진주층 구조를 활용한 금속기지 복합소재 개발 연구동향
A brief review on bioinspired nacre-like metal matrix composites
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초록
최근 항공 우주 및 에너지 산업에서 높은 작동 온도범위와 기계적 특성에 대한 요구가 증가함에 따라, 강도와 인성이 모두 우수하며 밀도가 낮은 구조재료에 대한 필요성이 증가하고 있다. 약 95 %의 탄산칼슘과 5 %의 생체고분자가 벽돌집 구조(Brick and mortar)를 이루고 있는 진주층 구조는 강도와 인성이 상호 배타적인 관계를 보이는 전통적인 재료와 달리, 층상 구조로 인해 각 구성성분에 비해 높은 강도와 수십배의 파괴인성의 향상을 보인다. 이러한 특이점에 착안해 많은 연구자로부터 고인성-고강도 구조재료 개발을 위해 고분자 기지를 연성이며 사용온도 범위가 높은 금속으로 대체한 진주층 구조 금속기지 복합소재의 개발에 많은 시도가 이루어져왔다. 본 리뷰에서는 진주층 구조 재현을 위한 다양한 공법과 각 특징에 대해 소개하고자 한다.
Abstract
Since monolithic ceramic materials have limitations in structural applications at elevated temperatures due to their inherent brittle characteristics, the demand for damage-tolerant high-temperature structural materials has been increased. Unlike other engineering materials, nacre has attracted significant interest due to its unique microstructure in that it consists of approximately 95 vol.% of aragonite (CaCO3) and 5 vol.% of biopolymers, which results in considerable improvement in both strength and toughness simultaneously. Since nacre and nacre-like composites with polymeric mortars have limitations in high-temperature applications, the concepts of employing metallic mortars have been proposed to develop metal-ceramic composites with brick-and-mortar architecture as a novel structural material. In this review, we introduce various processing routes and characteristics to replicate nacre-like metal matrix composites.