무전해도금에 의해 제조된 CF/Cu 복합재료의 열적, 기계적 특성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

구리기지에 저렴하고 분산이 용이한 탄소단섬유를 강화상으로 첨가하여 CF/Cu 복합재료를 제조하였으며 탄소단섬유의 분율과 배열방향에 따른 열적,기계적 변화를 연구하였다. 무전해도금법에 의해 CF 표면에 구리가 코팅된 CF/Cu 복합분말을 핫프레싱함에 의해 CF/Cu 복합재료가 제조되었다. CF/Cu 복합재료의 열전도도는 in-plane 방향에서 CF분율이 증가함에 따라 증가하다가 15%이상에서는 감소하였는데 이는 CF의 뭉침에 의한 phonon 산란 증가가 열확산도를 저하시켰기 때문이다. 열팽창계수는 CF의 부피분율이 증가함에따라 in-plane 방향에서는 감소하고 through-plane 방향에서는 증가하였는데 이는 CF 장축의 열팽창계수가 구리기지보다 작고 단축의 열팽창계수는 구리기지보다 크기 때문이다. 열전도도가 복합재료 내 CF의 뭉침현상에 의해 크게 좌우되는 반면에, 열팽창계수는 CF의 뭉침 현상에 의한 영향보다 CF의 배향성에 더 큰 영향을 받는다. 인장강도는 열전도도와 같이 in-plane 방향에서 CF분율이 증가함에 따라 증가하다가 15% 이상에서는 감소하였는데, 이는 CF의 뭉침현상에 의한 결과이다. 압축강도는 CF의 부피분율이 증가함에 따라 in-plane 방향과 through-plane방향에서 각 방향에서의 강도의 대비가 큰 것을 확인 할 수 있었는데, 이는 압축 하중이 가해질 때 배열된 CF의 배향성 차이에 의한 결과로 사료되며 in-plane 방향의 경우 압축하중이 가해지면 강화재(CF)의 회전이 일어나며 CF와 Cu 계면 사이에서 균열이 전파되었기 때문이며 through-plane 방향에서는 강화재(CF)의 파단을 통한 균열의 전파가 진행되었기 때문이다. 인장강도가 복합재료 내 CF의 뭉침현상에 의해 크게 좌우되는 반면에, 압축강도는 CF의 배향성에 더 큰 영향을 받음을확인 할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cu matrix composites reinforced with chopped carbon fiber (CF), which is cost effective and well dispersed, were fabricated using electroless plating and hot pressing, and the effects of content and alignment of CF on the thermal and mechanical properties of CF/Cu composites were studied. Thermal conductivity of CF/Cu composite increased with CF content in the in-plane direction, but it decreased above 10% CF, which was due to reduction of thermal diffusivity related with phonon scattering by agglomeration of CF. The coefficient of thermal expansion decreased in the in-plane direction and increased in the through-plane direction as the CF content increased. This was because the coefficient of thermal expansion of the long axis of CF is smaller than that of the Cu matrix, and the coefficient of thermal expansion of its short axis is larger than that of the Cu matrix. The thermal conductivity was greatly influenced by the agglomeration of CF in the CF/Cu composite, whereas the coefficient of thermal expansion was more influenced by the alignment of CF than the aggregation of CF. Tensile strength of CF/Cu composite increased with CF content in the in-plane direction, but it decreased above 10% CF, which was due to reduction of agglomeration of CF. As for the compressive strength, it was confirmed that the strength contrast in each direction was large as the volume fraction of CF increased. This was thought to be a result of the difference in orientation of the arranged CF when a compressive load was applied. In the in-plane direction, when a compressive load was applied, the reinforcing material (CF) rotate and crack propagate between the CF and Cu interface. This was because, in-plane direction, the propagation of cracks through the fracture of the reinforcing material (CF) proceeded. It can be confirmed that the tensile strength is greatly influenced by the aggregation of CF in the composite material, whereas the compressive strength is more affected by the orientation of CF.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 이론적 배경
• 2.1 무전해도금 5
• 2.2 복합재료의 열 특성 6
• 1) 열전도도 6
• 2) 열팽창계수 7
• 2.3 복합재료의 기계적 특성 8
• 1) 인장강도 8
• 2) 압축강도 8
• 3. 실험방법 9
• 3.1 CF/Cu 복합분말 제조 9
• 1) 산처리 9
• 2) 무전해도금 10
• 3.2 CF/Cu 복합재료 제작 12
• 3.3 특성분석 13
• 4. 결과 및 고찰 15
• 4.1 무전해도금에 미치는 산처리의 영향 15
• 4.2 CF/Cu 복합분말 및 복합재료의 미세구조 17
• 4.3 CF/Cu 복합재료의 열적 특성 21
• 1) CF/Cu 복합재료의 열전도도 21
• 2) CF/Cu 복합재료의 열팽창계수 26
• 4.4 CF/Cu 복합재료의 기계적 특성 29
• 1) CF/Cu 복합재료의 인장강도 29
• 2) CF/Cu 복합재료의 압축강도 34
• 5. 결론 39
• 6. 참고문헌 41
• ABSTRACT 46