Cu계 삽입금속을 이용한 다이아몬드 브레이징의 접합 특성

국문 초록 (Abstract)

다이아몬드 공구는 연마(Polishing), 절단(Cutting), 드릴링(Drilling)등의 작업이 요하는 건설석재용 공구이외에도 자동차, 유리, 항공기 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 최근에는 제품의 소형화, 정밀화 추세에 맞추어 높은 치수정밀도를 요구하는 첨단반도체산업 등에서 정밀공구용으로의 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 다이아몬드의 접합 방법 중 환경 친화적이며, 공정의 용이성, 우수한 접합성을 얻을 수 있는 브레이징(Brazing)법이 가장 실용적이며 유망한 방법으로 현재 다양하게 이용되고 있다. 브레이징법을 사용하여 접합을 하는데 있어 삽입금속(Filler metal)은 접합에 있어 가장 중요한 요소이다. 브레이징용 삽입 금속은 크게 두 종류로 나뉘는데 하나는 탄소와 화학적 반응을 하지 않는 재료를 사용하여 삽입금속이 다이아몬드를 감싸는 종류이며, 다른 하나는 탄화물 형성 원소를 첨가하여 다이아몬드와의 화학적 반응을 유발시켜 결합을 형성하는 종류이다.

본 연구에서는 활성원소를 포함한 필러합금을 제조하여 삽입금속과 다이아몬드 간의 접합특성을 규명하고자 하였다. 삽입금속은 상태도 분석을 통해 Cu-Sn-Ti-Zr계 합금으로 선정하였다. 삽입금속의 융점 측정을 위하여 DSC 분석을 하였으며, 접합은 980℃에서 10분간 진공 브레이징을 실시하였다. 삽입금속과 다이아몬드의 접합강도 및 반응층 두께는 흑연과의 접합을 통해 간접적인 방법으로 측정하였다. 삽입금속의 융점은 Ti 및 Zr 첨가에 따라 기존 Cu-Sn 합금에 비해 감소하는 것으로 확인하였다. 브레이징 결과 특정온도에서 삽입금속과 다이아몬드가 양호한 접합 상태를 보여주었다. 접합강도 및 반응층 두께는 접합 온도가 증가할수록 증가하였다. 그 결과 접합강도는 반응층 두께와 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 이론적 배경 3
• 2.1 다이아몬드/Graphite의 특징 3
• 2.1.1 다이아몬드 3
• 2.1.2 Graphite 4
• 2.2 다이아몬드 브레이징 6
• 2.3 브레이징 관련 이론 10
• 2.3.1 젖음성 10
• 2.3.1.1 젖음성의 정의 10
• 2.3.1.2 젖음의 형태 11
• 2.3.2 표면 및 계면장력 13
• 2.3.2.1 표(계)면장력의 정의 13
• 2.3.2.2 Gibbs의 자유에너지와 표(계)면장력의 관계 14
• 2.3.2.3 표(계)면장력의 산출 15
• 2.3.3 접촉각 17
• 2.3.3.1 접촉각의 물리적 의미 17
• 2.3.3.2 접촉각의 히스테리시스 18
• 2.3.3.3 접촉각의 측정 18
• 3. 실험방법 21
• 3.1 실험재료 21
• 3.1.1 다이아몬드/흑연 21
• 3.1.2 삽입금속 22
• 3.1.3 Shank(Substrate) 22
• 3.2 브레이징 삽입금속의 제조 및 분석 24
• 3.3 접합장치 및 접합방법 26
• 3.4 접합부 강도 측정 및 특성 평가 28
• 4. 결과 및 고찰 29
• 4.1 브레이징 삽입금속의 열분석 29
• 4.2 브레이징 삽입금속과 다이아몬드의 접합 특성 32
• 4.3 접합부 특성 평가 34
• 4.3.1 접합강도 34
• 4.3.2 접합계면 특성 36
• 4.4 계면층 형성 메커니즘 41
• 5. 총괄 결론 43
• 6. 참고 문헌 44