[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20210122413A - Manufacturing method carbon fiber reinforced metal composites and carbon fiber reinforced aluminum composites manufactured thereby - Google Patents

Manufacturing method carbon fiber reinforced metal composites and carbon fiber reinforced aluminum composites manufactured thereby Download PDF

Info

Publication number
KR20210122413A
KR20210122413A KR1020200039266A KR20200039266A KR20210122413A KR 20210122413 A KR20210122413 A KR 20210122413A KR 1020200039266 A KR1020200039266 A KR 1020200039266A KR 20200039266 A KR20200039266 A KR 20200039266A KR 20210122413 A KR20210122413 A KR 20210122413A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon fiber
metal
powder
composite
aluminum
Prior art date
Application number
KR1020200039266A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102324737B1 (en
Inventor
박영수
허몽영
한웅
강승범
박규순
Original Assignee
재단법인 한국탄소산업진흥원
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 재단법인 한국탄소산업진흥원 filed Critical 재단법인 한국탄소산업진흥원
Priority to KR1020200039266A priority Critical patent/KR102324737B1/en
Publication of KR20210122413A publication Critical patent/KR20210122413A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102324737B1 publication Critical patent/KR102324737B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/14Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/22Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
    • C03C17/23Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C49/00Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a carbon fiber-reinforced metal composite and a carbon fiber-reinforced aluminum composite manufactured thereby. The manufacturing method of a carbon fiber-reinforced metal composite in accordance with the present invention comprises the following steps of: coating silicon oxide (SiO_2) on a carbon fiber; attaching magnesium (Mg) powder to the coated carbon fiber; and mixing metal powder for a composite. Accordingly, the metal melting temperature applied to conventional hybridization of a carbon fiber and a metal can be reduced in manufacturing by using high-temperature local heat generated by a thermite reaction between the silicon oxide (SiO_2) and magnesium (Mg) powder and low wet-ability of a metal to a carbon fiber can be enhanced to produce a carbon fiber-reinforced aluminum composite having excellent interfacial bonding between the two materials.

Description

탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법 및 그로부터 제조된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재{MANUFACTURING METHOD CARBON FIBER REINFORCED METAL COMPOSITES AND CARBON FIBER REINFORCED ALUMINUM COMPOSITES MANUFACTURED THEREBY}Manufacturing method of carbon fiber reinforced metal composite and carbon fiber reinforced aluminum composite manufactured therefrom

본 발명은 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법 및 그로부터 제조된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소섬유에 실리콘산화물(SiO2)을 코팅하고, 상기 코팅된 탄소섬유에 마그네슘(Mg) 분말을 부착시킨 후 복합재용 금속 분말을 혼합하여 제조하되, 상기 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응으로 발생되는 고온의 국부 열을 이용하여 종래 탄소섬유와 금속간 복합화에 적용되는 용탕화 온도를 낮춰 제조하고 탄소섬유에 대한 금속의 낮은 젖음성(wet-ability)을 향상시켜 두 소재사이의 계면결합력이 향상되는 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법 및 그로부터 제조된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a carbon fiber-reinforced metal composite and a carbon fiber-reinforced aluminum composite prepared therefrom, and more particularly, to a carbon fiber coated with silicon oxide (SiO 2 ), and magnesium (Mg) to the coated carbon fiber. ) After attaching the powder, it is prepared by mixing the metal powder for the composite material, but using the high-temperature local heat generated by the thermite reaction of the silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder is used for conventional carbon fiber and intermetallic composite. Manufacturing method of carbon fiber-reinforced metal composite, which is manufactured by lowering the applied molten metalization temperature and improved interfacial bonding strength between two materials by improving the low wet-ability of the metal to carbon fiber, and carbon fiber-reinforced aluminum manufactured therefrom It's about composites.

기계적 강도의 강화 또는 열전도율의 향상 등을 목적으로, 탄소섬유와 매트릭스 금속을 복합화하여 수득되는 여러 가지 탄소-금속 복합재료가 제안되고 있다. For the purpose of strengthening mechanical strength or improving thermal conductivity, various carbon-metal composite materials obtained by compounding carbon fibers and a matrix metal have been proposed.

종래 탄소섬유와 매트릭스 금속의 복합화는 탄소섬유로 형성되는 다공성 프리폼에 용융된 금속을 함침시키는 방법(용융 함침법)이 일반적이나, 상기 방법의 경우에는 용융 금속의 온도가 높은 경우, 용융 금속이 탄소섬유와 젖음성이 나빠서 탄소섬유가 쉽게 응집되고, 교반 과정 중에 다량의 기공과 불순물이 유입될 수 있고, 알루미늄과 탄소섬유 계면에서는 바람직하지 못한 생성물이 발생하게 되는 문제점이 있다. 예를 들어, 용융 알루미늄이 탄소섬유와 반응하는 경우, 조해성(潮解性)의 탄화 알루미늄 Al4C3이 생성된다.Conventional composite of carbon fiber and matrix metal is a method of impregnating a molten metal in a porous preform formed of carbon fiber (melt impregnation method), but in the case of this method, when the temperature of the molten metal is high, the molten metal is carbon There are problems in that carbon fibers are easily aggregated due to poor wettability with fibers, a large amount of pores and impurities may be introduced during the stirring process, and undesirable products are generated at the interface between aluminum and carbon fibers. For example, when molten aluminum reacts with carbon fiber, deliquescent aluminum carbide Al 4 C 3 is produced.

대표적인 탄소-금속 복합재료로서 금속 매트릭스로서 알루미늄 기지 금속 내부에 탄소섬유를 강화재로 균일하게 분산시킨 복합재료인 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 경량이면서 강도와 강성이 높고, 전기전도도와 열전도도가 우수하며, 열팽창계수가 낮고, 내마모성과 고온특성이 우수하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점을 가지는 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 자동차, 항공기 등과 같은 수송기기용 구조재, 기계산업 소재, 토목건축분야 소재, 에너지분야 소재, 레져와 스포츠용 소재, 전기전자재료 등 광범위한 산업 분야에서 관심이 대두되고 있다.As a representative carbon-metal composite material, carbon fiber-reinforced aluminum composite, a composite material in which carbon fibers are uniformly dispersed as a reinforcing material in an aluminum matrix metal as a metal matrix, is lightweight, high in strength and rigidity, and has excellent electrical and thermal conductivity, It has advantages of low coefficient of thermal expansion and excellent wear resistance and high temperature characteristics. Carbon fiber-reinforced aluminum composites with these advantages are of interest in a wide range of industries, such as structural materials for transport devices such as automobiles and aircraft, materials for machinery industry, materials for civil engineering and construction, materials for energy, materials for leisure and sports, and electrical and electronic materials. have.

상기의 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재의 열적, 전기적 및 기계적 특성은 알루미늄 기지 금속 내부에 탄소섬유 강화재의 균일분산기술, 알루미늄과 탄소섬유 계면의 결합강도 향상기술 및 복합재 내부결함의 억제기술 등에 의해 좌우될 수 있다. 또한, 첨가되는 탄소섬유의 종류, 크기, 형상, 부피분율 및 제조공정 등에 의해 특성이 좌우될 수 있다. The thermal, electrical and mechanical properties of the carbon fiber reinforced aluminum composite material can be influenced by the uniform dispersion technology of the carbon fiber reinforcement in the aluminum matrix metal, the bonding strength improvement technology at the aluminum and carbon fiber interface, and the suppression technology of internal defects of the composite material. have. In addition, the characteristics may be influenced by the type, size, shape, volume fraction, and manufacturing process of the added carbon fiber.

탄소섬유 강화 알루미늄 복합재의 제조공정 기술은 크게, 기지재인 알루미늄을 고체 상태에서 제조하는 고상 제조공정과 액체 상태에서 제조하는 액상 제조공정으로 분류할 수 있다.The manufacturing process technology of carbon fiber reinforced aluminum composite material can be broadly classified into a solid-phase manufacturing process of manufacturing aluminum, which is a base material, in a solid state, and a liquid-phase manufacturing process of manufacturing it in a liquid state.

상기 고상 제조공정은 알루미늄 기지금속을 용융하지 않고 고상 상태에서 제조하는 방법으로, 대표적으로 분말야금공정, 확산접합공정, 분무성형공정 등이 포함될 수 있다. 고상 제조공정은 액상 제조공정에 대비하여 복합재의 기계적 특성이 우수하다는 장점은 있지만, 제조가격이 비싸고 대량생산이 어렵다는 단점이 있다.The solid-state manufacturing process is a method of manufacturing in a solid state without melting the aluminum base metal, and may include, for example, a powder metallurgy process, a diffusion bonding process, a spray molding process, and the like. The solid-state manufacturing process has advantages in that the mechanical properties of the composite are superior to that of the liquid-phase manufacturing process, but has disadvantages in that it is expensive to manufacture and difficult to mass-produce.

상기 액상 제조공정은 용융 알루미늄을 원료로 사용하는 방법으로, 대표적으로 교반주조법 (Stir casting), 혼합주조법 (Compocasting), 가압주조법 (Squeeze casting), 함침법 (Infiltration) 등이 포함될 수 있다. 상기한 액상 제조공정 중에서도 교반주조법(Stir casting)은 공정 자체가 매우 단순하고, 실형상 성형이 가능하여 대량생산에 적합하다고 평가받고 있다. The liquid phase manufacturing process is a method using molten aluminum as a raw material, and may include, typically, stir casting, mixing casting, squeeze casting, infiltration, and the like. Among the above-described liquid manufacturing processes, stir casting is evaluated as suitable for mass production because the process itself is very simple and can be molded into a thread shape.

그러나, 액상 제조공정 특성상 알루미늄과 탄소섬유의 밀도차가 크고, 용융 알루미늄에 의한 탄소의 젖음성이 나빠서 탄소섬유가 쉽게 응집되고, 교반 과정 중에 다량의 기공과 불순물이 유입될 수 있고, 알루미늄과 탄소섬유 계면에서는 취약한 Al4C3 상이 쉽게 형성된다는 단점이 지적되어 왔다. However, due to the characteristics of the liquid phase manufacturing process, the difference in density between aluminum and carbon fibers is large, and the wettability of carbon by molten aluminum is poor, so carbon fibers are easily agglomerated, a large amount of pores and impurities can be introduced during the stirring process, and the interface between aluminum and carbon fibers has been pointed out that the weak Al 4 C 3 phase is easily formed.

이에 특허문헌 1은 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재의 상용화를 위한 대량 생산 방법에 대한 방법으로서, 교반주조법 (Stir casting)을 적용하되, 액상 알루미늄에 전류를 공급하면서 탄소섬유를 투입함으로써 알루미늄에 대한 탄소의 접촉각을 감소시켜 용융 알루미늄 내부에서 탄소의 젖음성이 향상되어 탄소섬유의 자발적 분산이 가능하므로 알루미늄 기지 금속 내부에 탄소섬유가 균일하게 분포된 복합재를 수득할 수 있고, 알루미늄과 탄소섬유의 계면에서 알루미늄 탄화물(Al4C3) 상이 형성되지 않으므로 복합재의 기계적 물성을 향상시키는 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재 제조방법을 개시하고 있다.Accordingly, Patent Document 1 is a method for mass production for the commercialization of carbon fiber-reinforced aluminum composites, wherein stir casting is applied, but the contact angle of carbon to aluminum by inputting carbon fibers while supplying current to liquid aluminum. Since the carbon fiber can be spontaneously dispersed by reducing the amount of carbon in the molten aluminum, it is possible to obtain a composite material in which carbon fibers are uniformly distributed inside the aluminum matrix metal, and aluminum carbide ( Al 4 C 3 ) Since the phase is not formed, a carbon fiber reinforced aluminum composite material manufacturing method for improving the mechanical properties of the composite material is disclosed.

따라서, 액상 제조공정에 의해 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재를 제조하는 방법으로서 액상 알루미늄에 대한 탄소섬유의 젖음성을 향상시키면서 알루미늄과 탄소섬유의 계면에서 알루미늄 탄화물(Al4C3) 상의 형성을 억제하기 위해서 다양한 연구가 진행되어 왔다.Therefore, as a method of manufacturing a carbon fiber reinforced aluminum composite by a liquid-phase manufacturing process, while improving the wettability of carbon fibers to liquid aluminum, in order to suppress the formation of aluminum carbide (Al 4 C 3 ) phase at the interface between aluminum and carbon fibers, various Research has been ongoing.

특허문헌 2는 탄소섬유로 구성되는 예비 성형체에 용탕 단조에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금 용탕을 함침시켜 탄소섬유 강화 알루미늄기 복합 재료를 제조할 때, 알루미나 전구체가 피복된 탄소섬유 개섬사로 구성되는 예비 성형체를 이용함으로써 예비 성형체의 예열 온도를 종래의 3000℃ 전후에서 600∼1200℃까지 낮게 할 수 있고 탄소섬유의 취화가 방지되고 매트릭스 금속의 함침성이 향상되고 높은 기계적 강도를 가지며, 물리적 특성, 절삭 가공성 등도 우수한 탄소섬유 강화 알루미늄기 복합 재료의 제조방법을 개시하고 있다. Patent Document 2 discloses that when a carbon fiber-reinforced aluminum-based composite material is manufactured by impregnating an aluminum or aluminum alloy molten metal by molten metal forging into a preform composed of carbon fiber, a preform composed of carbon fiber open yarn coated with an alumina precursor is produced. By using it, the preheating temperature of the green body can be lowered from around 3000°C to 600-1200°C in the conventional range, the embrittlement of carbon fibers is prevented, the impregnation property of the matrix metal is improved, high mechanical strength, physical properties, cutting workability, etc. Disclosed is a method for producing an excellent carbon fiber-reinforced aluminum-based composite material.

그러나 계면 결합력을 높이기 위하여 여전히 1000℃ 수준의 높은 온도에서 복합재를 제조하고 있으나 공정온도가 높아 작업 위험성이 높다. However, in order to increase the interfacial bonding strength, the composite material is still manufactured at a high temperature of 1000°C, but the operation risk is high due to the high process temperature.

따라서 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재의 상용화를 위해서는 대량생산에 적합한 경제적인 제조공정 개발과 복합재 특성의 규격화 및 신뢰성 확보가 시급한 실정이다. Therefore, for the commercialization of carbon fiber-reinforced aluminum composites, it is urgent to develop an economical manufacturing process suitable for mass production, standardize the properties of the composite and secure reliability.

이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 탄소섬유에 실리콘산화물(SiO2)을 코팅하고, 상기 코팅된 탄소섬유에 마그네슘(Mg) 분말을 부착시킨 후 복합재용 금속 분말을 혼합하여 제조하되, 상기 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응으로 발생되는 고온의 국부 열을 이용하여 종래 탄소섬유와 금속간 복합화에 적용되는 용탕화 온도를 낮춰 제조하고 제조된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재의 우수한 물성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.Therefore, as a result of the present inventors' efforts to solve the conventional problems, the carbon fiber is coated with silicon oxide (SiO 2 ), and magnesium (Mg) powder is attached to the coated carbon fiber, and then the metal powder for the composite is mixed and manufactured. , Carbon fiber reinforced aluminum manufactured and manufactured by lowering the molten metalization temperature applied to the conventional carbon fiber and intermetallic composite by using the high-temperature local heat generated by the thermite reaction of the silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder By confirming the excellent physical properties of the composite material, the present invention was completed.

대한민국특허 제1740883호 (2017.05.30 공고)Korean Patent No. 1740883 (Notice on May 30, 2017) 일본공개특허 제2005-29813호 (2005.02.03 공개)Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2005-29813 (published on February 3, 2005)

본 발명의 목적은 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a carbon fiber reinforced metal composite.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로부터 제조된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a carbon fiber-reinforced aluminum composite prepared by the above manufacturing method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탄소섬유에 실리콘산화물(SiO2)을 코팅하는 제1단계, In order to achieve the above object, the present invention is a first step of coating silicon oxide (SiO 2 ) on carbon fiber,

상기 제1단계에서 코팅된 탄소섬유에 마그네슘(Mg) 분말을 부착시키는 제2단계, A second step of attaching magnesium (Mg) powder to the carbon fiber coated in the first step;

상기 제2단계에서 부착된 탄소섬유와 복합재용 금속 분말을 혼합하여 혼합물을 준비하는 제3단계 및 A third step of preparing a mixture by mixing the carbon fiber attached in the second step and the metal powder for the composite material; and

상기 제3단계의 혼합물이 700 내지 850℃ 온도조건에서 반응 및 용탕화되어 금속 매트릭스에 강화된 탄소섬유가 함침되는 제4단계로 이루어진 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing a carbon fiber-reinforced metal composite comprising a fourth step in which the mixture of the third step is reacted and melted at a temperature of 700 to 850° C. to impregnate the reinforced carbon fiber in a metal matrix.

본 발명의 제조방법은 상기 제1단계에서 코팅된 탄소섬유에 실리콘 오일 코팅단계를 더 수행할 수 있다. The manufacturing method of the present invention may further perform a silicone oil coating step on the carbon fiber coated in the first step.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 제3단계에서 복합재용 금속 분말은 알루미늄 또는 마그네슘에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이다. 이때, 상기 제3단계에서 탄소섬유와 복합재용 금속 분말이 1: 2 내지 1: 50 체적 비율로 혼합된 것이 바람직하다. In the manufacturing method of the present invention, the metal powder for the composite material in the third step is to use any one selected from aluminum or magnesium. In this case, in the third step, it is preferable that the carbon fiber and the metal powder for the composite material are mixed in a volume ratio of 1: 2 to 1: 50.

본 발명의 제조방법에 있어서, 제4단계는 제3단계의 혼합물이 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응(Thermite reaction)에 의해 발생된 열이 포함되어 용탕화된 것이고, 상기 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말이 1: 2 몰비율로 반응하는 것이다. In the manufacturing method of the present invention, in the fourth step, the mixture of the third step is melted by including the heat generated by the thermite reaction of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder, The silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder are reacted in a molar ratio of 1:2.

상기 테르밋 반응에 의해 상기 실리콘산화물(SiO2)이 환원되어 탄소섬유-Si가 형성되고, 용탕화에 의해 금속 매트릭스에 상기 탄소섬유-Si가 분산된 복합재를 제공할 수 있다. By the thermite reaction, the silicon oxide (SiO 2 ) is reduced to form carbon fiber-Si, and a composite in which the carbon fiber-Si is dispersed in a metal matrix by molten metal may be provided.

이에, 본 발명은 상기의 제조방법으로부터 알루미늄 매트릭스에 탄소섬유가 분산되어 있고, 상기 탄소섬유 표면에 Si가 분산 부착된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재를 제공한다. Accordingly, the present invention provides a carbon fiber reinforced aluminum composite in which carbon fibers are dispersed in an aluminum matrix from the above manufacturing method, and Si is dispersedly attached to the surface of the carbon fibers.

본 발명의 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법에 따르면, 종래 탄소섬유와 금속간 복합화를 위해 1000℃ 이상의 높은 작업온도를 낮추면서 물성을 향상시킬 수 있다. According to the manufacturing method of the carbon fiber reinforced metal composite material of the present invention, it is possible to improve the physical properties while lowering the high working temperature of 1000 ℃ or more for the conventional carbon fiber and metal composite.

구체적으로 본 발명의 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법은 테르밋 반응으로 인한 발생되는 고온의 국부열을 이용하여 종래 탄소섬유와 금속간 복합화에 적용되는 용탕화 온도를 낮춰 수행함에 따라, 탄소섬유와 금속간의 젖음성을 확보하여 복합재의 물성 향상을 높일 수 있다. Specifically, the method for producing a carbon fiber-reinforced metal composite of the present invention uses the high-temperature local heat generated due to the thermite reaction to lower the molten metalization temperature applied to the conventional carbon fiber and metal composite. It is possible to improve the physical properties of the composite material by securing the wettability of the liver.

또한, 본 발명의 제조방법으로부터 두 소재사이의 계면결합력이 향상된 탄소섬유 강화 금속 복합재를 제공할 수 있다. In addition, it is possible to provide a carbon fiber reinforced metal composite with improved interfacial bonding strength between two materials from the manufacturing method of the present invention.

도 1은 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법에 대한 단계별 모식도이다. 1 is a step-by-step schematic diagram for a method of manufacturing a carbon fiber reinforced metal composite.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a carbon fiber reinforced metal composite.

도 1은 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법에 대한 단계별 모식도를 나타낸 것으로서 도면을 참고하여 구체적으로 설명하면, 본 발명은 1 is a schematic diagram showing a step-by-step schematic diagram for a method of manufacturing a carbon fiber reinforced metal composite, and will be described in detail with reference to the drawings, the present invention

탄소섬유에 실리콘산화물(SiO2)을 코팅하는 제1단계, The first step of coating the carbon fiber with silicon oxide (SiO 2 ),

상기 제1단계에서 코팅된 탄소섬유에 마그네슘(Mg) 분말을 부착시키는 제2단계, A second step of attaching magnesium (Mg) powder to the carbon fiber coated in the first step;

상기 제2단계에서 부착된 탄소섬유와 복합재용 금속 분말을 혼합하여 혼합물을 준비하는 제3단계 및 A third step of preparing a mixture by mixing the carbon fiber attached in the second step and the metal powder for the composite material; and

상기 제3단계의 혼합물이 700 내지 850℃ 온도조건에서 반응 및 용탕화되어 금속 매트릭스에 강화된 탄소섬유가 함침되는 제4단계로 이루어진 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing a carbon fiber-reinforced metal composite comprising a fourth step in which the mixture of the third step is reacted and melted at a temperature of 700 to 850° C. to impregnate the reinforced carbon fiber in a metal matrix.

본 발명의 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법은 종래 탄소섬유와 금속간의 복합화 작업온도가 660 내지 860℃의 경우는 젖음성(wet-ability)이 전혀 관찰되지 않고, 860℃ 이상의 온도에서는 접촉각이 110도 올라가고 카바이드(일례로, Al4C3)가 발견되며, 1000℃ 이상의 온도에서 95 내지 65로 빠르게 접촉각이 감소하면서 계면에는 두꺼운 카바이드가 생성되게 된다.In the carbon fiber-reinforced metal composite manufacturing method of the present invention, in the case of the conventional carbon fiber-metal composite working temperature of 660 to 860°C, wet-ability is not observed at all, and at a temperature of 860°C or higher, the contact angle is 110 degrees It rises and carbide (eg, Al 4 C 3 ) is found, and the contact angle is rapidly decreased to 95 to 65 at a temperature of 1000° C. or higher, and thick carbide is generated at the interface.

이에, 본 발명은 탄소섬유와 금속간의 낮은 젖음성(wet-ability)을 향상시키기 위하여 안출된 것으로, 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응(Thermite reaction 또는 Mgnesiothermic reduction 반응)으로 발생되는 고온의 국부 열을 이용하여 종래 복합화에 적용되는 용탕화 온도 1000℃ 이상의 작업온도를 낮출 수 있다. Accordingly, the present invention was devised to improve the low wet-ability between carbon fiber and metal, and is generated by thermite reaction or Mgnesiothermic reduction reaction of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder. It is possible to lower the working temperature of 1000° C. or higher of molten metal applied to the conventional composite by using the high-temperature local heat.

이에, 본 발명의 제조방법은 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응에 의해 일시적으로 발생되는 고온 열을 이용함으로써, 복합화 작업온도를 850℃ 이하로 수행하면서도 탄소섬유와 금속간의 젖음성 향상을 달성할 수 있다. Accordingly, the manufacturing method of the present invention uses high-temperature heat temporarily generated by the thermite reaction of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder, so that the compounding operation temperature is 850° C. or less while performing the complex between the carbon fiber and the metal. Wettability improvement can be achieved.

이에, 본 발명의 제조방법을 단계별로 설명하면, 제1단계는 탄소섬유에 실리콘산화물(SiO2)을 코팅하는 단계이다. Accordingly, if the manufacturing method of the present invention is described step by step, the first step is a step of coating the carbon fiber with silicon oxide (SiO 2 ).

실리콘산화물을 코팅전에 탄소섬유를 산처리로 표면처리 단계를 선행할 수 있다. 제1단계에서 코팅하는 수단으로, 본 발명의 실시예에서는 APTES (aminopropyl triethoxysilane) 및 TEOS(Tetraethoxysilane)를 이용한 졸-겔법을 이용하여 탄소섬유에 실리콘산화물(SiO2)을 코팅하나 이에 한정되지는 않고 종래 공지방법에서 제한없이 채용될 수 있을 것이다. Before coating the silicon oxide, the surface treatment step of the carbon fiber may be preceded by acid treatment. As a means for coating in the first step, in an embodiment of the present invention, silicon oxide (SiO 2 ) is coated on carbon fiber using a sol-gel method using aminopropyl triethoxysilane (APTES) and Tetraethoxysilane (TEOS), but is not limited thereto. It may be employed without limitation in conventionally known methods.

또한, 제1단계에서 사용되는 탄소섬유는 피치계 탄소섬유, 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유, 카본 나노 화이버(carbon nano fiber), 멀티 월 카본 나노튜브(MWCNT, multi walled carbon nano tube), 싱글 월 카본 나노튜브(SWCNT, single walled carbon nano tube), 상기 나노튜브류를 트위스팅(twisting)시킨 카본 나노 얀(carbon nano yarn), 또는 카본 나노 시트(carbon nano sheet)를 이용할 수 있다. In addition, the carbon fibers used in the first step are pitch-based carbon fibers, polyacrylonitrile-based carbon fibers, carbon nano fibers, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), single-walled carbon fibers. A carbon nanotube (SWCNT, single walled carbon nano tube), a carbon nano yarn obtained by twisting the nanotubes, or a carbon nano sheet may be used.

바람직하게는, 탄소섬유는 500um 내지 100mm의 길이를 가지는 피치계 탄소섬유, 500㎛ 내지 100mm의 길이를 가지는 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유, 500nm 내지 2mm의 길이를 가지는 카본 나노 화이버, 500nm 내지 500㎛의 길이를 가지는 멀티 월 카본 나노튜브, 500nm 내지 500㎛의 길이를 가지는 싱글 월 카본 나노튜브, 또는 상기 나노튜브류를 트위스팅시킨 100㎛ 내지 100mm의 길이를 가지는 카본 나노 얀을 사용할 수 있다. Preferably, the carbon fibers are pitch-based carbon fibers having a length of 500 μm to 100 mm, polyacrylonitrile-based carbon fibers having a length of 500 μm to 100 mm, carbon nanofibers having a length of 500 nm to 2 mm, 500 nm to 500 μm Multi-wall carbon nanotubes having a length of , single-wall carbon nanotubes having a length of 500 nm to 500 μm, or carbon nano yarns having a length of 100 μm to 100 mm obtained by twisting the nanotubes may be used.

본 발명의 제조방법은 제1단계 이후 실리콘산화물(SiO2)이 코팅된 탄소섬유를 실리콘 오일 코팅단계를 더 수행할 수 있다. The manufacturing method of the present invention may further perform a silicone oil coating step on the carbon fiber coated with silicon oxide (SiO 2 ) after the first step.

상기 실리콘 오일 코팅단계는 실리콘산화물(SiO2)이 코팅된 탄소섬유 표면과 동일계 성분으로 코팅하도록 하여, 다음 단계에서 혼합되는 마그네슘(Mg) 분말과의 부착을 돕는 바인더 역할을 수행한다. 특히 마그네슘(Mg) 분말이 물에 닿으면 폭발성이 있으나, 실리콘산화물(SiO2)이 코팅된 탄소섬유 표면을 실리콘 오일로 코팅함으로써, 반응 안정성을 확보할 수 있다. In the silicone oil coating step, the silicon oxide (SiO 2 ) is coated with the surface of the coated carbon fiber and the in-situ component, and serves as a binder to help the adhesion with the magnesium (Mg) powder to be mixed in the next step. In particular, although magnesium (Mg) powder is explosive when it comes into contact with water, reaction stability can be secured by coating the carbon fiber surface coated with silicon oxide (SiO 2 ) with silicone oil.

이후 본 발명의 제2단계는 제1단계에서 코팅된 탄소섬유에 마그네슘(Mg) 분말을 부착시킨다. Then, in the second step of the present invention, magnesium (Mg) powder is attached to the carbon fiber coated in the first step.

이때, 마그네슘(Mg) 금속분말은 산포하여 탄소섬유와 혼합함으로써, 탄소섬유 표면에 부분적으로 부착되도록 한다. At this time, the magnesium (Mg) metal powder is dispersed and mixed with the carbon fiber, so that it is partially attached to the surface of the carbon fiber.

본 발명의 제조방법에 있어서, 제3단계는 상기 제2단계에서 마그네슘(Mg) 분말이 부착된 탄소섬유와 복합재용 금속 분말을 혼합하여 혼합물을 수득하는 단계이다. 이때, 상기 복합재용 금속 분말은 알루미늄 또는 마그네슘에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이며, 본 발명의 실시예에서는 바람직한 일례로 알루미늄을 사용하여 설명한다. In the manufacturing method of the present invention, the third step is a step of obtaining a mixture by mixing the carbon fiber to which the magnesium (Mg) powder is attached in the second step and the metal powder for the composite material. At this time, the metal powder for the composite material is to use any one selected from aluminum or magnesium, and in the embodiment of the present invention will be described using aluminum as a preferred example.

이때, 상기 탄소섬유와 복합재용 금속 분말의 1: 2 내지 50 체적 비율로 혼합된 것이 바람직하며, 상기 복합재용 금속 분말이 2 체적비 미만으로 혼합되면, 탄소섬유 대비 매트릭스 양이 너무 적어 복합재 내 기공이 많이 생겨 바람직하지 않고, 50 체적비를 초과하면, 보강을 위한 탄소섬유 양이 너무 적어 복합재의 강화효과가 낮은 문제가 있다. At this time, it is preferable that the carbon fiber and the metal powder for the composite material are mixed in a ratio of 1: 2 to 50 by volume. It is undesirable to generate a lot, and if the volume ratio exceeds 50, the amount of carbon fiber for reinforcement is too small, and there is a problem that the reinforcement effect of the composite material is low.

본 발명의 제조방법에 있어서, 제4단계는 제3단계의 혼합물이 700 내지 850℃ 온도조건에서 반응 및 용탕화되어 금속 매트릭스에 강화된 탄소섬유가 함침되는 것이다. In the manufacturing method of the present invention, in the fourth step, the mixture of the third step is reacted and melted at a temperature of 700 to 850° C. to impregnate the reinforced carbon fiber in the metal matrix.

상기에서 반응은 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응(Thermite reaction), 더욱 정확하게는 Mgnesiothermic reduction 반응에 의해 고온의 국부 열이 발생되고, 상기 국부 열을 용탕화 단계에 이용함으로써, 전체적인 작업온도를 700 내지 850℃ 범위에서 수행하여, 탄소섬유 강화 금속 복합재를 제조할 수 있다. In the above reaction, a thermite reaction of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder, more precisely, a high temperature local heat is generated by a Mgnesiothermic reduction reaction, and the local heat is used in the molten metalization step. , by performing the overall working temperature in the range of 700 to 850 ℃, it is possible to manufacture a carbon fiber reinforced metal composite.

일반적으로 테르밋 반응은 금속산화물과 금속 분말을 점화하거나 가열하면 금속 분말과 금속산화물과의 화학결합으로 인해 많은 양의 열을 방출한다. 이때, 금속산화물은 보론(Ⅲ) 산화물, 실리콘(Ⅳ) 산화물, 크롬(Ⅲ) 산화물, 마그네슘(Ⅳ) 산화물, 철(Ⅱ, Ⅲ) 산화물, 구리(Ⅱ) 산화물 및 납(Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ) 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있다. In general, in thermite reaction, when a metal oxide and a metal powder are ignited or heated, a large amount of heat is released due to the chemical bonding between the metal powder and the metal oxide. At this time, the metal oxide is boron (III) oxide, silicon (IV) oxide, chromium (III) oxide, magnesium (IV) oxide, iron (II, Ⅲ) oxide, copper (II) oxide and lead (II, III, IV) ) any one selected from the group consisting of oxides may be used.

또한, 상기 금속 분말은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 아연, 실리콘 및 보론으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다. In addition, any one selected from the group consisting of aluminum, magnesium, titanium, zinc, silicon and boron may be used as the metal powder.

이에, 본 발명에서는 금속산화물로서 실리콘산화물(SiO2)과 금속 분말로서 마그네슘 분말을 선택한 테르밋 반응에 의해, 상기 실리콘산화물(SiO2)이 환원(Si)되고, 마그 네슘이 산화(MgO)된다. 이때, 상기 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말은 1: 2 몰비율로 반응한다.Accordingly, in the present invention , the silicon oxide (SiO 2 ) is reduced (Si) and magnesium is oxidized (MgO) by a thermite reaction in which silicon oxide (SiO 2 ) as a metal oxide and magnesium powder as a metal powder are selected. At this time, the silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder react in a molar ratio of 1:2.

따라서, 탄소섬유 표면에 부분적으로 부착된 실리콘산화물(SiO2)과 마그네슘 분말의 반응에 의해 표면에는 탄소섬유-Si가 형성된다. Therefore, the carbon fiber-Si is formed on the surface by the reaction of the silicon oxide (SiO 2 ) partially attached to the carbon fiber surface and the magnesium powder.

나아가, 본 발명은 상기 제조방법으로부터 알루미늄 매트릭스에 탄소섬유가 분산되어 있고, 상기 탄소섬유 표면에 Si가 분산 부착된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재를 제공한다. Furthermore, the present invention provides a carbon fiber-reinforced aluminum composite material in which carbon fibers are dispersed in an aluminum matrix from the above manufacturing method, and Si is dispersedly attached to the surface of the carbon fibers.

본 발명의 제조방법으로부터 얻어진 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 탄소섬유 없이 제조된 경우 또는 테르밋 반응없이 종래방법으로 복합재를 제조된 경우보다 인장강도 값이 현저히 높은 결과를 확인함으로써[표 1], 탄소섬유에 대한 알루미늄의 젖음성(wet-ability) 향상으로 인하여 두 소재사이의 계면결합력이 향상되어 복합재 물성 역시 향상되는 결과를 뒷받침한다. The carbon fiber-reinforced aluminum composite obtained from the manufacturing method of the present invention has significantly higher tensile strength values than when manufactured without carbon fiber or when the composite is manufactured by the conventional method without thermite reaction [ Table 1 ], Due to the improvement of the wet-ability of aluminum, the interfacial bonding strength between the two materials is improved, which supports the result that the properties of the composite material are also improved.

따라서 본 발명의 제조방법으로부터 얻어진 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 고강도 및 경량의 탄소섬유를 알루미늄과 복합화함으로써, 알루미늄의 낮은 인장강도 및 굴곡강도의 물리적 특성이 향상시킨 복합재료로 제공된다.Therefore, the carbon fiber-reinforced aluminum composite obtained from the manufacturing method of the present invention is provided as a composite material in which the physical properties of low tensile strength and flexural strength of aluminum are improved by complexing high-strength and light-weight carbon fibers with aluminum.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. These examples are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<실시예 1> <Example 1>

6mm인 탄소섬유 50g을 먼저 500℃에서 30분간 산화처리를 통하여 사이징제를 제거한 후, 6M의 질산 수용액에 이용하여 표면산화를 12시간동안 추가적으로 진행하였다. 이후, 상기 탄소섬유를 에탄올 500㎖와 APTES(aminopropyl triethoxysilane) 10㎖의 혼합용액에 넣고 12시간 동안 반응시킨 후, TEOS(Tetraethoxysilane) 20㎖와 500㎖에 담근 후, 암모니아수 5㎖를 천천히 추가한 후 24시간 반응시켰다. 그 후 탄소섬유를 에탄올 및 물을 이용하여 세척한 후 100℃에서 건조하여 실리콘산화물이 코팅된 탄소섬유를 얻었다. 50 g of 6 mm carbon fiber was first oxidized at 500° C. for 30 minutes to remove the sizing agent, and then surface oxidation was additionally performed for 12 hours by using a 6M aqueous nitric acid solution. After that, the carbon fiber was put in a mixed solution of 500 ml of ethanol and 10 ml of APTES (aminopropyl triethoxysilane) and reacted for 12 hours, immersed in 20 ml of TEOS (Tetraethoxysilane) and 500 ml, and then 5 ml of ammonia water was slowly added. The reaction was carried out for 24 hours. Thereafter, the carbon fibers were washed with ethanol and water and dried at 100° C. to obtain carbon fibers coated with silicon oxide.

상기 실리콘산화물이 코팅된 탄소섬유를 헥산으로 30배 희석한 실리콘오일에 넣었다 꺼낸 후, 50㎛의 마그네슘 분말을 뿌려 탄소섬유에 혼합한 후 후드에서 건조하여 탄소섬유 표면 일부에 마그네슘 분말을 부착시켰다. After putting the silicon oxide-coated carbon fiber in silicone oil diluted 30 times with hexane, and taking it out, 50 μm of magnesium powder was sprayed and mixed with the carbon fiber, dried in a hood, and the magnesium powder was attached to a part of the carbon fiber surface.

상기 마그네슘 분말이 부착된 탄소섬유 10g과 알루미늄 분말 100g을 아르곤 분위기에서 서서히 분말상으로 혼합하였다. 이후, 상기 혼합물 110g을 전기금속 용해로에 넣고 아르곤 분위기에서 승온속도 10℃/분으로 750℃까지 가열하여 용해되도록 용탕화하여 매트릭스에 강화된 탄소섬유를 함침되도록 하였다. 이후 500℃로 가열된 인장시편 틀에 부은 후, 서서히 식혀 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재 시험편을 제조하였다. 인장시험은 시험편을 가공 후 실시하였다.10 g of the carbon fiber to which the magnesium powder was attached and 100 g of the aluminum powder were slowly mixed in an argon atmosphere in powder form. Then, 110 g of the mixture was put into an electric metal melting furnace and heated to 750° C. at a temperature increase rate of 10° C./min in an argon atmosphere to melt the mixture, thereby impregnating the matrix with reinforced carbon fibers. After pouring into a tensile specimen mold heated to 500° C., it was cooled slowly to prepare a carbon fiber reinforced aluminum composite specimen. The tensile test was performed after processing the test piece.

<실시예 2> <Example 2>

상기 실시예 1에서 제조된, 마그네슘 분말이 부착된 탄소섬유 20g과 알루미늄 분말 100g을 아르곤 분위기에서 서서히 분말 혼합한 후, 상기 혼합물 120g을 전기금속 용해로에 넣고 아르곤 분위기에서 승온속도 10℃/분으로 750℃까지 가열하여 용해되도록 용탕화하여 매트릭스에 강화된 탄소섬유를 함침되도록 하였다. 이후, 500℃로 가열된 인장시편 틀에 부은 후, 서서히 식혀 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재 시험편을 제조하였다. 20 g of the carbon fiber with magnesium powder and 100 g of aluminum powder prepared in Example 1 were slowly mixed in an argon atmosphere, and then 120 g of the mixture was put into an electric metal melting furnace and the temperature was raised to 750 at a rate of 10° C./min in an argon atmosphere. It was heated to ℃ to molten so as to be dissolved, so that the reinforced carbon fiber was impregnated in the matrix. Thereafter, the specimen was poured into a tensile specimen mold heated to 500° C., and cooled slowly to prepare a carbon fiber reinforced aluminum composite specimen.

<비교예 1> <Comparative Example 1>

탄소섬유를 넣지 않은 순수한 알루미늄 분말 120g을 전기금속 용해로에 넣고 아르곤 분위기에서 승온속도 10℃/분으로 750℃까지 가열하여 용해시키고, 이후 500℃로 가열된 인장시편 틀에 부은 후, 서서히 식혀 시험편을 제조하였다. Put 120 g of pure aluminum powder without carbon fiber into an electric metal melting furnace and heat it to 750° C. at a heating rate of 10° C./min in an argon atmosphere to dissolve it. Then, pour it into a tensile specimen mold heated to 500° C., and cool the test piece slowly. prepared.

<비교예 2> <Comparative Example 2>

탄소섬유 10g과 알루미늄 분말 100g을 아르곤 분위기에서 서서히 분말 혼합한 후, 상기 혼합물 110g을 전기금속 용해로에 넣고 아르곤 분위기에서 승온속도 10℃/분으로 750℃까지 가열하여 용해시키고, 이후 500℃로 가열된 인장시편 틀에 부은 후, 서서히 식혀 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재 시험편을 제조하였다. After 10 g of carbon fiber and 100 g of aluminum powder were mixed slowly in an argon atmosphere, 110 g of the mixture was put in an electric metal melting furnace and heated to 750° C. at a temperature increase rate of 10° C./min. After pouring into a tensile specimen mold, it was cooled slowly to prepare a carbon fiber reinforced aluminum composite specimen.

<비교예 3> <Comparative Example 3>

탄소섬유 20g과 알루미늄 분말 100g을 아르곤 분위기에서 서서히 분말 혼합한 후, 상기 혼합물 120g을 전기금속 용해로에 넣고 아르곤 분위기에서 승온속도 10℃/분으로 750℃까지 가열하여 용해시키고, 이후 500℃로 가열된 인장시편 틀에 부은 후, 서서히 식혀 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재 시험편을 제조하였다. After 20 g of carbon fiber and 100 g of aluminum powder were mixed slowly in an argon atmosphere, 120 g of the mixture was put in an electric metal melting furnace and heated to 750° C. at a temperature increase rate of 10° C./min. After pouring into a tensile specimen mold, it was cooled slowly to prepare a carbon fiber reinforced aluminum composite specimen.

<실험예 1> 물성평가<Experimental Example 1> Physical property evaluation

상기 실시예 1∼2 및 비교예 1∼3에서 제조된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재 시험편의 인장강도에 대한 결과를 하기 표 1에 기재하였다. The results for the tensile strength of the carbon fiber reinforced aluminum composite specimens prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 표 1의 결과로부터, 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응을 이용하고 750℃ 용탕화 온도에서 제조된 실시예 1 및 2의 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 탄소섬유를 포함하지 않는 비교예 1의 인장강도를 기준으로, 54 내지 86% 증가된 인장강도 값을 보였다. From the results of Table 1, the carbon fiber-reinforced aluminum composites of Examples 1 and 2 prepared at a molten metalization temperature of 750° C. using the thermite reaction of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder did not contain carbon fibers. Based on the tensile strength of Comparative Example 1, the tensile strength value was increased by 54 to 86%.

반면에, 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응없이 수행하여 제조된 비교예 1 및 2의 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재는 탄소섬유를 포함하지 않는 비교예 1의 인장강도보다 52 내지 80% 감소된 인장강도 값을 보였다. 즉, 비교예 1 및 2의 경우 탄소섬유에 대한 알루미늄의 낮은 젖음성(wet-ability)으로 인하여, 두 소재사이의 계면결합력이 낮아 복합재화하더라도 낮은 물성값을 보이는 것을 확인하였다. On the other hand, the carbon fiber-reinforced aluminum composites of Comparative Examples 1 and 2, which were prepared without the thermite reaction of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder, were 52 to 52 to higher than the tensile strength of Comparative Example 1 not including carbon fibers. The tensile strength value was reduced by 80%. That is, in the case of Comparative Examples 1 and 2, it was confirmed that due to the low wet-ability of aluminum to carbon fibers, the interfacial bonding force between the two materials was low, so that even if it was made into a composite material, it was confirmed that a low physical property value was shown.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.In the above, the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, but it is obvious to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims.

1: 탄소섬유
2: 실리콘산화물
21: 실리콘오일
3: 마그네슘 분말
4: 알루미늄 분말
11: 강화된 탄소섬유
41: 알루미늄 매트릭스
1: carbon fiber
2: Silicon oxide
21: silicone oil
3: Magnesium powder
4: aluminum powder
11: Reinforced carbon fiber
41: aluminum matrix

Claims (8)

탄소섬유에 실리콘산화물(SiO2)을 코팅하는 제1단계,
상기 제1단계에서 코팅된 탄소섬유에 마그네슘(Mg) 분말을 부착시키는 제2단계,
상기 제2단계에서 부착된 탄소섬유와 복합재용 금속 분말을 혼합하여 혼합물을 준비하는 제3단계 및
상기 제3단계의 혼합물이 700 내지 850℃ 온도조건에서 반응 및 용탕화되어 금속 매트릭스에 강화된 탄소섬유가 함침되는 제4단계로 이루어진 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법.
The first step of coating the carbon fiber with silicon oxide (SiO 2 ),
A second step of attaching magnesium (Mg) powder to the carbon fiber coated in the first step,
A third step of preparing a mixture by mixing the carbon fiber attached in the second step and the metal powder for the composite material; and
A method for producing a carbon fiber reinforced metal composite comprising a fourth step in which the mixture of the third step is reacted and melted at a temperature of 700 to 850° C. to impregnate the reinforced carbon fiber in a metal matrix.
제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 코팅된 탄소섬유에 실리콘 오일 코팅단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법.The method of claim 1, wherein a silicone oil coating step is further performed on the carbon fiber coated in the first step. 제1항에 있어서, 상기 제3단계의 복합재용 금속 분말이 알루미늄 또는 마그네슘에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법.The method of claim 1, wherein the metal powder for the composite material in the third step is any one selected from aluminum and magnesium. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서 탄소섬유와 복합재용 금속 분말이 1: 2 내지 1: 50 체적 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the third step, the carbon fiber and the metal powder for the composite material are mixed in a volume ratio of 1: 2 to 1: 50. 제1항에 있어서, 상기 제4단계가 제3단계의 혼합물이 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말의 테르밋 반응(Thermite reaction)에 의해 발생된 열이 포함되어 용탕화된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법.According to claim 1, wherein in the fourth step, the mixture of the third step is molten by including the heat generated by the thermite reaction of silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder. A method of manufacturing a carbon fiber reinforced metal composite. 제5항에 있어서, 상기 실리콘산화물(SiO2) 및 마그네슘(Mg) 분말이 1:2 몰비율로 반응된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법.The method of claim 5, wherein the silicon oxide (SiO 2 ) and magnesium (Mg) powder are reacted in a molar ratio of 1:2. 제5항에 있어서, 상기 테르밋 반응에 의해 상기 실리콘산화물(SiO2)이 환원되어 탄소섬유-Si가 형성된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법.The method of claim 5, wherein the silicon oxide (SiO 2 ) is reduced by the thermite reaction to form carbon fiber-Si. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 탄소섬유 강화 금속 복합재의 제조방법으로부터 알루미늄 매트릭스에 탄소섬유가 분산되고, 상기 탄소섬유 표면에 Si가 분산 부착된 탄소섬유 강화 알루미늄 복합재.A carbon fiber-reinforced aluminum composite in which carbon fibers are dispersed in an aluminum matrix from the method for manufacturing the carbon fiber-reinforced metal composite of any one of claims 1 to 7, and Si is dispersedly attached to the surface of the carbon fibers.
KR1020200039266A 2020-03-31 2020-03-31 Manufacturing method carbon fiber reinforced metal composites and carbon fiber reinforced aluminum composites manufactured thereby KR102324737B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200039266A KR102324737B1 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Manufacturing method carbon fiber reinforced metal composites and carbon fiber reinforced aluminum composites manufactured thereby

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200039266A KR102324737B1 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Manufacturing method carbon fiber reinforced metal composites and carbon fiber reinforced aluminum composites manufactured thereby

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210122413A true KR20210122413A (en) 2021-10-12
KR102324737B1 KR102324737B1 (en) 2021-11-10

Family

ID=78078591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200039266A KR102324737B1 (en) 2020-03-31 2020-03-31 Manufacturing method carbon fiber reinforced metal composites and carbon fiber reinforced aluminum composites manufactured thereby

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102324737B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116287829A (en) * 2023-03-24 2023-06-23 承德天大钒业有限责任公司 Aluminum-molybdenum-carbon alloy and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005029813A (en) 2003-07-07 2005-02-03 Sakai Ovex Co Ltd Carbon-fiber-reinforced aluminum-based composite material and manufacturing method therefor
KR20150118666A (en) * 2014-04-14 2015-10-23 현대자동차주식회사 Nano-carbon reinforced aluminium composite materials and method for manufacturing the same
KR101740883B1 (en) 2016-03-04 2017-05-30 한국과학기술연구원 Methods for manufacturing carbon fiber reinforced aluminum composites using stir casting process

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005029813A (en) 2003-07-07 2005-02-03 Sakai Ovex Co Ltd Carbon-fiber-reinforced aluminum-based composite material and manufacturing method therefor
KR20150118666A (en) * 2014-04-14 2015-10-23 현대자동차주식회사 Nano-carbon reinforced aluminium composite materials and method for manufacturing the same
KR101740883B1 (en) 2016-03-04 2017-05-30 한국과학기술연구원 Methods for manufacturing carbon fiber reinforced aluminum composites using stir casting process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116287829A (en) * 2023-03-24 2023-06-23 承德天大钒业有限责任公司 Aluminum-molybdenum-carbon alloy and preparation method thereof
CN116287829B (en) * 2023-03-24 2024-06-07 承德天大钒业有限责任公司 Aluminum-molybdenum-carbon alloy and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR102324737B1 (en) 2021-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5254978B2 (en) A composite sintered material utilizing carbon nanotubes and a method for producing the same.
KR101242529B1 (en) Method of Interface Hardening of Carbon Material Using Nano Silicon Carbarde Coating
JP4409872B2 (en) High strength and high electrical conductivity aluminum alloy matrix composite and its manufacturing method
KR101740883B1 (en) Methods for manufacturing carbon fiber reinforced aluminum composites using stir casting process
CN106399880B (en) A kind of preparation method of coating alumina whisker carbon nanotube enhanced aluminium-based composite material
CN112176262B (en) High-volume-fraction multiphase hybrid reinforced magnesium-based composite material and preparation method thereof
KR102324737B1 (en) Manufacturing method carbon fiber reinforced metal composites and carbon fiber reinforced aluminum composites manufactured thereby
CN112111665A (en) Method for preparing carbon modified aluminum alloy composite material by vacuum pressure infiltration method
CN112301298A (en) Light heat-resistant high-rigidity multi-element reinforced aluminum-based composite material and preparation method thereof
JP7044092B2 (en) Method for Manufacturing Aluminum / Boron Nitride Nanotube Complex
US5435374A (en) Fiber reinforced aluminum matrix composite with improved interfacial bonding
WO2021071453A2 (en) Aluminum matrix hybrid composite with mgo and cnt exhibiting enhanced mechanical properties
Meng et al. Microstructures of carbon fiber and hybrid carbon fiber-carbon nanofiber reinforced aluminum matrix composites by low pressure infiltration process and their properties
CN110295298B (en) Preparation method of graphene-aluminum composite material
CN111676384B (en) Reinforced magnesium-based composite material and preparation method thereof
JP2010043297A (en) Method for producing ceramic-particle-reinforced aluminum composite material
JP2007016286A (en) Metal matrix composite and its manufacturing method
JP2010121178A (en) Method for manufacturing carbon-nanocomposite magnesium-alloy base material
KR101431585B1 (en) Method of manufacturing metal-carbon composite using carbon particle formed metal oxide
AU2021107368A4 (en) A Method For Fabricating Nanomaterial Reinforced Aluminum Based Hybrid Nanocomposite
Almadhoni et al. Particle Size Dependence of MnO Reduction for Fabrication of Composite vir Stir Casting
KR101694260B1 (en) A method of fabricating an aluminum matrix composite and an aluminum matrix composite fabricated by the same
JP2610265B2 (en) Manufacturing method of metal matrix composite material
JPS63297277A (en) Sic whisker-reinforced metallic composite material and production thereof
CN117026001A (en) Preparation method of graphene-aluminum-based composite material

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant