플라즈마 아크 용해 공정으로 자발합성된 질화알루미늄 강화 알루미늄기지 복합재료의 개발
Fabrication of aluminum nitride reinforced aluminum matrix composites via plasma arc melting under nitrogen atmosphere
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초록
본 연구에서는 질화알루미늄을 강화재로 갖는 알루미늄기지 복합재료를 질소 분위기에서의 아크용해 공정을 통해 제조하였다. 알루미늄과 질소 원자의 화학반응을 1분간 유지시켰을 때, 중간층과 라멜라층으로 구분되는 질화알루미늄 강화상이 자발적으로 알루미늄 용탕 내부에 형성되어 기지 전반에 분포되었다. 복합재료는 약 10 vol.%의 AlN을 가지며, 이 강화재는 계면에서 낮은 열저항과 강한 결합을 보였다. 제조된 복합재료는 열전도도가 높고 열팽창계수는 낮은 열적 특성 조합을 보였다. 또한, 본 연구의 복합재료는 이종원소인 실리콘을 기지에 첨가함으로써 열팽창계수를 추가적으로 감소시키는 것이 가능했다. 이는 아크 용해법으로 제조된 알루미늄기지 복합재료가 낮은 열팽창계수를 요구하는 방열소재로 적용될 수 있는 가능성을 시사한다.
Abstract
In this study, aluminum nitride (AlN) reinforced aluminum (Al) matrix composites are fabricated via plasma arc melting under a nitrogen atmosphere. Within a minute of the chemical reaction between Al and N, dispersed AlN with the shape of transient and lamellar layers is in situ formed in the Al matrix. The composite contains 10 vol.% AlN reinforcements with low thermal resistance and strong bonding at the interfaces, which leads to the unique combination of thermal expansivity and conductivity in the resulting composites. The coefficient of thermal expansion of the composite can be further reduced when Si was alloyed into the Al matrix, which proposes the potential of the in situ Al matrix composites for thermal management applications.
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