본문 바로가기
HOME> 보고서 > 보고서 검색상세

보고서 상세정보

결정상 강화 in-situ 벌크 비정질 복합재료 개발
Development of Bulk Metallic Glasses Using Metastable Nano-crystallization

  • 사업명

    21C프론티어연구개발사업

  • 과제명

    결정상 강화 in-situ 벌크 비정질 복합재료 개발

  • 주관연구기관

    한국과학기술연구원
    Korea Institute Of Science and Technology

  • 연구책임자

    에릭플러리

  • 참여연구자

    김기배   김유찬   성도수   권오집   박상옥   이재철   이석우   이병주   이진욱   김영민  

  • 보고서유형

    1단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2005-06

  • 과제시작년도

    2003

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000012440

  • 과제고유번호

    1350010125

  • 키워드

    벌크비정질.비정질기지 복합재료.소성변형.변형유기나노결정화.비정질형성능.나노결정화.분말야금.bulk metallic glass.bulk metallic glass matrix composite.plastic deformation.strain induced nanocrystallizaiton.glass forming ability.nanocrystallization.powder metallugy.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Recently, as m pursumg of scale-down, lightening and multifunctioning of machine parts, it has been requiring a multi functional ...

    Recently, as m pursumg of scale-down, lightening and multifunctioning of machine parts, it has been requiring a multi functional structural metallic materials improving mechanical properties and functionibility two or more times over the existing structural materials. Bulk type amorphous metallic materials are the innovative materials to satisfy such requirements of times, so that they have been world widely studying actively. Bulk type amorphous materials in which their atomic structures becomes to be amorphous are regarded as the next-generation structural metallic materials exceeding limits of physical properties of the existing metallic materials and are estimated as strategic metallic materials the new industry of the future requires after they had been initially reported by Caltech of USA in 1993. However, although bulk type amorphous materials (or bulk type nano composite materials) developed by present have strength and elastic limit higher than 2-4 times III comparing with the existing metallic materials, it is difficult for them to be applied to structural materials because of their abrupt fracture behaviors. Such brittleness IS caused by a formation of shear bands so that it must be resolved to put them to practical use.


    1. 결정상 강화 in-situ 벌크 비정질 복합재료 개발, (한국과학기술연구원 : 에릭플러리) 본 연구에서는 열역학 전산모사기법을 이용하여 결정화거동 및 비정질형성능을 예측하여 새로운 비정질합금을 설계하는데 성공하였다. 설계된 C...

    1. 결정상 강화 in-situ 벌크 비정질 복합재료 개발, (한국과학기술연구원 : 에릭플러리) 본 연구에서는 열역학 전산모사기법을 이용하여 결정화거동 및 비정질형성능을 예측하여 새로운 비정질합금을 설계하는데 성공하였다. 설계된 Cu계 비정질합금은 직경 10mm, 과냉각 액상영역이 115K에 이르는 세계적으로 가장 우수한 비정질 합금으로서 본 연구를 통해 과냉각 액상영역에서의 성형특성을 평가하였으며 여러가지 성형품을 제작하여 그 가능성을 제시하였다. 또한, 강도 및 연성이 동시에 향상되는 Cu 및 Ti계 벌크비정질 기지 복합재료를 설계 제조하여 해외 우수논문 및 특허를 출원하였다. 본 연구를 통해 제조된 비정질기지 복합재료의 강도 및 연성 향상기구를 고분해능 분석 및 전산모사기법을 사용하여 규명하였다. 2. 결정화 제어법을 이용한 준안정상 나노 복합재료 개발 (한국생산기술연구원 : 신승용) 본 연구에서는 Suction casting를 통하여 합금조성과 냉각속도 변화시켜 신율 3%$\cdot$강도 2GPa 이상을 나타내는 새로운 Cu계 비정질합금을 개발하였다 ($Cu_{54}Ni_{6}Zr_{22}Ti_{18}$(GFA =6φ), $Cu_{50}Ni_{7}Zr_{19}Hf_{1}Ti_{21}Nb_{2}$(GFA = 8φ). 한편,열처리를 통한 결정상 강화 in-situ 복합재료의 경우는 큰 강화효과를 얻지 못하였지만 합금의 과냉액상영역 부근에서 거동의 결과를 통해 성형에 필요한 소재원전기술을 확보하였으며,제품화 가공기술 개발의 가능성을 제시하였다. 3. 분말야금법을 이용한 Cu-base 나노결정재료 개발 (포항공과대학교 : 이성학) 본 연구에서는 분말야금법으로 SPS 방법을 이용한 벌크 비정질 합금 제조의 공정 과정,성형조건 등을 제시하였으며,성공적으로 주조합금에 준하는 기계적 성질을 가지면서,큰 크기의 비정질 합금 및 복합재료를 제조할 수 있는 새로운 기술을 개발하였다. 또한 고에너지 전자빔 투사에 의해 비정질 합금 표면복합재료를 성공적으로 제조함으로써 전자빔 투사 중에 일어나는 비정질 표면복합층의 형성과정을 이해하고 비정질 합금의 단점을 보완하면서 비정질 합금의 장점을 궁극적으로 살릴 수 있는 표면복합화에 대한 아이디어를 제시하였다. 이러한 비정질 표면복합재료의 제조는 비정질의 낮은 열전도도를 이용한 열차단 코팅 등 우수한 기계적 성질을 요구하는 구조용 재료에 적용할 수 있는 새로운 가능성을 보여준다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...2
    3. 보고서 초록 ...4
    4. 요약문 ...5
    5. SUMMARY ...9
    6. CONTENTS ...10
    7. 목차 ...13
    8. I. 결정상 강화 in-situ 벌크 비정질 복합재료 개발 ...20
    9. 제1장 연구개발과제의 개요 ...20...
    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...2
    3. 보고서 초록 ...4
    4. 요약문 ...5
    5. SUMMARY ...9
    6. CONTENTS ...10
    7. 목차 ...13
    8. I. 결정상 강화 in-situ 벌크 비정질 복합재료 개발 ...20
    9. 제1장 연구개발과제의 개요 ...20
    10. 제1절 연구의 필요성 ...20
    11. 제2절 연구개발의 최종목표 (l단계,3년) ...21
    12. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...23
    13. 제1절 국내외 연구동향 ...23
    14. 제2절 현 기술상태의 취약성 ...24
    15. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...26
    16. 제l절 결정상 강화 in-situ 벌크 비정질 복합재료 개발 ...26
    17. Chapter1. Introduction ...26
    18. I.1. Metallic glasses ...26
    19. 1.2. Glass formation ...27
    20. 1.3. Formation and thermal stability of metallic glasses with large glass forming abillity ...28
    21. 1.3.1. Kinetics of formation ...30
    22. 1.3.2. Thermodynamics of supercooled glass former liquids ...34
    23. 1.4. Atomic short-range ordering ...37
    24. 1.5. Alloy design ...40
    25. 1.6. Properties ...45
    26. 1.7. Mechanical properties ...46
    27. 1.7.1. Low temperature mechanical properties (T
    28. 1.7.l.a) Relation Young...46
    29. 1.7.l.b) Relation shear stress - shear modulus and yielding ...46
    30. 1.7.1.c) Plastic deformation at low temperature ...48
    31. 1.7.l.d) Enhancement of the plastic deformation ...49
    32. 1.7.2. Mechanical behavior in the supercooled liquid region Tg
    33. ChapterII. Experimental equipments and procedures ...52
    34. II.1 Arc melting with suction casting ...52
    35. II.2. Melt-spinning technique ...53
    36. II.3. X-Ray Diffraction (XRD) ...55
    37. II.4. Differential Scanning Calorimetry (DSC) ...55
    38. II.5. Differential Thermal Analysis (DTA) ...57
    39. II-6. Scanning Electron Microscope (SEM) ...57
    40. II-7. Transmission Electron Microscope (TEM) ...59
    41. II-8. Universal Testing Machine ...59
    42. ChapterIII. Alloy design ...61
    43. III.1. Binary Cu-Zr alloy system ...61
    44. III.1.1. Introduction...61
    45. III.l.2. Cu-Zr phase diagram ...62
    46. III.1.3. Amorphous phase formation and thermal properties of cast Cu-Zr alloys ...63
    47. III.1.4. Thermodynamics approach ...65
    48. llI.1.4.a) Basic relations ...68
    49. III.1.4.b) The enthalpy of mixing ...70
    50. III.1.5. Mechanical properties ...75
    51. III.1.6. Dependence of the plastic deformation with the alloy composition ...79
    52. III.2. Ternary Cu-Zr-AI alloys ...82
    53. III.2.1. Introduction ...82
    54. III.2.2. Thermal properties and GFA ...82
    55. III.2.3. Thermodynamics approach to predict the amorphous phase formation ...87
    56. III.3. Quaternary Cu-Zr-AI-M alloys (M=Ag, Be, Sn) ...91
    57. III.3.1. Introduction ...91
    58. III.3.2. Thermal properties and GFA ...93
    59. III.3.3. Microstructural investigation of the CU43Zr43AhAg7 alloy ...99
    60. III.3.4. Mechanical properties ...103
    61. III.3.4.a) Room temperature compression tests ...103
    62. III.3.4.b) Viscosity properties ...107
    63. III.3.4.c) Forming of bulk metallic glass ...108
    64. III.4 Summary ...112
    65. Chapter IV. Development of particles-reinforced bulk metallic matrix composites ...113
    66. IV.l. Introduction ...113
    67. IV.2. Formation of the in-situ composites ...114
    68. IV.2.1. Experimental procedure ...114
    69. IV.2.2. Microstructures ...115
    70. IV.2.2.a) Cu-Zr-Ti+Ta composites ...115
    71. IV.2.2.b) Ti-Ni-Cu-B-Zr-Sn+W ...117
    72. IV.2.2.c)Spinodal decomposition ...117
    73. IV.3. Phase identification and thermal analyses ...120
    74. IV.4. Mechanical properties ...123
    75. IV.4.1. Cu-Zr-Ti+Ta ...123
    76. IV.4.2. Ti-Ni-Cu-B-Zr-Sn+W ...124
    77. IV.4.3. Deformation mechanism in the in-situ composites ...127
    78. IV.4.4. Modeling of the strength ...128
    79. IV.5. Summary ...131
    80. Chapter V. References ...132
    81. 제2절 비정질의 강화기구 연구 : 위탁기관 (고려대학교) ...137
    82. 1. 서론...137
    83. 2. 실험 방법 ...138
    84. 가. 시편 준비 ...138
    85. 나. 미세조직 관찰 ...139
    86. 다. 유한요소해석 ...139
    87. 3. 실험 결과 ...140
    88. 4. 결과 고찰 ...144
    89. 가. 변형유기 결정화의 에너지적 고찰 ...144
    90. 나. 전단띠의 생성에 미치는 나노결정의 영향 ...147
    91. 다. 활성화에너지와 소성과의 관계 ...148
    92. 5. 결론 ...150
    93. 6. 참고 문헌 ...150
    94. 제3절 전산모사기법을 이용한 비정질/나노 복합재료의 합금설계 및 특성 평가: 위탁기관 (포항공대) ...152
    95. 1. 연구 배경 ...152
    96. 2. 연구 목표 ...152
    97. 3. 연구개발 수행 내용 및 결과 ...153
    98. 가. 비정질로부터 결정화가 일어나는 상의 종류를 예측하기 위한 열역학/속도론적 접근 ...153
    99. 나. 비정질→결정화에 의한 복합소재에서의 핵생성.성장거동, 입계 원자구조, 소성변형거동 및 기계적 특성을 분석하기 위한 원자단위 전산모사(분자동력학) 연구 ...154
    100. (1) 응력유기 결정화 ...154
    101. (2) 비정질/나노 결정립 복합재료 ...155
    102. (3) 나노 결정립이 복합재료의 변형기구 및 기계적 특성에 미치는 영향 ...156
    103. (4) Rule of Mixture의 확인 ...158
    104. 4. 참고 문헌 ...159
    105. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...171
    106. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...172
    107. 제l절 기대성과 ...172
    108. 1. 기술적 측면 ...172
    109. 2. 경제.산업적 측면 ...172
    110. 3. 활용방안 ...172
    111. II. 결정화 제어법을 이용한 준안정상 나노 복합재료 개발 ...173
    112. 제1장 연구개발과제의 개요 ...173
    113. 제1절 연구개발의 목적, 필요성 ...173
    114. 1. 연구개발의 경제.사회.기술적 중요성 ...173
    115. 가. 기술적 측면 ...173
    116. 나. 경제.산업적 측면 ...174
    117. 다. 사회.문화적 측면 ...174
    118. 제2절 연구 목표 및 범위 ...175
    119. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...176
    120. 제l절 국내.외 관련분야 연구개발 현황 ...176
    121. 제2절 현 기술상태 의 취약성 ...178
    122. 제3절 본 연구결과가 국내.외 기술개발현황에서 차지하는 위치 ...178
    123. 1. 새로운 Cu기지 벌크 비정질 합금조성의 발견 ...178
    124. 2. 소재의 원천 특허 확보 및 제품화 기술 개발 기반확립 ...179
    125. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...180
    126. 제l절 문헌 연구 ...180
    127. 1. Cu base 비정질 합금과 Zr base 비정질 합금 비교 ...180
    128. 2. Cu base 비정질 특허 조사 결과 ...182
    129. 제2절 비정질 합금의 탐색 및 제조 ...183
    130. 1. 합금 탐색 방법 ...183
    131. 2. 합금 탐색 범위...183
    132. 3. Cu base 비정질 합금 개발(1차년도, Cu54Ni6Zr22Ti18) ...183
    133. 가. 특허출원 및 등록 내용 ...183
    134. 나 Cu base 비정질 합금의 특징 ...184
    135. (1) Ni 첨가에 따른 CU6o-xNixZr22Til8의 기계적 성질 ...184
    136. (2) CU54Ni6Zr22Til8 비정질 합금의 DSC 및 TTT curve ...184
    137. (3) 개발된 Cu-Ni-Zr-Ti 계 비정질 합금의 과냉 액체 구간 ...184
    138. (4) Cu54Ni6Zr22Til8의 고온 변형 거동(△Tx구간) ...185
    139. (5) Cu54Ni6Zr22Ti18의 결정화에 의한 고온 기계적 거동(△Tx구간에서 유지) ...185
    140. (6) CU54Ni6Zr22Ti18 의 고온 파괴 거동 ...186
    141. (7) Cu54Ni6Zr22Ti18의 고온결정화에 의한 변형 거동 ...186
    142. (8) CU54Ni6Zr22Til8 의 결정화 거동 ...187
    143. 4. Cu base 비정질 합금의 개발(3차년도, CU50Ni7Zrl9HflTi21Nb2) ...199
    144. 가. Cu base 비정질 합금 설계 ...199
    145. 나. Cu base 비정질 합금의 특징 ...199
    146. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...204
    147. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...206
    148. 제6장 참고문헌 ...207
    149. Ill. 분말야금법을 이용한 Cu-base 나노결정재료 개발 ...208
    150. 제l장 연구개발과제의 개요 ...208
    151. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...210
    152. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...212
    153. 제1절 SPS(Spark Plasma Sintering)를 이 용한 벌크 비정질 합금 개발 ...212
    154. 1. Cu-based 비정질 분말 제조 ...212
    155. 1.1. Cu-based 비정질 합금 설계 ...212
    156. 1.2. Cu-based 비정질 분말 제조 ...212
    157. 2. SPS를 이용한 벌크 비정질 함금 제조 ...214
    158. 2.1. SPS를 이용한 고온압축성형 ...214
    159. 2.2. 80 MPa의 압력으로 성형된 비정질 합금 ...216
    160. 2.3. 300 MPa의 압력으로 성형된 비정질 합금 ...219
    161. 2.4. Pure Cu/비절질 복합 재료 ...223
    162. 제2절 고에너지 전자빔을 이용한 비정질 표면복합재료 제조 ...225
    163. 1. 고에너지 전자빔 투사에 의한 제조공정 ...225
    164. 2. Zr/Cu 비정질 표면합금층의 파괴 인성 및 내마모 특성 ...226
    165. 제3절 준안정상의 상 선택기구의 고찰을 통한 Tailoredmicrostructure map 구축 (위탁기관-고려대학교) ...230
    166. 1. DET 장치 설계 및 공정 조건 확립 ...230
    167. 가. DET장치 구성 ...230
    168. (1) Furnace ...230
    169. (2) Motor부 ...230
    170. (3) Blade ...230
    171. (4) Crucible ...230
    172. (5) 분위기 조절 장치 ...230
    173. 나. DET장치 공정조건 확립 ...230
    174. (1) 회전속도에 따른 입도분포의 변화 ...230
    175. (2) Blade형상이 입도분포에 미치는 영향 ...231
    176. (3) 회전시간이 입도 분포에 미치는 영향 ...231
    177. 2. Cu-based 합금의 상변화 거동 관찰 ...233
    178. 가. DET장치 이용한 Cu47Ti33Zr11Ni6Sn2Si1 합금 분말제조 ...233
    179. (1) 분말크기에 따른 과냉 측정...233
    180. (2) 과냉에 따른 상 변화 ...233
    181. (3) XRD 상 분석 ...233
    182. 나. Cu47Ti33Zr11Ni6Sn2Si1 기지내에 pb 입자가 균질하게 분산된 모합금 제조 ...238
    183. 다. DET의 공정 변수를 통한 과냉 제어 ...238
    184. 라. 과냉에 따른 상분석 ...242
    185. 마. 미세조직 관찰 ...242
    186. 바. TEM 관찰을 통한 bright field image와 SADP 분석 ...245
    187. 사. 미소경도 측정 ...249
    188. 아 Microstructure Selection Map 작성 ...249
    189. 3. Cu-based 비정질 합금 복합재료 설계 ...252
    190. 가. Cu-Pb monotectic계를 이용한 상분리 ...252
    191. 나. 미세조직 관찰 ...252
    192. 다. TEM 관찰 ...252
    193. 라. Mapping...253
    194. 마. 열분석 결과 (Arc Melted Specimen) ...253
    195. 바. 열분석 결과 (Suction Casting Specimen) ...256
    196. 사. 상분리 기구 고찰 ...257
    197. 아. Cooling rate의 변화에 따른 미세조직상의 결정상의 분포 변화 분석 ...257
    198. 자. 복합재료의 기계적 특성 평가 ...261
    199. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...263
    200. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...265
    201. 제6장 연구개발과정에서의 수집한 해외과학기술정보 ...266
  • 참고문헌

    1. 전체(0)
    2. 논문(0)
    3. 특허(0)
    4. 보고서(0)

 활용도 분석

  • 상세보기

    amChart 영역
  • 원문보기

    amChart 영역