.75g·cm-3 이하이며, 전도율이 50%IACS 이상이고, 고성능 알루미늄 구성요소 및 전기전도 열전도 성능에 대하여 특수한 수요가 있는 알루미늄 재료의 자동차, 항공우주, 전력 전자 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 구비한다. The performance of the obtained airgel-reinforced aluminum-based composite material is as shown in Table 3. The manufactured pure aluminum-based composite material is superior in mechanical performance to that of a pure aluminum substrate, has a density of 2.7 g·cm -3 or less, and has an electrical conductivity of 55% IACS or more, and the manufactured aluminum alloy-based composite material is Automotive, aerospace, electric power of aluminum materials with significantly improved mechanical performance, density less than 2.75 g cm -3 , conductivity greater than 50% IACS, and special demand for high-performance aluminum components and electrical and thermal conduction performance It has broad application prospects in fields such as electronics.
이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재료의 제조Manufacturing of Silicon Dioxide Airgel Reinforced Copper Composites
실시예13Example 13
이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재의 제조 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다. The method for manufacturing a silicon dioxide airgel reinforced copper composite includes the following steps.
1) 질량 비율에 따라 0.5g의 삼구 플라스크에 친수성 SiO2 에어로젤을 취하고, 10mL의 탈이온수와 15.7mg의 Cu(Ac)2·H2O를 추가시켜, 주파수 40kHz 이하에서 25분 동안 초음파 분산을 진행하며, 1) According to the mass ratio, take the hydrophilic SiO2 airgel in a 0.5 g three-necked flask, add 10 mL of deionized water and 15.7 mg of Cu(Ac) 2 ·H 2 O, and conduct ultrasonic dispersion at a frequency of 40 kHz or less for 25 minutes and
2) 40℃에서 수욕을 진행하고, 60r/min 조건 하에서 기계적 교반을 진행하고, 히드라진 수화물 수용액을 적하시키고, 1h 동안 적하가 완료되며, 2) A water bath at 40° C., mechanical stirring under 60 r/min conditions, an aqueous solution of hydrazine hydrate is added dropwise, and the dropping is completed for 1 h,
3) 반응 종료 후 원심 분리를 진행하고, 고체를 순차적으로 물, 알코올로 세척하며, 각 3회 침지시키되, 매 회10분 진행하며, 원심 분리시키고, 고체를 진공 건조시킨 후 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합 재료를 취득한다.3) After completion of the reaction, centrifugation is performed, and the solid is sequentially washed with water and alcohol, immersed three times each, for 10 minutes each time, centrifuged, and the solid is vacuum-dried, followed by silicon dioxide airgel-reinforced copper Obtain a composite material.
나아가, 단계2)에서, 히드라진 수화물 수용액은 98% 히드라진 1수화물 0.39mL이다. Further, in step 2), the aqueous solution of hydrazine hydrate is 0.39 mL of 98% hydrazine monohydrate.
나아가, 본 발명의 반응 시간은 6h이다. Furthermore, the reaction time of the present invention is 6 h.
실시예14Example 14
이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재의 제조 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다. The method for manufacturing a silicon dioxide airgel reinforced copper composite includes the following steps.
1) 질량 비율에 따라 0.5g의 삼구 플라스크에 친수성 SiO2 에어로젤을 취하고, 20mL의 탈이온수와 78.5mg의 Cu(Ac)2·H2O를 추가시켜, 주파수 60kHz 이하에서 20분 동안 초음파 분산을 진행하며, 1) According to the mass ratio, take the hydrophilic SiO2 airgel in a 0.5 g three-necked flask, add 20 mL of deionized water and 78.5 mg of Cu(Ac) 2 ·H 2 O, and conduct ultrasonic dispersion at a frequency of 60 kHz or less for 20 minutes. and
2) 40℃에서 수욕을 진행하고, 90r/min 조건 하에서 기계적 교반을 진행하고, 히드라진 수화물 수용액을 적하시키고, 1h 동안 적하가 완료되며, 2) A water bath at 40 ° C., mechanical stirring under 90 r/min conditions, an aqueous solution of hydrazine hydrate is added dropwise, and the dropping is completed for 1 h,
3) 반응 종료 후 원심 분리를 진행하고, 고체를 순차적으로 물, 알코올로 세척하며, 각 3회 침지시키되, 매 회12분 진행하며, 원심 분리시키고, 고체를 진공 건조시킨 후 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합 재료를 취득한다. 3) After completion of the reaction, centrifugation is performed, and the solid is sequentially washed with water and alcohol, immersed 3 times each, for 12 minutes each time, centrifuged, and the solid is vacuum-dried, followed by silicon dioxide airgel-reinforced copper Obtain a composite material.
나아가, 단계2)에서, 히드라진 수화물 수용액은 50% 히드라진 1수화물 20mL이다. Further, in step 2), the aqueous solution of hydrazine hydrate is 20 mL of 50% hydrazine monohydrate.
나아가, 본 발명의 반응 시간은 12h이다. Furthermore, the reaction time of the present invention is 12 h.
실시예15Example 15
이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재의 제조 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다. The method for manufacturing a silicon dioxide airgel reinforced copper composite includes the following steps.
1) 질량 비율에 따라 0.5g의 삼구 플라스크에 친수성 SiO2 에어로젤을 취하고, 20mL의 탈이온수와 157mg의 Cu(Ac)2·H2O를 추가시켜, 주파수 100kHz 이하에서 15분 동안 초음파 분산을 진행하며, 1) According to the mass ratio, take the hydrophilic SiO2 airgel in a 0.5 g three-necked flask, add 20 mL of deionized water and 157 mg of Cu(Ac) 2 H 2 O, and conduct ultrasonic dispersion at a frequency of 100 kHz or less for 15 minutes. ,
2) 40℃에서 수욕을 진행하고, 100r/min 조건 하에서 기계적 교반을 진행하고, 히드라진 수화물 수용액을 적하시키고, 1h 동안 적하가 완료되며, 2) A water bath at 40° C., mechanical stirring under 100 r/min condition, an aqueous hydrazine hydrate solution is added dropwise, and the dropping is completed for 1 h,
3) 반응 종료 후 원심 분리를 진행하고, 고체를 순차적으로 물, 알코올로 세척하며, 각 3회 침지시키되, 매 회10분 진행하며, 원심 분리시키고, 고체를 진공 건조시킨 후 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합 재료를 취득한다. 3) After completion of the reaction, centrifugation is performed, and the solid is sequentially washed with water and alcohol, immersed three times each, for 10 minutes each time, centrifuged, and the solid is vacuum-dried, followed by silicon dioxide airgel-reinforced copper Obtain a composite material.
나아가, 단계2)에서, 히드라진 수화물 수용액은 50% 히드라진 1수화물 40mL이다. Further, in step 2), the aqueous solution of hydrazine hydrate is 40 mL of 50% hydrazine monohydrate.
나아가, 본 발명의 반응 시간은 24h이다. Furthermore, the reaction time of the present invention is 24 h.
실시예16Example 16
이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합재의 제조 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다. The method for manufacturing a silicon dioxide airgel reinforced copper composite includes the following steps.
1) 질량 비율에 따라 0.5g의 삼구 플라스크에 친수성 SiO2 에어로젤을 취하고, 50mL의 탈이온수와 235mg의 Cu(Ac)2·H2O를 추가시켜, 주파수 40-120kHz 이하에서 25분 동안 초음파 분산을 진행하며, 1) According to the mass ratio, take the hydrophilic SiO2 airgel in a 0.5 g three-necked flask, add 50 mL of deionized water and 235 mg of Cu(Ac) 2 ·H 2 O, and ultrasonic dispersion at a frequency of 40-120 kHz or less for 25 minutes proceed,
2) 40℃에서 수욕을 진행하고, 130r/min 조건 하에서 기계적 교반을 진행하고, 히드라진 수화물 수용액을 적하시키고, 1h 동안 적하가 완료되며, 2) A water bath at 40° C., mechanical stirring under 130 r/min conditions, an aqueous solution of hydrazine hydrate is added dropwise, and the dropping is completed for 1 h,
3) 반응 종료 후 원심 분리를 진행하고, 고체를 순차적으로 물, 알코올로 세척하며, 각 3회 침지시키되, 매 회15분 진행하며, 원심 분리시키고, 고체를 진공 건조시킨 후 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합 재료를 취득한다. 3) After completion of the reaction, centrifugation is performed, and the solid is sequentially washed with water and alcohol, immersed 3 times each, for 15 minutes each time, centrifuged, and the solid is vacuum-dried, followed by silicon dioxide airgel-reinforced copper Obtain a composite material.
나아가, 단계2)에서, 히드라진 수화물 수용액은 50% 히드라진 1수화물 60mL이다. Further, in step 2), the aqueous solution of hydrazine hydrate is 60 mL of 50% hydrazine monohydrate.
나아가, 본 발명의 반응 시간은 48h이다. Furthermore, the reaction time of the present invention is 48 h.
(mg)Cu(Ac) 2 H 2 O
(mg)
(mL)hydrazine hydrate
(mL)
(h)reaction time
(h)
주: a. 98% 히드라진 1수화물; b. 50% 히드라진 수화물, 장시간 방치하여, 진실한 순도가 낮아짐.Note: a. 98% hydrazine monohydrate; b. 50% hydrazine hydrate, on prolonged standing, the true purity is lowered.
1. 거시적 부피 관찰1. Macroscopic Volume Observation
실시예13-16 중 서로 다른 포함량 Cu@SiO2 분말에 대한 관찰에 의하면, SiO2 에어로젤로 구리를 보강한 후, 관찰하면 거시적 부피가 선명하게 변화하지 않았지만 밀도가 증가하고, 공기 중의 부유 현상이 일정하게 개선되었다. According to the observation of the Cu@SiO 2 powders containing different amounts in Examples 13-16, after reinforcing copper with SiO 2 airgel, the macroscopic volume did not change clearly, but the density increased, and the floating phenomenon in the air was observed. This has been constantly improved.
2. XRD 분석2. XRD analysis
2θ가 43.3°, 50.4°, 74.1°인 위치에서 3개의 선명한 회절 피크가 나타나, 각각 면심입방정(FCC) 구조의 단체 구리(111), (200), (200) 결정면의 회절에 대응된다. 회절 피크는 피크 형상이 뾰족하고, 기타 잡음이 없으며, 이는 구리의 결정도가 아주 훌륭하고 순도가 상대적으로 높다는 것을 설명한다. 구리 포함량 5%인 Cu@SiO2 회절 피크가 선명하지 않고, 결정도가 상대적으로 열악한 것은 환원이 완전하지 못하여 초래된 것일 수 있다. Three sharp diffraction peaks appear at positions where 2θ is 43.3°, 50.4°, and 74.1°, which correspond to the diffraction of single copper (111), (200), and (200) crystal planes of a face-centered cubic (FCC) structure, respectively. The diffraction peak has a sharp peak shape and no other noise, which explains that the crystallinity of copper is very good and the purity is relatively high. The Cu@SiO 2 diffraction peak having a copper content of 5% is not clear and the crystallinity is relatively poor. This may be caused by incomplete reduction.
XRD는 산화구리의 피크를 발견하지 못하였는 바, 이는 CuO가 없거나 아주 적다는 것을 설명한다. XRD did not find a peak of copper oxide, which explains the absence or very little CuO.
도1은 SiO2 에어로젤 및 서로 다른 Cu 포함량의 Cu@SiO2 분말 XRD 스펙트럼도이다. 1 is a SiO 2 airgel and Cu@SiO 2 powder XRD spectrum diagram of different Cu content.
3. 주사 전자 현미경 결과3. Scanning Electron Microscopy Results
도2에 도시된 바와 같이, 구리 포함량이 1%일 때, SiO2 표면에 선명한 구리 나노 입자가 존재하는 것을 발견하지 못하였으며, 포함량이 5-15%일 때, 구리 나노 입자가 SiO2 에어로젤 표면에 증착되고, 크기는 약 100nm이며, 서로 유착이 존재하며, 구리 질량 분율의 증가가 구리 나노 입자의 크기에 대해 미치는 영향은 한정적이며, 증착 두께를 증가시키는 것으로 추정된다. 포함량이 5%인 구리 나노 입자는 이미 완전히 SiO2 에어로젤 구멍을 커버하였다. As shown in FIG. 2, when the copper content was 1%, it was not found that clear copper nanoparticles were present on the SiO 2 surface, and when the content was 5-15%, the copper nanoparticles were SiO 2 airgel surface , the size is about 100 nm, there are adhesions with each other, and the effect of an increase in the copper mass fraction on the size of copper nanoparticles is limited, and it is estimated that the deposition thickness increases. Copper nanoparticles with a content of 5% already completely covered the SiO 2 airgel pores.
본 발명은 구리에 제한되지 않는 바, 예를 들면, 금속에 이산화규소 에어로젤의 추가를 통해 최종적으로 복합재료의 종합 역학 성능을 향상시키고, 최종적으로 이산화규소 에어로젤 보강의 복합재료를 취득할 수 있으며, 본 방법은 한 가지 금속과 한 가지 에어로젤에 제한되지 않고, 이론 상에서 각종의 금속과 에어로젤이 모두 가능하다는 것을 지적하고자 한다. The present invention is not limited to copper, for example, through the addition of silicon dioxide airgel to metal, the overall mechanical performance of the composite material is finally improved, and finally a composite material reinforced with silicon dioxide airgel can be obtained, This method is not limited to one metal and one airgel, and it is intended to point out that, in theory, various metals and airgels are all possible.
탄화규소 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료의 제조Manufacturing of silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material
본 발명의 탄화규소 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료의 제조 단계는 하기와 같다. The manufacturing steps of the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material of the present invention are as follows.
우선, 일정한 배합 비율의 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 15 내지 45min 동안 혼합시키며, 이어서 균일하게 혼합된 분말을 몰드에 넣고 액압기에서 블럭으로 프레싱하며, 알루미늄-탄화규소 에어로젤 중간 합금 블럭을 진공 유도로 중의 알루미늄 액체에 도입시켜 1150 내지 1350℃의 정련 온도에서 정련시키며, 중간 합금 블럭이 융해된 후 스틸 캐스팅 몰드에서 사출 성형시킨다. First, aluminum powder and silicon carbide airgel in a certain mixing ratio are mixed for 15 to 45 minutes in a double cone high-efficiency raw material mixer, then the uniformly mixed powder is put in a mold and pressed into blocks in a hydraulic machine, aluminum-silicon carbide airgel intermediate The alloy block is introduced into the aluminum liquid in a vacuum induction furnace to be refined at a refining temperature of 1150 to 1350° C., and the intermediate alloy block is melted and then injection molded in a steel casting mold.
구체적은 단계는 하기와 같다. The specific steps are as follows.
(1) 중간 합금의 제조: 원료 배합-원료 혼합-냉압 성형; (2) 복합재료의 제조: 진공 정련-사출 성형이다. (1) production of intermediate alloy: raw material mixing-raw material mixing-cold pressing; (2) Manufacture of composite material: vacuum refining-injection molding.
그 구체적인 공정 단계는 아래와 같은 단계들을 포함한다. The specific process steps include the following steps.
원료 배합: 질량 비율에 따라 순 알루미늄 분말과 마이크론 탄화규소 에어로젤(입도 범위가 1 내지 30㎛)을 취하는 바, 그 중에서 에어로젤의 중간 합금 중의 함량은 1 내지 15wt.%이며, Raw material blending: According to the mass ratio, pure aluminum powder and micron silicon carbide airgel (particle size range is 1 to 30 μm) are taken, among which the content in the intermediate alloy of the airgel is 1 to 15 wt.%,
원료 혼합: 더블 콘 고효율 원료 혼합기를 사용하여 배합된 순 알루미늄 분말과 에어로젤을 균일하게 혼합시키되, 혼합 시간은 15 내지 45min이며, Raw material mixing: uniformly mix the blended pure aluminum powder and airgel using a double cone high-efficiency raw material mixer, and the mixing time is 15 to 45 min,
냉압 성형: 스틸 몰드에서 혼합 분말을 중간 합금 블럭으로 프레싱한다. Cold Forming: Pressing the mixed powder into a block of intermediate alloy in a steel mold.
정련: 중간 합금 블럭을 진공 유도로에서 용융된 알루미늄 액체에 투입시켜, 정련 온도 범위는 1150 내지 1350℃이고, 중간 합금 블럭의 융해가 완료된 후 스틸 캐스팅 몰드에서 사출 성형시킨다. Refining: The intermediate alloy block is put into the molten aluminum liquid in a vacuum induction furnace, the refining temperature range is 1150 to 1350° C., and after the melting of the intermediate alloy block is completed, injection molding is performed in a steel casting mold.
실시예17Example 17
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료에 있어서, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소(SiC)이다. In the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material, it includes both an aluminum substrate and a reinforcing phase, wherein the aluminum substrate is pure aluminum, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide (SiC).
그 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤 50%, 여분은 알루미늄이다. Its mass percentage composition is 50% silicon carbide airgel, and the excess is aluminum.
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료의 생산 공정 흐름의 방법은, The method of the production process flow of the silicon carbide airgel reinforced aluminum-based composite material is,
(1) Al-SiC 에어로젤 중간 합금 제조: 원료 배합-원료 혼합-냉압 성형; (2) 복합재료의 제조: 유도로 정련-사출 성형이다. (1) Al-SiC airgel intermediate alloy production: raw material mixing - raw material mixing - cold pressing; (2) Manufacture of composite materials: induction furnace refining-injection molding.
구체적인 과정으로는, 표5 성분에 따라 원료를 배합한다. As a specific process, the raw materials are formulated according to the ingredients in Table 5.
우선, Al-10wt.% SiC 에어로젤 중간 합금을 조제하는 바, 순 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 45min 동안 혼합시키고, 이어서 혼합 분말을 액압기에서 15MPa의 압력으로 블럭으로 프레싱한다. 마지막으로, 목표 성분에 따라 조제한 알루미늄 액체과 Al-10wt.% SiC 중간 합금을 진공 중주파 유도로에 넣고, 1200℃에서 정련을 진행한다. 순 알루미늄이 다 융해된 후, 온도를 1150℃로 낮춘 후 캐스팅한다. 제조된 완성품의 성능은 표6에 표시된 바와 같다. First, Al-10wt.% SiC airgel intermediate alloy is prepared, pure aluminum powder and silicon carbide airgel are mixed for 45 min in a double cone high-efficiency raw material mixer, and then the mixed powder is pressed into blocks at a pressure of 15 MPa in a hydraulic machine . Finally, the aluminum liquid prepared according to the target component and the Al-10wt.% SiC intermediate alloy are put in a vacuum medium frequency induction furnace, and refining is performed at 1200°C. After all the pure aluminum is melted, the temperature is lowered to 1150° C. and then cast. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 6.
실시예18Example 18
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료에 있어서, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄 분말이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소(SiC)이다. In the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material, it includes both an aluminum substrate and a reinforcing phase, wherein the aluminum substrate is pure aluminum powder, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide (SiC).
그 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤 45%, 여분은 알루미늄이다. Its mass percentage composition is 45% silicon carbide airgel, and the excess is aluminum.
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료 생산 공정 흐름의 방법은, (1) Al-SiC 에어로젤 중간 합금 제조: 원료 배합-원료 혼합-냉압 성형; (2) 복합재료의 제조: 유도로 정련-사출 성형이다. The method of the silicon carbide airgel reinforced aluminum-based composite material production process flow is: (1) Al-SiC airgel intermediate alloy production: raw material mixing - raw material mixing - cold pressing; (2) Manufacture of composite materials: induction furnace refining-injection molding.
구체적인 과정으로는, 표5 성분에 따라 원료를 배합한다. As a specific process, the raw materials are formulated according to the ingredients in Table 5.
우선, Al-15wt.% SiC 에어로젤 중간 합금을 조제하는 바, 순 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 45min 동안 혼합시키고, 이어서 혼합 분말을 액압기에서 15MPa의 압력으로 블럭으로 프레싱한다. 마지막으로, 목표 성분에 따라 조제한 음극 알루미늄과 Al-15wt.% SiC 중간 합금을 유도로에 넣고, 1300℃에서 정련을 진행한다. 순 알루미늄이 다 융해된 후, 온도를 1200℃로 낮춘 후 캐스팅한다. 제조된 완성품의 성능은 표6에 표시된 바와 같다. First, Al-15wt.% SiC airgel intermediate alloy is prepared, pure aluminum powder and silicon carbide airgel are mixed for 45 min in a double cone high-efficiency raw material mixer, and then the mixed powder is pressed into blocks at a pressure of 15 MPa in a hydraulic machine . Finally, the aluminum anode prepared according to the target component and the Al-15wt.% SiC intermediate alloy are put into the induction furnace, and refining is performed at 1300°C. After the pure aluminum is completely melted, the temperature is lowered to 1200° C. and then cast. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 6.
실시예19Example 19
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료에 있어서, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄 분말이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소(SiC)이다. In the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material, it includes both an aluminum substrate and a reinforcing phase, wherein the aluminum substrate is pure aluminum powder, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide (SiC).
그 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤 35%, 여분은 알루미늄이다. Its mass percentage composition is 35% silicon carbide airgel, and the excess is aluminum.
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료 생산 공정 흐름의 방법은, (1) Al-SiC 에어로젤 중간 합금 제조: 원료 배합-원료 혼합-냉압 성형; (2) 복합재료의 제조: 유도로 정련-사출 성형이다. The method of the silicon carbide airgel reinforced aluminum-based composite material production process flow is: (1) Al-SiC airgel intermediate alloy production: raw material mixing - raw material mixing - cold pressing; (2) Manufacture of composite materials: induction furnace refining-injection molding.
구체적인 과정으로는, 표5 성분에 따라 원료를 배합한다. As a specific process, the raw materials are formulated according to the ingredients in Table 5.
우선, Al-5wt.% SiC 에어로젤 중간 합금을 조제하는 바, 순 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 45min 동안 혼합시키고, 이어서 혼합 분말을 액압기에서 15MPa의 압력으로 블럭으로 프레싱한다. 마지막으로, 목표 성분에 따라 조제한 음극 알루미늄과 Al-5wt.% SiC 중간 합금을 진공 중주파 유도로에 넣고, 1350℃에서 정련을 진행한다. 순 알루미늄이 다 융해된 후, 온도를 1150℃로 낮춘 후 캐스팅한다. 제조된 완성품의 성능은 표6에 표시된 바와 같다. First, Al-5wt.% SiC airgel intermediate alloy is prepared, pure aluminum powder and silicon carbide airgel are mixed for 45 min in a double cone high-efficiency raw material mixer, and then the mixed powder is pressed into blocks at a pressure of 15 MPa in a hydraulic machine . Finally, the aluminum anode prepared according to the target component and the Al-5wt.% SiC intermediate alloy are put in a vacuum medium frequency induction furnace, and refining is performed at 1350°C. After all the pure aluminum is melted, the temperature is lowered to 1150° C. and then cast. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 6.
실시예20Example 20
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료에 있어서, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄 분말이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소(SiC)이다. In the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material, it includes both an aluminum substrate and a reinforcing phase, wherein the aluminum substrate is pure aluminum powder, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide (SiC).
그 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤 25%, 여분은 알루미늄이다. Its mass percentage composition is silicon carbide airgel 25%, and the excess is aluminum.
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료 생산 공정 흐름의 방법은, (1) Al-SiC 에어로젤 중간 합금 제조: 원료 배합-원료 혼합-냉압 성형; (2) 복합재료의 제조: 유도로 정련-사출 성형이다. The method of the silicon carbide airgel reinforced aluminum-based composite material production process flow is: (1) Al-SiC airgel intermediate alloy production: raw material mixing - raw material mixing - cold pressing; (2) Manufacture of composite materials: induction furnace refining-injection molding.
구체적인 과정으로는, 표5 성분에 따라 원료를 배합한다. As a specific process, the raw materials are formulated according to the ingredients in Table 5.
우선, Al-5wt.% SiC 에어로젤 중간 합금을 조제하는 바, 순 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 45min 동안 혼합시키고, 이어서 혼합 분말을 액압기에서 15MPa의 압력으로 블럭으로 프레싱한다. 마지막으로, 목표 성분에 따라 조제한 음극 알루미늄과 Al-5wt.% SiC 중간 합금을 진공 중주파 유도로에 넣고, 1300℃에서 정련을 진행한다. 순 알루미늄이 다 융해된 후, 온도를 1200℃로 낮춘 후 캐스팅한다. 제조된 완성품의 성능은 표6에 표시된 바와 같다. First, Al-5wt.% SiC airgel intermediate alloy is prepared, pure aluminum powder and silicon carbide airgel are mixed for 45 min in a double cone high-efficiency raw material mixer, and then the mixed powder is pressed into blocks at a pressure of 15 MPa in a hydraulic machine . Finally, the aluminum anode prepared according to the target component and the Al-5wt.% SiC intermediate alloy are put in a vacuum medium frequency induction furnace, and refining is performed at 1300°C. After the pure aluminum is completely melted, the temperature is lowered to 1200° C. and then cast. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 6.
실시예21Example 21
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료에 있어서, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄 분말이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소(SiC)이다. In the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material, it includes both an aluminum substrate and a reinforcing phase, wherein the aluminum substrate is pure aluminum powder, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide (SiC).
그 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤 15%, 여분은 알루미늄이다. Its mass percentage composition is 15% silicon carbide airgel, and the excess is aluminum.
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료 생산 공정 흐름의 방법은, (1) Al-SiC 에어로젤 중간 합금 제조: 원료 배합-원료 혼합-냉압 성형; (2) 복합재료의 제조: 유도로 정련-사출 성형이다. The method of the silicon carbide airgel reinforced aluminum-based composite material production process flow is: (1) Al-SiC airgel intermediate alloy production: raw material mixing - raw material mixing - cold pressing; (2) Manufacture of composite materials: induction furnace refining-injection molding.
구체적인 과정으로는, 표5 성분에 따라 원료를 배합한다. As a specific process, the raw materials are formulated according to the ingredients in Table 5.
우선, Al-10wt.% SiC 에어로젤 중간 합금을 조제하는 바, 순 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 15min 동안 혼합시키고, 이어서 혼합 분말을 액압기에서 15MPa의 압력으로 블럭으로 프레싱한다. 마지막으로, 목표 성분에 따라 조제한 음극 알루미늄과 Al-10wt.% SiC 중간 합금을 진공 중주파 유도로에 넣고, 1350℃에서 정련을 진행한다. 순 알루미늄이 다 융해된 후, 온도를 1150℃로 낮춘 후 캐스팅한다. 제조된 완성품의 성능은 표6에 표시된 바와 같다. First, Al-10wt.% SiC airgel intermediate alloy is prepared, pure aluminum powder and silicon carbide airgel are mixed for 15 min in a double cone high-efficiency raw material mixer, and then the mixed powder is pressed into blocks at a pressure of 15 MPa in a hydraulic machine . Finally, the aluminum anode prepared according to the target component and the Al-10wt.% SiC intermediate alloy are put in a vacuum medium frequency induction furnace, and refining is performed at 1350°C. After all the pure aluminum is melted, the temperature is lowered to 1150° C. and then cast. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 6.
실시예22Example 22
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료에 있어서, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄 분말이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소(SiC)이다. In the silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material, it includes both an aluminum substrate and a reinforcing phase, wherein the aluminum substrate is pure aluminum powder, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide (SiC).
그 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤 5%, 여분은 알루미늄이다. Its mass percentage composition is
탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료 생산 공정 흐름의 방법은, (1) Al-SiC 에어로젤 중간 합금 제조: 원료 배합-원료 혼합-냉압 성형; (2) 복합재료의 제조: 유도로 정련-사출 성형이다. The method of the silicon carbide airgel reinforced aluminum-based composite material production process flow is: (1) Al-SiC airgel intermediate alloy production: raw material mixing - raw material mixing - cold pressing; (2) Manufacture of composite materials: induction furnace refining-injection molding.
구체적인 과정으로는, 표5 성분에 따라 원료를 배합한다. As a specific process, the raw materials are formulated according to the ingredients in Table 5.
우선, Al-5wt.% SiC 에어로젤 중간 합금을 조제하는 바, 순 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 15min 동안 혼합시키고, 이어서 혼합 분말을 액압기에서 15MPa의 압력으로 블럭으로 프레싱한다. 마지막으로, 목표 성분에 따라 조제한 음극 알루미늄과 Al-5wt.% SiC 중간 합금을 진공 중주파 유도로에 넣고, 1350℃에서 정련을 진행한다. 순 알루미늄이 다 융해된 후, 온도를 1150℃로 낮춘 후 캐스팅한다. 제조된 완성품의 성능은 표6에 표시된 바와 같다.First, Al-5wt.% SiC airgel intermediate alloy is prepared. Pure aluminum powder and silicon carbide airgel are mixed for 15 minutes in a double cone high-efficiency raw material mixer, and then the mixed powder is pressed into blocks at a pressure of 15 MPa in a hydraulic machine. . Finally, the aluminum anode prepared according to the target component and the Al-5wt.% SiC intermediate alloy are put in a vacuum medium frequency induction furnace, and refining is performed at 1350°C. After all the pure aluminum is melted, the temperature is lowered to 1150° C. and then cast. The performance of the manufactured finished product is as shown in Table 6.
본 발명은 순 알루미늄에 마이크론 탄화규소 에어로젤의 추가를 통해, 최종적으로 복합재료의 종합 역학 성능을 향상시키고, 최종적으로 탄화규소 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료를 취득할 수 있다. 그리고, 본 발명의 변형 방식으로서, 금속에 마이크론 탄화규소 에어로젤의 추가를 통해, 최종적으로 복합재료의 종합 역학 성능을 향상시키고, 최종적으로 탄화규소 에어로젤 보강 금속계 복합재료를 취득할 수 있다. 그리고, 본 방법은 한 가지 금속과 한 가지 에어로젤에 제한되지 않고, 이론 상에서 각종의 금속과 에어로젤이 모두 가능하다. The present invention can finally improve the overall mechanical performance of the composite material through the addition of micron silicon carbide airgel to pure aluminum, and finally obtain a silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material. And, as a modification of the present invention, through the addition of micron silicon carbide airgel to the metal, the overall mechanical performance of the composite material can be finally improved, and a silicon carbide airgel-reinforced metal-based composite material can be finally obtained. In addition, the present method is not limited to one metal and one airgel, and in theory, various metals and airgel are possible.
고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 제조Manufacture of high-strength, high-conductivity aluminum-based composites
실시예23Example 23
본 실시예에서 제조하는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 총중량은 5000 그램이고, 그 에어로젤 함량을 20.0wt.%(중량백분율, 하기 동일)로 설계하고, 에어로젤 성분은 산화지르코늄이고, 에어로젤 입자의 입경은 10 내지 20㎛이며, 기질 합금은 번호가 1100인 알루미늄 합금이고, 불순물 함량이 0.1wt.% 이하이고, 여분은 Al이다. 구체적인 과정으로는, 일정한 질량의 에어로젤 입자와 순 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜(알루미늄 분말 입도가 200메쉬, 불순물 함량이 0.5wt.% 이하), 에어로젤 함량이 90wt.%인 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득하고, 에어로젤/알루미늄 전구체를 690℃(합금 액상선 30℃보다 약간 높음)의 용융 알루미늄 액체에 넣고, 30min 동안 기계적 교반을 진행하여, 에어로젤이 용융액 중에 균일하게 분포되게 하며, 복합재료 유성물을 720℃(합금 액상선 60℃보다 약간 높음)까지 가열시키고, 그에 대하여 20min의 초음파 처리를 진행하며, 초음파 전력은 2500W이고, 초음파 처리가 종료된 후 보온시키고, 금형에서 사출 성형시켜, 그 에어로젤 함량이 40.0%인 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 단광을 취득한다. 차후 복합 단광에 대하여 열 압출과 냉간 인발을 진행하는 바, 압출 비율이 81:1이고, 인발 비율이 25:1이며, 최종적으로 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 선재를 취득한다. 제조된 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 성능은 표7에 표시된 바와 같다. The total weight of the high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material prepared in this example is 5000 grams, the airgel content is designed to be 20.0 wt.% (weight percentage, the same as below), the airgel component is zirconium oxide, and the particle size of the airgel particles Silver is 10 to 20 μm, the substrate alloy is an aluminum alloy numbered 1100, the impurity content is 0.1 wt.% or less, and the excess is Al. As a specific process, by mixing a certain mass of airgel particles and pure aluminum alloy powder (aluminum powder particle size of 200 mesh, impurity content of 0.5 wt.% or less), an airgel/aluminum precursor with an airgel content of 90 wt.% is obtained and , put the airgel/aluminum precursor into the molten aluminum liquid at 690 ℃ (slightly higher than the
실시예24Example 24
본 실시예에서 제조하는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료는 1000 그램이고, 그 에어로젤 함량을 40.0wt.%(중량백분율, 하기 동일)로 설계하고, 에어로젤 성분은 산화규소이고, 에어로젤 입자의 입경은 15 내지 30㎛이며, 기질 합금은 번호가 1050인 알루미늄 합금이고, 불순물 함량이 0.05wt.% 이하이고, 여분은 Al이다. 구체적인 과정으로는, 일정한 질량의 에어로젤 입자와 순 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜(알루미늄 분말 입도가 325메쉬, 불순물 함량이 0.5wt.% 이하), 에어로젤 함량이 80wt.%인 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득하고, 에어로젤/알루미늄 전구체를 720℃(합금 액상선 60℃보다 약간 높음)의 용융 알루미늄 액체에 넣고, 15min 동안 기계적 교반을 진행하여, 에어로젤이 용융액 중에 균일하게 분포되게 하며, 복합재료 유성물을 680℃(합금 액상선 20℃보다 약간 높음)까지 가열시키고, 그에 대하여 20min의 초음파 처리를 진행하며, 초음파 전력은 1000W이고, 초음파 처리가 종료된 후 보온시키고, 사형에서 사출 성형시켜, 에어로젤 함량이 40.0%인 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 단광을 취득한다. 복합 단광에 대하여 열 압출과 냉간 인발을 진행하는 바, 압출 비율이 81:1이고, 인발 비율이 16:1이며, 최종적으로 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 선재를 취득한다. 제조된 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 성능은 표7에 표시된 바와 같다. The high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material prepared in this example is 1000 grams, and the airgel content is designed to be 40.0 wt.% (weight percentage, the same as below), the airgel component is silicon oxide, and the particle size of the airgel particles is 15 to 30 μm, the substrate alloy is an aluminum alloy numbered 1050, the impurity content is not more than 0.05 wt.%, and the excess is Al. As a specific process, an airgel/aluminum precursor having an airgel content of 80 wt.% is obtained by mixing a certain mass of airgel particles and pure aluminum alloy powder (aluminum powder particle size of 325 mesh, impurity content of 0.5 wt.% or less), and , the airgel/aluminum precursor is placed in a molten aluminum liquid at 720 °C (slightly higher than the alloy liquidus line of 60 °C), mechanically stirred for 15 min, so that the airgel is uniformly distributed in the melt, and the composite oily material is 680 °C (Slightly higher than alloy liquidus 20℃), ultrasonic treatment for 20min is performed thereon, ultrasonic power is 1000W, and after ultrasonication is finished, it is kept warm, and injection molded in sand sand, so that the airgel content is 40.0% Obtain high-strength and high-conductivity aluminum composite material briquettes. Composite briquettes are subjected to hot extrusion and cold drawing, and the extrusion ratio is 81:1, the drawing ratio is 16:1, and finally, a high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material wire is obtained. The performance of the prepared high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material is as shown in Table 7.
실시예25Example 25
본 실시예에서 제조하는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료는 2000 그램이고, 그 에어로젤 함량은 0.1wt.%(중량백분율, 하기 동일)이고, 에어로젤 성분은 산화규소이고, 에어로젤 입자의 입경은 5 내지 10㎛이며, 기질 합금은 ZL101이고, 불순물 함량이 0.2wt.% 이하이며, 여분은 Al이다. 구체적인 과정으로는, 일정한 질량의 에어로젤 입자와 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜(알루미늄 분말 입도가 300메쉬, 불순물 함량이 0.2% 이하), 에어로젤 함량이 1%인 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득하고, 에어로젤/알루미늄 전구체를 595℃(합금 액상선 20℃보다 약간 낮음)의 용융 알루미늄 액체에 넣고, 5min 동안 교반을 진행하여, 에어로젤이 용융액 중에 균일하게 분포되게 하며, 복합재료 유성물을 715℃(합금 액상선 100℃보다 약간 높음)까지 가열시키고, 그에 대하여 5min의 초음파 처리를 진행하며, 초음파 전력은 200W이고, 초음파 처리가 종료된 후 보온시키고, 금형에서 사출 성형시켜, 에어로젤 함량이 0.1%인 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 단광을 취득한다. 제조된 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 성능은 표7에 표시된 바와 같다. The high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material prepared in this example is 2000 grams, the airgel content is 0.1 wt.% (weight percentage, the same as below), the airgel component is silicon oxide, and the particle diameter of the airgel particles is 5 to 10 μm, the substrate alloy is ZL101, the impurity content is 0.2 wt.% or less, and the excess is Al. As a specific process, an airgel/aluminum precursor with an airgel content of 1% is obtained by mixing airgel particles of a certain mass and aluminum alloy powder (aluminum powder particle size is 300 mesh, impurity content is 0.2% or less), and airgel/aluminum The precursor is placed in the molten aluminum liquid at 595°C (slightly lower than the alloy liquidus of 20°C), stirred for 5 min, so that the airgel is uniformly distributed in the melt, and the composite oil is heated to 715°C (alloy liquidus of 100). Slightly higher than ℃), ultrasonic treatment for 5 min is performed thereon, the ultrasonic power is 200 W, and after the ultrasonic treatment is finished, it is kept warm, and injection molded in a mold, high-strength, high-conductivity aluminum with an airgel content of 0.1% Acquire a composite material briquette. The performance of the prepared high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material is as shown in Table 7.
실시예26Example 26
본 실시예에서 제조하는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료는 2000 그램이고, 그 에어로젤 함량은 2.0wt.%(중량백분율, 하기 동일)이고, 에어로젤 성분은 산화티타늄이고, 에어로젤 입자의 입경은 40 내지 50㎛이며, 기질 합금은 ZL203이고, 불순물 함량이 0.2wt.% 이하이며, 여분은 Al이다. 구체적인 과정으로는, 일정한 질량의 에어로젤 입자와 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜(알루미늄 분말 입도가 60메쉬, 불순물 함량이 0.2% 이하), 에어로젤 함량이 10%인 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득하고, 에어로젤/알루미늄 전구체를 600℃(합금 액상선 50℃보다 약간 낮음)의 용융 알루미늄 액체에 넣고, 10min 동안 교반을 진행하여, 에어로젤이 용융액 중에 균일하게 분포되게 하며, 복합재료 유성물을 700℃(액상선 50℃보다 약간 높음)까지 가열시키고, 그에 대하여 10min의 초음파 처리를 진행하며, 초음파 전력은 600W이고, 초음파 처리가 종료된 후 보온시키고, 금형에서 사출 성형시켜, 그 에어로젤 함량이 2.0%인 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 단광을 취득한다. 제조된 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 성능은 표7에 표시된 바와 같다. The high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material prepared in this example is 2000 grams, the airgel content is 2.0 wt.% (weight percentage, the same as below), the airgel component is titanium oxide, and the particle size of the airgel particles is 40 to 50 μm, the substrate alloy is ZL203, the impurity content is 0.2 wt.% or less, and the excess is Al. As a specific process, by mixing airgel particles of a certain mass and aluminum alloy powder (aluminum powder particle size of 60 mesh, impurity content less than 0.2%), an airgel/aluminum precursor having an airgel content of 10% is obtained, and airgel/aluminum The precursor is placed in a molten aluminum liquid at 600°C (slightly lower than the
실시예27Example 27
본 실시예에서 제조하는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료는 5000 그램이고, 그 에어로젤 함량은 5.0wt.%(중량백분율, 하기 동일)이고, 에어로젤 성분은 산화규소이고, 에어로젤 입자의 입경은 0.1 내지 1㎛이며, 기질 합금은 6061이고, 불순물 함량이 0.15wt.% 이하이며, 여분은 Al이다. 구체적인 과정으로는, 일정한 질량의 에어로젤 입자와 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜(알루미늄 분말 입도가 150메쉬, 불순물 함량이 0.2wt.% 이하), 에어로젤 함량이 20wt.%인 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득하고, 에어로젤/알루미늄 전구체를 660℃(합금 액상선 10℃보다 약간 높음)의 용융 알루미늄 액체에 넣고, 15min 동안 교반을 진행하여, 에어로젤이 용융액 중에 균일하게 분포되게 하며, 복합재료 유성물을 730℃(합금 액상선 80℃보다 약간 높음)까지 가열시키고, 그에 대하여 15min의 초음파 처리를 진행하며, 초음파 전력은 2000W이고, 초음파 처리가 종료된 후 보온시키고, 사형에서 사출 성형시켜, 에어로젤 함량이 5.0%인 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 단광을 취득한다. 복합 단광에 대하여 열 압출과 냉간 인발을 진행하는 바, 압출 비율이 81:1이고, 인발 비율이 9:1이며, 최종적으로 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 형재를 취득한다. 제조된 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 성능은 표7에 표시된 바와 같다. The high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material prepared in this example is 5000 grams, the airgel content is 5.0 wt.% (weight percentage, the same as below), the airgel component is silicon oxide, and the particle size of the airgel particles is 0.1 to 1 μm, the substrate alloy is 6061, the impurity content is 0.15 wt.% or less, and the excess is Al. As a specific process, by mixing a certain mass of airgel particles and aluminum alloy powder (aluminum powder particle size of 150 mesh, impurity content of 0.2 wt.% or less), an airgel/aluminum precursor having an airgel content of 20 wt.% is obtained, The airgel/aluminum precursor is placed in the molten aluminum liquid at 660°C (slightly higher than the alloy liquidus line of 10°C), stirred for 15 min, so that the airgel is uniformly distributed in the melt, and the composite material oil is heated to 730°C (alloy) (slightly higher than
실시예28Example 28
본 실시예에서 제조하는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료는 5000 그램이고, 그 에어로젤 함량은 10.0wt.%(중량백분율, 하기 동일)이고, 에어로젤 성분은 산화규소이고, 에어로젤 입자의 입경은 1 내지 5㎛이며, 기질 합금은 5005이고, 불순물 함량이 0.15wt.% 이하이며, 여분은 Al이다. 구체적인 과정으로는, 일정한 질량의 에어로젤 입자와 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜(알루미늄 분말 입도가 100메쉬, 불순물 함량이 0.5wt.% 이하), 에어로젤 함량이 40wt.%인 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득하고, 에어로젤/알루미늄 전구체를 640℃(합금 액상선 10℃보다 약간 낮음)의 용융 알루미늄 액체에 넣고, 20min 동안 기계적 교반을 진행하여, 에어로젤이 용융액 중에 균일하게 분포되게 하며, 용융액을 680℃(합금 액상선 30℃보다 약간 높음)까지 가열시키고, 그에 대하여 15min의 초음파 처리를 진행하며, 초음파 전력은 3000W이고, 초음파 처리가 종료된 후 보온시키고, 사형에서 사출 성형시켜, 에어로젤 함량이 10.0%인 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 단광을 취득한다. 복합 단광에 대하여 열 압출과 냉간 인발을 진행하는 바, 압출 비율이 81:1이고, 인발 비율이 9:1이며, 최종적으로 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료 형재를 취득한다. 제조된 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 성능은 표7에 표시된 바와 같다. The high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material prepared in this example is 5000 grams, the airgel content is 10.0 wt.% (weight percentage, the same as below), the airgel component is silicon oxide, and the particle size of the airgel particles is 1 to 5 μm, the substrate alloy is 5005, the impurity content is 0.15 wt.% or less, and the excess is Al. As a specific process, by mixing a certain mass of airgel particles and aluminum alloy powder (aluminum powder particle size of 100 mesh, impurity content of 0.5 wt.% or less), an airgel/aluminum precursor having an airgel content of 40 wt.% is obtained, The airgel/aluminum precursor is placed in the molten aluminum liquid at 640°C (slightly lower than the alloy liquidus of 10°C), mechanically stirred for 20 min, so that the airgel is uniformly distributed in the melt, and the melt is heated at 680°C (alloy liquidus) (slightly higher than 30 ° C), and subjected to 15 min of sonication, the ultrasonic power is 3000 W, and after the ultrasonic treatment is finished, it is kept warm, and injection molded in sandblasting, high-strength and high-conductivity with an airgel content of 10.0% Acquire aluminum composite material briquettes. Composite briquettes are subjected to hot extrusion and cold drawing. The extrusion ratio is 81:1, the drawing ratio is 9:1, and finally, a high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material is obtained. The performance of the prepared high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material is as shown in Table 7.
본 발명에서 취득하는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료의 성능은 표1에 표시된 바와 같다. 본 발명은 알루미늄 합금의 액체 또는 고체 구간에 교반을 진행하고, 복합재요 융성물에 대한 초음파 처리를 통해, 에어로젤 분포가 균일하고, 조직이 균일한 알루미늄기 복합재를 취득한다. 그리고, 취득한 알루미늄계 복합재료에 대하여 압출, 압연, 인발 등 소성 성형 가공을 진행하여, 진일보로 역학 성능이 더욱 우수한 변형 형태 알루미늄계 복합재료를 취득한다. 본 발명은 서브 마이크론 및 마이크론 입자가 알루미늄 합금 기질에서 균일하고 효과적으로 분산되는 기재적 과제를 해결하고, 공정이 간단하고 생산 원가가 낮은 등 장점을 갖고 있어, 고강도 가전도 알루미늄계 복합재료를 큰 부피 및 대규모로 생산하기에 적합하다. 제조된 복합재료는, 그 역학 성능이 모두 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기질보다 우수하고, 밀도가 모두 2.7g·cm-3 이하이며, 아울러 양호한 전기전도 성능을 유지하고, 고성능 알루미늄 구성요소 및 전기전도 열전도 성능에 대하여 특수한 수요가 있는 알루미늄 재료의 자동차, 항공우주, 전력 전자 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 구비한다. The performance of the high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material obtained in the present invention is as shown in Table 1. The present invention proceeds with agitation in the liquid or solid section of the aluminum alloy, and through the ultrasonic treatment of the composite material molten material, the airgel distribution is uniform, to obtain an aluminum-based composite with a uniform structure. Then, the obtained aluminum-based composite material is subjected to plastic molding processing such as extrusion, rolling, and drawing to obtain a deformed aluminum-based composite material having further excellent mechanical performance. The present invention solves the technical problem that sub-micron and micron particles are uniformly and effectively dispersed in an aluminum alloy substrate, and has advantages such as a simple process and low production cost. It is suitable for large-scale production. The manufactured composite material has all of its mechanical properties superior to that of pure aluminum or aluminum alloy substrate, and has a density of 2.7 g·cm −3 or less, and also maintains good electrical conduction performance, high-performance aluminum component and electric conduction heat conduction. It has broad application prospects in automotive, aerospace, power electronics and other fields of aluminum materials with special demands for performance.
/wt.%Airgel content
/wt.%
/MPatensile strength
/MPa
/MPayield strength
/MPa
/%elongation
/%
/g·cm-3 density
/g cm -3
/%IACSelectrical conductivity
/%IACS
도면을 참조하여 설명한 이상의 각 실시예는 단지 본 출원을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 출원의 범위를 제한하기 위한 것이 아님을 설명하고자 하며, 본 출원의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 본 출원에 대해 진행한 변경 또는 균등한 대체는 모두 본 출원의 범위 내에 포함되어야 하는 것을 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 자명할 것이다. 또한, 문맥 상 달리 명기하지 않는 한, 단수 형식으로 표현된 단어는 복수 형식을 포함하고, 거꾸로도 마찬가지이다. 그리고, 특별히 설명하지 않는 한, 임의의 실시예의 전부 또는 일부는 임의의 기타 실시예의 전부 또는 일부와 결합되어 사용될 수 있다. Each of the above embodiments described with reference to the drawings is intended to explain that it is only for explaining the present application, not for limiting the scope of the present application, and proceeds with respect to the present application without departing from the spirit and scope of the present application It will be apparent to those of ordinary skill in the art that all modifications or equivalent substitutions should be included within the scope of the present application. Also, unless the context dictates otherwise, words expressed in the singular form include the plural form and vice versa. And, unless otherwise specified, all or part of any embodiment may be used in combination with all or part of any other embodiment.
Claims (58)
에어로젤을 취득하는 단계와,
재료 기질로서 금속을 취득하는 단계와,
상기 에어로젤과 상기 금속을 혼합시켜 반응시키는 단계를 포함하되,
상기 에어로젤은 규소산화물, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄, 탄화규소를 포함하는 것이 포함되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. In the method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material,
obtaining an airgel;
obtaining a metal as a material substrate;
Including the step of reacting by mixing the airgel and the metal,
The airgel is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that it comprises silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide, silicon carbide.
상기 혼합 반응 과정은 200 내지 1350℃에서 진행되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. According to claim 1,
The mixing reaction process is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that it proceeds at 200 to 1350 ℃.
에어로젤을 취득하는 단계와,
금속을 취득하는 단계와,
상기 에어로젤과 상기 금속을 혼합시킨 후 프레싱을 진행하는 단계를 포함하되,
프레싱된 산물은 소결, 정련을 진행되거나, 또는 몰드에서 열 압출되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. According to claim 1,
obtaining an airgel;
obtaining a metal;
After mixing the airgel and the metal, including the step of performing pressing,
A method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the pressed product is subjected to sintering, refining, or thermal extrusion in a mold.
상기 금속은 금속 단체, 금속 합금 또는 금속을 함유하는 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. According to claim 1,
The metal is an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that it includes a metal element, a metal alloy, or a salt containing a metal.
상기 금속은 순 알루미늄, 변형 알루미늄 합금 또는 주조 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 5. The method of claim 4,
The metal is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that it comprises pure aluminum, a deformed aluminum alloy or a cast aluminum alloy.
상기 변형 알루미늄 합금 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈 변형 알루미늄 합금이며, 상기 주조 알루미늄 합금 기질 성분은 ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX 또는 ZL4XX 시리즈 주조 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 6. The method of claim 5,
The modified aluminum alloy matrix component is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series modified aluminum alloy, and the cast aluminum alloy matrix component is ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX or ZL4XX series cast aluminum alloy A method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that
상기 에어로젤은 규소산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. According to claim 1,
The airgel is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that selected from silicon oxide.
나노 이산화규소 에어로젤 및 마이크론 이산화규소 에어로젤이 포함하는 규소산화물 에어로젤을 취득하는 단계와,
재료 기질로서 금속 구리를 취득하고, 금속 아연을 취득하는 단계와,
상기 구리와 상기 이산화규소 에어로젤을 연마한 후 상기 아연 및 마이크론 이산화규소 에어로젤과 혼합시키고, 프레싱하여 단광을 취득하는 단계와,
상기 단광을 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. According to claim 1,
obtaining a silicon oxide airgel including nano silicon dioxide airgel and micron silicon dioxide airgel;
obtaining metallic copper as a material substrate and obtaining metallic zinc;
grinding the copper and the silicon dioxide airgel, then mixing it with the zinc and micron silicon dioxide airgel, and pressing to obtain a briquette;
Method for producing an airgel-reinforced metal-based composite material comprising the step of sintering the briquette.
배합 비율에 따라 분말을 취하여, 구리와 나노 이산화규소 혼합 분말을 사전에 유성형 고에너지 볼밀에서 볼밀링하고, 이어서 기타 원료와 함께 V형 혼합기에 넣고 균일하게 혼합시키며, 이어서 스틸 몰드에서 분말을 밀도가 4 내지 5g/cm3인 단광으로 프레싱하며, 마지막으로 단광을 벨형 노에서 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 9. The method of claim 8,
Taking the powder according to the mixing ratio, the copper and nano silicon dioxide mixed powder is ball milled in advance in a planetary high-energy ball mill, then put into a V-type mixer together with other raw materials and mixed uniformly, and then the powder in a steel mold to increase the density 4 to 5 g/cm 3 A method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material comprising the step of pressing into briquettes, and finally sintering the briquettes in a bell-type furnace.
전해 구리, 무화 아연 분말, 마이크론 이산화규소와 나노 이산화규소를 원료로 하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 9. The method of claim 8,
A method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that electrolytic copper, zinc atomization powder, micron silicon dioxide and nano silicon dioxide are used as raw materials.
전해 구리 분말 평균 입도≤74㎛이고, 순도≥99.9wt%이며, 무화 아연 분말의 평균 입도는 40 내지 50㎛이고, 순도≥98wt%이며, 마이크론 SiO2 평균 입도는 40 내지 50㎛이고, 수분 함량≤1wt%이며, 나노 SiO2 평균 입도는 20 내지 40nm인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 11. The method of claim 10,
Electrolytic copper powder average particle size≤74㎛, purity ≥99.9wt%, the average particle size of zinc atomization powder is 40-50㎛, purity≥98wt%, micron SiO 2 average particle size is 40-50㎛, moisture content ≤ 1wt%, and nano SiO 2 Method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the average particle size is 20 to 40 nm.
고에너지 볼밀에서 볼밀링 시간은 2 내지 4h이고, V형 혼합기에서 혼합 시간은 3 내지 5h인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 11. The method of claim 10,
The ball milling time in the high energy ball mill is 2 to 4 h, and the mixing time in the V-type mixer is 3 to 5 h.
단광을 벨형 노에서 소결할 때, 소결 압력은 1.0 내지 4.0MPa이고, 소결 온도는 800 내지 1000℃이며, 평균 온도 상승 속도는 4 내지 7℃/min이고, 소결 과정에서 수소 기체 환원성 보호 분위기를 사용하며, 소결 시간은 20 내지 40min이고, 마지막으로 보호성 분위기 하에서 실온까지 냉각시켜 완성품을 제조하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 13. The method of claim 12,
When the briquette is sintered in a bell-type furnace, the sintering pressure is 1.0 to 4.0 MPa, the sintering temperature is 800 to 1000 ° C, the average temperature rise rate is 4 to 7 ° C / min, and a hydrogen gas reducing protective atmosphere is used in the sintering process and the sintering time is 20 to 40 min, and finally, a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the finished product is manufactured by cooling it to room temperature under a protective atmosphere.
에어로젤을 취득하는 단계와,
재료 기질로서 알루미늄 분말을 취득하는 단계와,
상기 에어로젤과 상기 알루미늄 분말을 혼합시킨 후 프레싱하여 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득하는 단계와,
블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말을 몰드에서 열 압출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. According to claim 1,
obtaining an airgel;
obtaining aluminum powder as a material substrate;
obtaining a mixed powder of block-shaped airgel and aluminum powder by mixing the airgel and the aluminum powder and then pressing;
A method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material comprising the step of thermally extruding a mixed powder of block-shaped airgel and aluminum powder in a mold.
1) 에어로젤 입자를 무수알코올에 투입시켜, 기계적 교반과 초음파 처리를 진행하여, 에어로젤 입자와 알코올의 혼합 슬러리를 취득하는 단계와, 다시 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말을 상기 혼합 슬러리에 추가시켜, 계속하여 기계적 교반과 초음파 처리를 진행하여, 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 취득하는 단계와,
2) 단계1)에서 취득한 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 슬러리를 용기에 넣고, 기계적 교반을 진행하며, 증류로 혼합 슬러리 중의 알코올을 제거하여 완전히 건조된 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득하는 단계와,
3) 단계2)에서 취득한 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 몰드에 넣고, 설정된 온도 하에서 핫 프레싱을 진행하여, 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말을 취득하는 단계와,
4) 단계3)에서 취득한 블럭 형상의 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 혼합 분말을 압출 몰드에 넣고, 설정된 온도와 압출 비율 하에서, 열 압출을 통해 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료를 취득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 15. The method of claim 14,
1) Putting airgel particles into anhydrous alcohol, performing mechanical stirring and ultrasonic treatment to obtain a mixed slurry of airgel particles and alcohol, and again adding pure aluminum or aluminum alloy powder to the mixed slurry, continuously mechanical stirring and ultrasonic treatment to obtain a mixed slurry of airgel particles and aluminum powder;
2) Put the mixed slurry of airgel particles and aluminum powder obtained in step 1) in a container, proceed with mechanical stirring, and remove alcohol in the mixed slurry by distillation to obtain a completely dried mixed powder of airgel particles and aluminum powder Wow,
3) Putting the mixed powder of airgel particles and aluminum powder obtained in step 2) into a mold, and performing hot pressing under a set temperature to obtain a mixed powder of airgel and aluminum powder in block shape;
4) Putting the mixed powder of the block-shaped airgel particles and aluminum powder obtained in step 3) into an extrusion mold, and under the set temperature and extrusion ratio, obtaining an airgel-reinforced aluminum-based composite material through thermal extrusion A method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material.
순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말의 입도는 60 내지 325 메쉬이고, 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말 중의 불순물 함량≤0.5wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 16. The method of claim 15,
The particle size of the pure aluminum or aluminum alloy powder is 60 to 325 mesh, and the content of impurities in the pure aluminum or aluminum alloy powder ≤ 0.5 wt.% Method for producing an airgel-reinforced metal-based composite material.
단계1)에서, 초음파 전력은 100 내지 500W이고, 시간은 10 내지 60min이며, 에어로젤 입자와 알루미늄 분말의 교반 시간은 10 내지 120min인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 17. The method of claim 16,
In step 1), the ultrasonic power is 100 to 500W, the time is 10 to 60min, the stirring time of the airgel particles and the aluminum powder is 10 to 120min The method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that.
단계2)에서, 알코올 제거 시 증류 온도는 60 내지 80℃이며,
단계3)에서, 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말의 핫 프레싱 온도는 200 내지 400℃이며,
단계4)에서, 블럭 형상의 에어로젤과 알루미늄 분말의 혼합 분말의 열 압출의 온도는 200 내지 450℃이고, 압출 비율은 10:1 내지 25:1인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 18. The method of claim 17,
In step 2), the distillation temperature is 60 to 80 ℃ when removing the alcohol,
In step 3), the hot pressing temperature of the mixed powder of airgel and aluminum powder is 200 to 400 ℃,
In step 4), the temperature of the thermal extrusion of the mixed powder of the block-shaped airgel and the aluminum powder is 200 to 450° C., and the extrusion ratio is 10:1 to 25:1. .
1) 질량 비율에 따라 삼구 플라스크에 친수성 SiO2 에어로젤을 취하고, 탈이온수와 Cu(Ac)2·H2O를 추가시켜, 1 내지 25분 동안 초음파 분산을 진행하며,
2) 40℃에서 수욕을 진행하고, 기계적 교반 하에서 히드라진 수화물 수용액을 적하시키고, 1h 동안 적하가 완료되며,
3) 반응 종료 후 원심 분리를 진행하고, 고체를 순차적으로 물, 알코올로 세척하며, 원심 분리시키고, 고체를 진공 건조시킨 후 이산화규소 에어로젤 보강 구리 복합 재료를 취득하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 8. The method of claim 7,
1) Hydrophilic SiO2 airgel is taken in a three-necked flask according to the mass ratio, deionized water and Cu(Ac)2·H2O are added, followed by ultrasonic dispersion for 1 to 25 minutes,
2) proceed with a water bath at 40° C., and an aqueous solution of hydrazine hydrate is added dropwise under mechanical stirring, and the dropping is completed for 1 h;
3) After completion of the reaction, centrifugation is performed, the solid is sequentially washed with water and alcohol, centrifuged, and the solid is vacuum dried, followed by obtaining a silicon dioxide airgel-reinforced copper composite material. The method of manufacturing the material.
단계1)에서, 질량 비율에 따라 취한 친수성 SiO2 에어로젤은 0.5g이고, 추가된 탈이온수 량은 10 내지 50mL이며, 추가된 Cu(Ac)2·H2O 량은 10 내지 250mg인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 20. The method of claim 19,
In step 1), the hydrophilic SiO2 airgel taken according to the mass ratio is 0.5 g, the amount of deionized water added is 10 to 50 mL, and the amount of Cu(Ac) 2 H2O added is 10 to 250 mg Airgel reinforcement, characterized in that A method for manufacturing a metal-based composite material.
단계1)에서, 초음파 분산에 사용하는 초음파 처리기는 주파수 40-120kHz 하에서 초음파 분산 처리를 진행하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 21. The method of claim 20,
In step 1), the ultrasonic processor used for ultrasonic dispersion is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the ultrasonic dispersion process is carried out under a frequency of 40-120 kHz.
단계2)에서, 60 내지 130r/min 조건 하에서 60min 동안 교반을 진행하여 히드라진 수화물 수용액의 적하를 완료하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 22. The method of claim 21,
In step 2), the method for producing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the dropping of the hydrazine hydrate aqueous solution is completed by stirring for 60 min under the conditions of 60 to 130 r/min.
단계2)에서, 히드라진 수화물 수용액은 98% 히드라진 1수화물 또는 50% 히드라진 수화물인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 23. The method of claim 22,
In step 2), the aqueous solution of hydrazine hydrate is 98% hydrazine monohydrate or 50% hydrazine hydrate.
단계3)에서, 물과 알코올로 세척하고 각각 3회 침지시키되, 매 회 10 내지 15분인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 24. The method of claim 23,
In step 3), the method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that it is washed with water and alcohol and immersed 3 times each, for 10 to 15 minutes each time.
탄화규소 에어로젤을 취득하는 단계와,
재료 기질로서 알루미늄 분말을 취득하는 단계와,
상기 에어로젤과 상기 알루미늄 분말을 혼합시킨 후 프레싱하여 블럭으로 제조하는 단계와,
진공 유도로 중의 알루미늄 액체에 도입시켜 정련시키며, 중간 합금 블럭이 융해된 후 스틸 캐스팅 몰드에서 사출 성형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. According to claim 1,
obtaining a silicon carbide airgel;
obtaining aluminum powder as a material substrate;
manufacturing a block by mixing the airgel and the aluminum powder and then pressing;
A method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material comprising the step of introducing into the aluminum liquid in a vacuum induction furnace for refining, and injection molding in a steel casting mold after the intermediate alloy block is melted.
1) 배합 비율에 따라 취한 알루미늄 분말과 탄화규소 에어로젤을 더블 콘 고효율 원료 혼합기에서 혼합시키고,
이어서 균일하게 혼합된 분말을 몰드에 넣고 액압기에서 블럭으로 프레싱하는 중간 합금의 제조 단계와,
2) 알루미늄-탄화규소 에어로젤 중간 합금 블럭을 진공 유도로 중의 알루미늄 액체에 도입시켜 1150 내지 1350℃의 정련 온도에서 정련시키며, 중간 합금 블럭이 융해된 후 스틸 캐스팅 몰드에서 사출 성형시키는 복합 재료의 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 26. The method of claim 25,
1) The aluminum powder and silicon carbide airgel taken according to the mixing ratio are mixed in a double cone high-efficiency raw material mixer,
Then, a step of preparing an intermediate alloy in which the uniformly mixed powder is put into a mold and pressed into a block in a hydraulic press;
2) Manufacturing of a composite material by introducing an aluminum-silicon carbide airgel intermediate alloy block into an aluminum liquid in a vacuum induction furnace, refining it at a refining temperature of 1150 to 1350° C., and injection molding in a steel casting mold after the intermediate alloy block is melted Airgel-reinforced metal-based composite material manufacturing method comprising a.
단계1)에서, 알루미늄 분말은 순 알루미늄 분말인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 27. The method of claim 26,
In step 1), the aluminum powder is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the pure aluminum powder.
단계1)에서, 탄화규소 에어로젤의 입도 범위는 1 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 28. The method of claim 27,
In step 1), the particle size range of the silicon carbide airgel is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that 1 to 30㎛.
단계1)에서, 에어로젤의 중간 합금 중의 함량은 1 내지 15wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 29. The method of claim 28,
In step 1), the content in the intermediate alloy of the airgel is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that 1 to 15wt.%.
단계1)에서, 더블 콘 고효율 원료 혼합기의 분말 혼합 시간은 15 내지 45min인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 30. The method of claim 29,
In step 1), the powder mixing time of the double cone high-efficiency raw material mixer is 15 to 45 min.
단계1)에서, 블럭으로 프레싱되는 것은 스틸 몰드에서 혼합 분말을 중간 합금 블럭으로 프레싱하는 것인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 31. The method of claim 30,
In step 1), the pressing into blocks is a method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that pressing the mixed powder into an intermediate alloy block in a steel mold.
순 알루미늄 분말의 평균 입도≤150㎛이고, 순 알루미늄 중의 불순물 함량≤0.1wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 32. The method of claim 31,
A method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the average particle size of the pure aluminum powder is ≤ 150 μm, and the content of impurities in the pure aluminum is ≤ 0.1 wt.%.
마이크론 탄화규소 에어로젤의 평균 입도는 1 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 33. The method of claim 32,
The method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the average particle size of the micron silicon carbide airgel is 1 to 30㎛.
(1) 일정한 질량의 에어로젤 입자와 순 알루미늄 분말 또는 알루미늄 합금 분말을 혼합시켜, 에어로젤/알루미늄 전구체를 취득하는 단계와,
(2) 단계(1)에서 취득한 전구체를 용융된 알루미늄 액체에 추가시켜, 에어로젤 입자가 알루미늄 융해액에서 균일하게 분포되도록 5 내지 30min 동안 기계적 교반을 진행하는 단계와,
(3) 단계(2)에서 취득한 복합재료 융성물에 대하여 초음파 처리를 진행한 후, 금형 또는 사형에서 사출 성형을 진행하여, 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료를 취득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 6. The method of claim 5,
(1) mixing a certain mass of airgel particles and pure aluminum powder or aluminum alloy powder to obtain an airgel/aluminum precursor;
(2) adding the precursor obtained in step (1) to the molten aluminum liquid, and performing mechanical stirring for 5 to 30 min so that the airgel particles are uniformly distributed in the aluminum melt;
(3) after ultrasonic treatment of the composite material obtained in step (2), and then performing injection molding in a mold or sand sand to obtain a high-strength, high-conductivity aluminum-based composite material A method for manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material.
상기 순 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금 분말의 입도는 60 내지 325 메쉬이고, 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말 중의 불순물 함량≤0.5wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 35. The method of claim 34,
The particle size of the pure aluminum or aluminum alloy powder is 60 to 325 mesh, the method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the impurity content ≤ 0.5wt.% in the pure aluminum or aluminum alloy powder.
단계(1)에서 취득한 에어로젤/알루미늄 전구체에서, 에어로젤의 함량은 1 내지 90wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 36. The method of claim 35,
In the airgel/aluminum precursor obtained in step (1), the airgel content is 1 to 90wt.% A method of manufacturing an airgel-reinforced metallic composite material, characterized in that
단계(2)에서 알루미늄 합금 융해액에 대하여 교반 처리를 진행할 때, 융성물의 온도 범위는 그의 액상선 이하 50℃ 내지 액상선 이상 100℃인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 37. The method of claim 36,
When the stirring treatment is performed on the aluminum alloy melt in step (2), the temperature range of the melt is 50° C. below its liquidus line to 100° C. above the liquidus.
단계(3)에서 복합재료 융성물에 대하여 초음파 처리를 진행할 때, 융성물 온도는 그의 액상선 이상 20 내지 100℃이고, 단위 중량 복합재료 융성물에 대응되는 초음파 전력은 100 내지 1000W/kg이며, 초음파 처리 시간은 5 내지 30min인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료의 제조 방법. 38. The method of claim 37,
When the ultrasonic treatment is performed on the melted composite material in step (3), the temperature of the melt is 20 to 100° C. above its liquidus, and the ultrasonic power corresponding to the melted composite material by unit weight is 100 to 1000 W/kg, The method of manufacturing an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the ultrasonic treatment time is 5 to 30 min.
상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 에어로젤과 금속이 포함되는 원료에 대해 혼합 반응을 진행하여 취득된 것이되, 상기 에어로젤은 규소산화물, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄, 탄화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. In the airgel-reinforced metal-based composite material prepared by the method of claim 1,
The airgel-reinforced metal-based composite material is obtained by performing a mixing reaction with respect to a raw material containing airgel and metal, wherein the airgel is silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide, characterized in that it comprises silicon carbide Airgel-reinforced metal-based composites.
상기 금속은 순 알루미늄, 변형 알루미늄 합금 또는 주조 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 40. The method of claim 39,
The metal is an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that it comprises pure aluminum, a deformed aluminum alloy or a cast aluminum alloy.
상기 변형 알루미늄 합금 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈 변형 알루미늄 합금이며,
상기 주조 알루미늄 합금 기질 성분은 ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX 또는 ZL4XX 시리즈 주조 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 41. The method of claim 40,
The modified aluminum alloy matrix component is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series modified aluminum alloy;
The cast aluminum alloy matrix component is an airgel reinforced metal-based composite material, characterized in that the ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX or ZL4XX series cast aluminum alloy.
상기 에어로젤은 규소산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 40. The method of claim 39,
The airgel is an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that selected from silicon oxide.
상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금이되, 질량백분율로 계산하면, 상기 구리계 에어로젤 보강형 구리 합금은 아연 0.5% 내지 10%, 이산화규소 2% 내지 8%, 및 여분으로 구리를 포함인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 43. The method of claim 42,
The airgel-reinforced metal-based composite material is a copper-based airgel-reinforced copper alloy, and when calculated as a mass percentage, the copper-based airgel-reinforced copper alloy is 0.5% to 10% of zinc, 2% to 8% of silicon dioxide, and extra Airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that it contains copper.
질량백분율로 계산하면, 아연 1% 내지 5%, 이산화규소 3% 내지 6%, 및 여분으로 구리를 포함인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 44. The method of claim 43,
Calculated as a mass percentage, an airgel-reinforced metal-based composite material comprising 1% to 5% of zinc, 3% to 6% of silicon dioxide, and extra copper.
상기 재료는 불순물을 더 포함하되, 불순물의 질량백분율≤0.1%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 45. The method of claim 44,
The material further comprises impurities, airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the mass percentage of impurities ≤ 0.1%.
상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 에어로젤 보강 알루미늄계 복합재료로부터 선택된 것이고,
해당 복합재료의 기질은 순 알루미늄 또는 알루미늄 합금이고,
해당 복합재료의 보강상은 에어로젤이며,
복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.05 내지 5.0wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 40. The method of claim 39,
The airgel-reinforced metal-based composite material is selected from an airgel-reinforced aluminum-based composite material,
The substrate of the composite material is pure aluminum or an aluminum alloy,
The reinforcing phase of the composite material is airgel,
Airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the content of airgel in the composite material is 0.05 to 5.0 wt.%.
상기 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.1 내지 2.0wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 48. The method of claim 47,
Airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the content of airgel in the composite material is 0.1 to 2.0wt.%.
상기 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 1.0wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 49. The method of claim 48,
Airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the content of airgel in the composite material is 1.0wt.%.
상기 복합재료의 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈의 알루미늄 합금이고, 1XXX와 2XXX 내지 8XXX는 1 내지 8 중의 임의의 한 숫자를 시작으로 하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 번호를 표시하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 50. The method of any one of claims 47-49, wherein
The matrix component of the composite material is 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series aluminum alloy, and 1XXX and 2XXX to 8XXX starting with any one number from 1 to 8 Airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that indicating the number of aluminum or aluminum alloy.
상기 에어로젤은 에어로젤 입자이고, 그의 입도는 0.1 내지 50㎛이며, 에어로젤 입자 성분은 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 51. The method of claim 50,
The airgel is an airgel particle, and its particle size is 0.1 to 50㎛, and the airgel particle component is an airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide.
상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료로부터 선택된 것이고, 알루미늄 기질 및 보강상을 모두 포함하며, 알루미늄 기질은 순 알루미늄 분말이고, 보강상은 에어로젤이며, 에어로젤은 탄화규소이며, 탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료의 질량백분율 조성은 탄화규소 에어로젤이 0 내지 50%이고, 여분은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 41. The method of claim 40,
The airgel-reinforced metal-based composite material is selected from silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite materials, and includes both an aluminum substrate and a reinforcing phase, the aluminum substrate is pure aluminum powder, the reinforcing phase is airgel, and the airgel is silicon carbide, The mass percentage composition of the silicon airgel-reinforced aluminum-based composite material is 0-50% of the silicon carbide airgel, and the airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the excess is aluminum.
상기 탄화규소 에어로젤 보강형 알루미늄계 복합재료는 불순물을 더 포함하되, 불순물의 질량백분율≤0.1%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 54. The method of claim 53,
The silicon carbide airgel-reinforced aluminum-based composite material further comprises an impurity, and the airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the impurity mass percentage ≤ 0.1%.
상기 에어로젤 보강 금속계 복합재료는 고강도 고전도 알루미늄계 복합재료로부터 선택된 것이고, 복합재료의 알루미늄 기질은 순 알루미늄, 변형 알루미늄 합금 또는 주조 알루미늄 합금이고, 복합재료의 보강상은 에어로젤이며, 복합재료 중의 에어로젤의 함량은 0.1 내지 40.0wt.%인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 41. The method of claim 40,
The airgel-reinforced metal-based composite material is selected from high-strength and high-conductivity aluminum-based composite materials, the aluminum substrate of the composite material is pure aluminum, a deformed aluminum alloy or a cast aluminum alloy, the reinforcing phase of the composite material is airgel, and the content of airgel in the composite material Airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that silver is 0.1 to 40.0 wt.%.
상기 변형 알루미늄 합금의 기질 성분은 1XXX 시리즈 산업 순 알루미늄 또는 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX 시리즈 변형 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 56. The method of claim 55,
The substrate component of the modified aluminum alloy is an airgel reinforced metal-based composite material, characterized in that 1XXX series industrial pure aluminum or 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX, 8XXX series modified aluminum alloy.
상기 주조 알루미늄 합금의 기질 성분은 ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX 또는 ZL4XX 시리즈 주조 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 56. The method of claim 55,
Airgel-reinforced metal-based composite material, characterized in that the substrate component of the cast aluminum alloy is a ZL1XX, ZL2XX, ZL3XX or ZL4XX series cast aluminum alloy.
상기 에어로젤은 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 또는 산화지르코늄 입자이고, 입경은 0.1 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 에어로젤 보강 금속계 복합재료. 56. The method of claim 55,
The airgel is a silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide particles, the airgel reinforced metal-based composite material, characterized in that the particle diameter is 0.1 to 50㎛.
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