박은수 교수연구실

Tailor-made alloy design and process optimization of advanced engineering materials. Process optimization for nano-structured material fabrication. 벌크 비정질 합금은 높은 강도와 상대적으로 낮은 영률(Young’s modulus)과 같은 우수한 기계적 특성을 갖지만, 유리천이온도 아래에서 변형률 없이 재료의 파괴가 나타나는 큰 한계점을 갖는다. 이를 개선하기 위하여 비정질 기지 내 응력유기변태가 가능한 제 2상을 첨가하여 인성을 크게 향상시키는 등의 새로운 복합소재 개발에 관한 연구를 진행 중이다. Transformation media를 제 2상으로 석출하여 기존의 벌크 비정질 복합재의 가공 연화를 극복하고 가공 경화 특성을 보이는 복합재를 타이타늄계 시스템에서 개발, 압축시험 결과 가공 경화 특성을 보이는 기존의 유일한 조성인 Cu-Zr-Al 복합재보다 더 높은 항복 강도와 우수한 연신을 나타내어 매우 우수한 인성을 가지는 복합재를 제조하는데 성공하였다. 이 타이타늄계 복합재는 고온/부식환경에서도 사용이 용이할 뿐 아니라 우수한 기계적 특성을 바탕으로 상용화에 유리할 것으로 보인다. 최근에 새롭게 개발된 하이엔트로피 합금은 여러 구성원소가 용질 원소로서 작용하여 고용체를 형성하며 이로 인해 재료 내에 높은 혼합 엔트로피 효과가 유발되고 고온에서도 안정한 상을 형성하며 우수한 열적 안정성을 갖는다. 이러한 하이엔트로피 합금 설계법을 비정질 합금 개발에 적용하여 무질서한 구조를 갖는 비정질 합금에서 혼합 엔트로피 효과를 극대화 하고자 한다. 반도체 소자의 효율 증가를 위해 방열 재료로서 열전도도가 크고 가벼우며 높은 가격 경쟁령을 갖는 알루미늄이 부각되고 있다. 하지만 알루미늄의 큰 열팽창계수로 인해 고온 환경에서의 응용이 제한되므로 열역학적으로 자발반응인 알루미늄의 질화 반응을 이용하여 용탕 상태의 알루미늄과 질소 가스를 반응시켜 강화재 AlN을 in-situ로 기지 내에 형성시키는 복합재를 제조하고자 한다. 이 공정을 바탕으로 다양한 경량 금속 기지 – 세라믹 석출상 복합재의 제조가 가능하다. 비정질 재료의 과냉각 액체 영역은 금속 비정질 소재의 plastic과 유사한 성형성을 부여한다. 이러한 특성을 활용한 실험 일례로, 기존의 Pt/C 전극에서 Pt의 함량을 획기적으로 줄인 Pt-Pd계 비정질 합금을 개발하여 비정질 합금의 과냉각 액체 영역에서 가공을 통해 합금 표면에 나노와이어 array를 제조함으로써 반응성과 표면적을 극대화한 새로운 촉매소재를 개발하고 DMFC 촉매로서의 활용 가능성을 평가하고자 한다. 또한, 비정질 재료가 나노 크기로 제조될 경우 변형이 일어나는 동안 전단띠가 나타나지 않으므로 큰 연성 특성을 가지게 된다. 과냉각 액체 영역에서의 변형 거동은 균일 변형 거동(newtonian viscous flow)과 불균일 변형 거동(non-newtonian viscous flow)으로 나눌 수 있는데, 불균일 변형 거동에 의해 비정질 합금이 변형될 때는 나노결정화와 같은 다양한 구조적 불안정성이 나타나며 이로 인해 균일한 두께를 갖는 비정질 나노 와이어가 형성되기 어렵다. 따라서 과냉각 액체 영역에서 균일 변형 거동이 일어나는 실험적 조건을 찾는 것이 중요하며 그 동안 비정질 합금의 최대 연신율을 결정하는 금속 비정질 나노 와이어의 형성평가 인자를 제안하고자 한다. Generally, gas atomization method has been widely used for synthesizing metallic glass powder.