WO2017051992A1 - 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents

탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017051992A1
WO2017051992A1 PCT/KR2015/013637 KR2015013637W WO2017051992A1 WO 2017051992 A1 WO2017051992 A1 WO 2017051992A1 KR 2015013637 W KR2015013637 W KR 2015013637W WO 2017051992 A1 WO2017051992 A1 WO 2017051992A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
silicon carbide
aluminum
carbide tile
tile
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2015/013637
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
류호진
홍순형
박종복
이준호
이상관
이상복
조승찬
조일국
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Original Assignee
Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Korea Institute of Machinery and Materials KIMM, Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST filed Critical Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
Publication of WO2017051992A1 publication Critical patent/WO2017051992A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying

Definitions

  • the present invention relates to a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite and a method for producing the same.
  • Ceramic / metal composites are used as new materials in many fields by combining the advantages of ceramics and metals. Among them, SiC p -reinforced aluminum base composites have very good mechanical and thermal properties. It is used in various fields such as electronics and electronics.
  • SiC / Al composites are used as bulletproof materials because of their excellent mechanical properties such as high strength and hardness and excellent impact resistance.
  • the present invention provides a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite exhibiting improved mechanical properties by improving the interface wettability and interfacial bonding between silicon carbide tiles (SiC tiles) and aluminum (Al).
  • the present invention is a silicon carbide tile, which can prevent the decrease of the interface wettability between silicon carbide tile and aluminum and suppress the formation of Al 4 C 3 through the surface modification of the silicon carbide tile in the manufacture of the silicon carbide tile / aluminum hybrid composite It is to provide a method for producing an aluminum hybrid composite.
  • One aspect of the invention is a silicon carbide tile; And an aluminum containing layer formed on at least a portion of an outer surface of the silicon carbide tile. And a bonding layer between the silicon carbide tile and the aluminum containing layer.
  • the bonding layer may include an oxide layer formed by oxidizing at least a portion of a surface of the silicon carbide tile; A metal plating layer formed by metal electroless plating at least a portion of a surface of the silicon carbide tile; A metal powder coating layer formed by spray coating a metal powder on at least a portion of a surface of the silicon carbide tile; Or a nitride layer formed by nitriding a metal powder coating layer formed on at least a portion of a surface of the silicon carbide tile; It may include.
  • the oxide layer comprises SiO 2
  • the metal plating layer comprises nickel, copper or both
  • the metal powder coating layer comprises silicon powder
  • the nitride layer is Si 3 N 4 may be included.
  • the bonding layer may be Al 4 C 3 -free.
  • preparing a silicon carbide tile Surface modifying at least a portion of the surface of the silicon carbide tile; And forming an aluminum containing layer on the surface modified portion of the silicon carbide tile. It relates to a method for producing a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite comprising a.
  • the surface modification may include oxidizing at least a portion of the surface of the silicon carbide tile to form an oxide layer including SiO 2 .
  • the surface modification may include a metal electroless plating of at least a portion of the surface of the silicon carbide tile to form a metal plating layer, and the metal may be nickel, copper, or both. It may include.
  • the surface modification may include: spray coating silicon powder on at least a portion of the surface of the silicon carbide tile to form a metal powder coating layer including silicon powder, and the thermal spray coating may include a high speed flame Spraying or plasma spraying.
  • the nitride layer comprising a Si 3 N 4 layer by nitriding the silicon powder coating layer Can be formed.
  • the present invention is to solve the degradation of the wettability by controlling the interface between the silicon carbide tile and aluminum when manufacturing a composite using silicon carbide tiles having high hardness and high strength and high specific strength and light aluminum, and improve the bonding strength of the interface It is possible to provide a hybrid composite of silicon carbide tiles / aluminum with improved mechanical properties such as impact resistance and wear resistance.
  • FIG. 1 is an exemplary cross-sectional view of a hybrid hybrid of silicon carbide tile / aluminum according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exemplary cross-sectional view of a hybrid hybrid of silicon carbide tile / aluminum in accordance with another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 exemplarily illustrates a flowchart of a method of manufacturing a hybrid hybrid of silicon carbide tile / aluminum according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 exemplarily illustrates a flowchart of a method of manufacturing a hybrid hybrid of silicon carbide tile / aluminum according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hybrid composite of silicon carbide tile / aluminum according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hybrid composite of silicon carbide tile / aluminum according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hybrid composite of silicon carbide tile / aluminum according to still another embodiment of the present invention.
  • Figure 9 shows the interfacial bonding force of the silicon carbide tile / aluminum hybrid composite prepared by Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • the present invention relates to a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material, and the composite material may exhibit excellent mechanical properties due to improved interfacial properties between the silicon carbide tile and aluminum.
  • the composite material may include a silicon carbide tile and an aluminum containing layer formed on at least a portion of an outer surface of the silicon carbide tile, and include a bonding layer between the silicon carbide tile and the aluminum containing layer. can do.
  • the outer surface may be an outer surface of one side, both sides, or the front surface of the silicon carbide tile, and the at least part may be a part or the whole.
  • the bonding layer may include a surface modification layer formed on at least a portion of the surface of the silicon carbide tile.
  • the surface modification layer may prevent direct contact between silicon carbide and aluminum, and control interface characteristics between the silicon carbide tile and aluminum to provide a stable interfacial structure and improve bonding strength of aluminum.
  • the surface modification layer may be formed on at least a portion of an outer surface of one surface, both surfaces, or a front surface of the silicon carbide tile.
  • the surface modification layer the oxide layer formed by oxidizing at least a portion of the surface of the silicon carbide tile; A metal plating layer formed by metal electroless plating at least a portion of a surface of a silicon carbide tile; A metal powder coating layer formed by thermally coating metal powder on at least a portion of a surface of a silicon carbide tile; Or a nitride layer formed by nitriding a metal powder coating layer formed on at least a portion of a surface of a silicon tile; It may include.
  • the oxide includes SiO 2
  • the metal plating layer includes nickel (Ni), copper (Cu), or both
  • the metal powder coating layer includes silicon powder
  • the nitride layer includes Si 3.
  • N 4 may be included.
  • the surface modification layer may include an interface bonding portion between the surface modification layer and the aluminum containing layer.
  • the interfacial junction portion may comprise an interfacial reaction product between the surface modification layer and aluminum.
  • the interfacial reaction product may vary in kind, concentration, thickness, etc. according to the components of the surface modification layer, the heat applied when the aluminum-containing layer is formed, the pressure, and the method of forming the aluminum-containing layer.
  • the interfacial reaction product may be Al 4 Cl 3 -free.
  • it may be an interfacial reaction product between at least a portion of the metal plating layer and aluminum.
  • the composite material may include an aluminum-containing layer and a bonding layer formed on the front surface of the silicon carbide tile.
  • FIG. 1 relates to a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the composite material 100 is a silicon carbide tile 110.
  • an aluminum containing layer 120 on the front surface of the silicon carbide tile 110 and may include a bonding layer 130 between the silicon carbide tile 110 and the aluminum containing layer 120.
  • the silicon carbide tile 110, the aluminum containing layer 120 and the bonding layer 130 are as mentioned above.
  • the composite material may include an aluminum-containing layer and a bonding layer formed on both sides of the silicon carbide tile.
  • FIG. 2 relates to a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the composite material 200 is a silicon carbide tile 210.
  • an aluminum containing layer 220 formed on both surfaces of the silicon carbide tile 210, and may include a bonding layer 230 between the silicon carbide tile 210 and the aluminum containing layer 220.
  • the silicon carbide tile 210, the aluminum containing layer 220 and the bonding layer 230 are as mentioned above.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite, the method of manufacturing the aluminum carbide and silicon carbide during the production of the composite material by controlling the interfacial properties between the tile and aluminum through the surface modification of the silicon carbide tile Formation of Al 4 C 3 which is an interfacial reaction product of the tile can be suppressed, and the wettability of the composite can be improved.
  • the manufacturing method will be described with reference to FIG. 3, and FIG. 3 relates to a manufacturing method of a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method is a silicon carbide tile. Preparing (S1); Surface modification step (S2); And forming an aluminum containing layer (S3).
  • the manufacturing method is described with reference to Figure 4, the manufacturing method in Figure 4, preparing a silicon carbide tile (S1a); Surface modification by an oxidation treatment (S2a); And forming an aluminum containing layer (S3a).
  • the preparing of the silicon carbide tile (S1a) is a step of preparing and processing the silicon carbide tile according to the size, shape, etc. of the desired silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material.
  • S2a Surface modification by an oxidation process is a step of oxidizing at least a part of the surface of the silicon carbide tile prepared in step S1a to form an oxide layer.
  • step (S2a) 1100 °C or more in the air atmosphere; 1100 ° C. to 1400 ° C .;
  • the oxide carbide layer may be formed by heat treating the silicon carbide tile at a temperature of 1200 ° C. to 1400 ° C. for 2 to 5 hours.
  • the oxide layer, the amorphous SiO 2 can control the thickness according to the heat treatment temperature and time, preferably 200 nm to 800 nm, more preferably 250 nm to 700 nm It is preferable to have a thickness and to be able to suppress Al 4 C 3 when reacting with the aluminum-containing layer when included in the thickness range.
  • Forming the aluminum containing layer (S3a) is a step of forming an aluminum containing layer on the surface-modified portion of the silicon carbide tile after step S2a to form a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite.
  • the aluminum base may include silicon carbide, boron carbide, or both.
  • the oxide layer formed in step S2a prevents direct contact between the silicon carbide tile and the aluminum during formation of the aluminum-containing layer, thereby suppressing the formation of Al 4 C 3 and providing a stable interface structure between the silicon carbide tile and the aluminum.
  • the forming of the aluminum-containing layer (S3a) may be performed by a liquid phase pressing process, sintering, sputtering, or the like.
  • the manufacturing method is described with reference to FIG. 5, and the manufacturing method in FIG. 5 includes the steps of preparing a silicon carbide tile (S1b); Surface modification by plating (S2b); And forming an aluminum containing layer (S3b).
  • Step S1b of preparing the silicon carbide tile is the same as step S1a.
  • S2b is a step of forming a metal plating layer by metal electroless plating at least a portion of the surface of the silicon carbide tile prepared in step (S1b).
  • the metal plating layer including nickel, copper or both, having a thickness of 0.5 ⁇ m to 1.5 ⁇ m, if included in the thickness range can improve the wettability of the aluminum containing layer and silicon carbide tile layer It is preferable because the hardness of the silicon carbide tile layer can be increased.
  • Forming the aluminum containing layer (S3b) is a step of forming an aluminum containing layer on the surface-modified portion of the silicon carbide tile after step S2b to form a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite.
  • the formation of the aluminum containing layer in step S3b may be performed by the same method and components as in step S3a.
  • the metal plating layer formed in step S2b prevents direct contact between the silicon carbide tile and aluminum during formation of the aluminum-containing layer, thereby suppressing the formation of Al 4 C 3 , and interfacial reaction product between the aluminum and the plated metal.
  • Ni x Al y may be formed to improve interfacial bonding force, thereby providing a stable interfacial structure of silicon carbide tiles and aluminum.
  • the manufacturing method is described with reference to Figure 6, the manufacturing method in Figure 6, preparing a silicon carbide tile (S1c); Surface modification by metal powder coating (S2c); And forming an aluminum containing layer (S3c).
  • Step S1c of preparing the silicon carbide tile is the same as step S1a.
  • S2c Surface modification by the metal powder coating is a step of forming a metal powder coating layer by thermally coating the metal powder on at least a portion of the surface of the silicon carbide tile.
  • the metal powder is silicon powder
  • the metal powder coating layer has a thickness of 100 ⁇ m to 250 ⁇ m, when included in the thickness range can improve the wettability of the aluminum-containing layer and silicon carbide tile layer desirable.
  • the thermal spray coating may be carried out by a high-speed flame spray or plasma spray, preferably a plasma spray.
  • the plasma spray may be spray-coated the metal powder using a plasma gas and a heat source including a gas such as argon, nitrogen, hydrogen, helium, and the like.
  • Forming the aluminum containing layer (S3c) is a step of forming an aluminum containing layer on the surface-modified portion of the silicon carbide tile after step S2c to form a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite.
  • the formation of the aluminum containing layer in step S3c may be performed by the same method and components as in step S3a.
  • step (S3c), by the metal powder coating layer formed in step (S2c), for example, the silicon powder coating layer has a high wettability with aluminum, to provide a stable interfacial structure of silicon carbide tiles and aluminum. Can be.
  • the manufacturing method is described with reference to FIG. 7, wherein the manufacturing method includes: preparing a silicon carbide tile (S1d); Surface modification by nitriding treatment (S2d); And forming an aluminum containing layer (S3d).
  • Step S1d of preparing the silicon carbide tile is the same as step S1a.
  • step (S2d) by nitriding, by spray coating a metal powder on at least a portion of the outer surface of the silicon carbide tile prepared in step (S1d) to form a metal powder coating layer, and nitrided the metal powder coating layer to nitride Forming a layer.
  • the nitriding treatment may be performed at 1400 ° C. or higher, preferably 1400 to 1500 ° C. for 1 to 4 hours, preferably 2 to 3 hours in a nitrogen atmosphere, and the nitride layer is heat treated.
  • the thickness can be adjusted according to temperature and time, and preferably has a thickness of 30 ⁇ m to 50 ⁇ m, when included in the thickness range of the effect of delaying the production of Al 4 C 3 in the bonding layer of the aluminum-containing layer and silicon carbide tile layer. It is preferable to bring.
  • the metal powder is silicon powder
  • the nitride layer may include Si 3 N 4 .
  • the step S3d of forming the aluminum containing layer is a step of forming an aluminum containing layer on the surface-modified portion of the silicon carbide tile after step S2d to form a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite.
  • the formation of the aluminum containing layer in step S3d may be performed by the same method and components as in step S3a.
  • step S3d may increase the wettability with aluminum due to the nitride layer formed in step S2d, for example, Si 3 N 4 , and provide a stable interface structure between the silicon carbide tile and aluminum. Can be.
  • the 10 * 10 * 5 mm 3 silicon carbide tiles were oxidized at 1200 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to form an oxide layer having a thickness of 250 nm on the entire surface of the silicon carbide tiles.
  • a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material having an aluminum layer formed on the oxide layer by a liquid pressure process was manufactured.
  • the 10 * 10 * 5 mm 3 silicon carbide tiles were oxidized at 1300 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to form an oxide layer having a thickness of 500 nm on the front surface of the silicon carbide tiles.
  • a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material having an aluminum layer formed on the oxide layer by a liquid pressure process was manufactured.
  • the 10 * 10 * 5 mm 3 silicon carbide tiles were oxidized at 1400 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to form a 700 nm thick oxide layer on the front surface of the silicon carbide tiles.
  • a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material having an aluminum layer formed on the oxide layer by a liquid pressure process was manufactured.
  • the 10 * 10 * 5mm3 size silicon carbide tile was repeatedly spray-coated three times for 90 seconds with 38 ⁇ silicon powder to form a 200 ⁇ thick silicon powder coating layer on the entire surface of the silicon carbide tile.
  • a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material having an aluminum layer formed on the silicon powder coating layer by a liquid pressure process was manufactured.
  • a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material having an aluminum layer on the Si 3 N 4 layer was prepared by a liquid phase pressing process.
  • a 10 * 10 * 5 mm 3 silicon carbide tile was plated at 90-100 ° C. temperature of the electroless plating solution for 15 minutes to form a 1 ⁇ m thick nickel plated layer on the entire surface of the silicon carbide tile.
  • a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material in which an aluminum layer was formed on the nickel plated layer by a liquid pressure process was manufactured.
  • a silicon carbide tile / aluminum hybrid composite material having an aluminum layer formed on the front surface of the silicon carbide tile having no surface modification was prepared by a liquid phase pressing method.
  • Bond strengths of the composites of Examples 1, 3 to 6 and Comparative Example 1 were measured using the standard method for measuring push-out interfacial strength and are shown in FIG. 9.
  • the silicon carbide tile / aluminum hybrid composites of Examples 1 to 6 made of the surface-modified silicon carbide tiles by the method of the present invention are Al 4 C in the bonding layer than the composite of Comparative Example 1
  • the wetting angle is increased and the interfacial bonding force is significantly increased.
  • the interfacial bond strength of the hybrid composite was increased the most.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Finishing Walls (AREA)

Abstract

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

Description

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

Claims (9)

  1. 탄화규소 타일; 및
    상기 탄화규소 타일의 외부면의 적어도 일부분에 형성된 알루미늄 함유층;
    을 포함하고,
    상기 탄화규소 타일 및 알루미늄 함유층 사이에 접합층을 포함하는, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합층은,
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 산화처리하여 형성된 산화물층;
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 금속 무전해 도금하여 형성된 금속 도금층;
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 금속분말을 용사 코팅하여 형성된 금속분말 코팅층; 또는
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 형성된 금속분말 코팅층을 질화 처리하여 형성된 질화물층;
    을 포함하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산화물층은 SiO2을 포함하고,
    상기 금속 도금층은 니켈, 구리 또는 이 둘을 포함하며,
    상기 금속분말 코팅층은 규소 분말을 포함하고,
    상기 질화물층은 Si3N4를 포함하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접합층은 Al4C3-프리인 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재.
  5. 탄화규소 타일을 준비하는 단계;
    상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 표면 개질하는 단계; 및
    상기 탄화규소 타일의 표면 개질된 부분에 알루미늄 함유층을 형성하는 단계;
    를 포함하는,
    탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 산화시켜 SiO2를 포함하는 산화물층을 형성하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분을 금속 무전해 도금하여 금속 도금층을 형성하는 것이고
    상기 금속은, 니켈, 구리 또는 이 둘을 포함하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 규소분말을 용사 코팅하여 규소분말을 포함하는 금속분말 코팅층을 형성하는 것이고,
    상기 용사 코팅은 고속화염 용사 또는 플라즈마 용사에 의하여 수행하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 표면 개질하는 단계는, 상기 탄화규소 타일의 표면의 적어도 일부분에 규소분말을 용사 코팅하여 규소분말 코팅층을 형성한 이후 상기 규소분말 코팅층을 질화 처리하여 Si3N4층을 포함하는 질화물층을 형성하는 것인, 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재의 제조방법.
PCT/KR2015/013637 2015-09-21 2015-12-14 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법 Ceased WO2017051992A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2015-0132793 2015-09-21
KR1020150132793A KR101737218B1 (ko) 2015-09-21 2015-09-21 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017051992A1 true WO2017051992A1 (ko) 2017-03-30

Family

ID=58386115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/013637 Ceased WO2017051992A1 (ko) 2015-09-21 2015-12-14 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101737218B1 (ko)
WO (1) WO2017051992A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1116363A (ja) * 1997-06-25 1999-01-22 Nec Corp スタティックｒａｍ
JP2000141022A (ja) * 1998-11-12 2000-05-23 Denki Kagaku Kogyo Kk 炭化珪素質複合体及びその製造方法
JP2001332668A (ja) * 2000-05-22 2001-11-30 Hitachi Metals Ltd Ａｌ−ＳｉＣ複合体
KR101334503B1 (ko) * 2006-05-09 2013-11-29 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤 알루미늄-탄화규소질 복합체 및 그 가공 방법
KR101512765B1 (ko) * 2014-04-07 2015-04-16 주식회사 티앤머티리얼스 알루미늄 탄화규소질 복합체 성형장치 및 이를 이용한 제조방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001010874A (ja) * 1999-03-27 2001-01-16 Nippon Hybrid Technologies Kk 無機材料とアルミニウムを含む金属との複合材料の製造方法とその関連する製品
JP3826064B2 (ja) * 2002-04-12 2006-09-27 トーカロ株式会社 複合サーメット被覆部材およびその製造方法
JP2012246172A (ja) 2011-05-27 2012-12-13 Toyo Tanso Kk 金属材とセラミックス−炭素複合材との接合体及びその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1116363A (ja) * 1997-06-25 1999-01-22 Nec Corp スタティックｒａｍ
JP2000141022A (ja) * 1998-11-12 2000-05-23 Denki Kagaku Kogyo Kk 炭化珪素質複合体及びその製造方法
JP2001332668A (ja) * 2000-05-22 2001-11-30 Hitachi Metals Ltd Ａｌ−ＳｉＣ複合体
KR101334503B1 (ko) * 2006-05-09 2013-11-29 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤 알루미늄-탄화규소질 복합체 및 그 가공 방법
KR101512765B1 (ko) * 2014-04-07 2015-04-16 주식회사 티앤머티리얼스 알루미늄 탄화규소질 복합체 성형장치 및 이를 이용한 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101737218B1 (ko) 2017-05-17
KR20170034489A (ko) 2017-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101819748B1 (ko) 소성용 세터
AU2002358101A1 (en) Vessel for holding silicon and method of producing the same
CN102884024B (zh) 用于光伏领域的坩埚
WO2018016732A1 (ko) 절삭공구용 경질피막
US5897916A (en) Process for production of coated ceramic member
WO2020009388A1 (ko) 연성동박적층필름 및 이의 제작방법
WO2017051992A1 (ko) 탄화규소 타일/알루미늄 하이브리드 복합재 및 이의 제조방법
WO2022059952A1 (ko) 입방정 질화붕소 분말 및 이의 제조방법
CN109312443B (zh) 带陶瓷覆膜的构件和使用了该构件的玻璃制品的生产设备
JPH1112050A (ja) 積層セラミックス及びその製造方法
WO2017204536A1 (ko) 탄화탄탈 다중코팅 재료 및 그 제조방법
WO2021153850A1 (ko) 고방열성 및 전기절연성을 가지는 pcb용 경사기능성 복합재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 경사기능성 복합재료
WO2023090620A1 (ko) 내마모성과 인성이 우수한 경질피막을 포함하는 절삭공구
WO2013058610A1 (en) Hot plate and method of manufacturing the same
WO2019125000A1 (ko) 내마모성 및 발색력이 우수한 스테인레스 발색 기판 및 이를 위한 스테인레스 기판의 발색방법
JP2002097092A (ja) ＳｉＣ膜被覆ガラス状炭素材およびその製造方法
WO2019124778A1 (ko) 접합 세라믹 및 이의 제조방법
WO2022092361A1 (ko) 고체적율 알루미늄 복합재 및 그 제조방법
JP3966911B2 (ja) 炉内部材及び治具
JPH0789776A (ja) 窒化硼素被覆炭素材料の製造法
WO2019017546A1 (ko) 세라믹 코팅이 적용된 유도가열용 주방용기 및 이의 제작방법
RU2506345C1 (ru) Способ получения медного покрытия на керамической поверхности газодинамическим напылением
JPWO2015025612A1 (ja) 炭素材料及びこの炭素材料を用いた熱処理用治具
WO2024248375A1 (ko) 반도체 제조장치용 엣지 링 및 이의 제조방법
WO2019132309A1 (ko) 열간 프레스 성형용 도금강판과 이를 이용한 열간 프레스 성형품 및 이들의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15904803

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15904803

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1