(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状複合材料の製造方法であって、
（ａ）２種以上の互いに異なる金属材料からなる単位金属片を準備するステップ；
（ｂ）前記２種以上の単位金属片を、上、下部ダイが備えられた金型に円周方向に配置するステップ；
（ｃ）配置された金属片に上、下部ダイを用いて圧縮応力を加えるステップ；及び
（ｄ）加圧された状態で、前記上、下部ダイのうちの一方または両方を回転させて回転力を加えるステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記（ｂ）ステップにおいて、前記２種以上の単位金属片は、円周方向に沿って周期的または非周期的に配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記（ｂ）ステップにおいて、装入される単位金属片の個数の調節を通じて物性を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記（ｄ）ステップにおいて、回転させる回数の調節を通じて物性を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記（ｂ）ステップにおいて、前記２種以上の単位金属片を円周方向に沿って周期的に交互に配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記（ｂ）ステップにおいて、２種の金属片を円周方向に沿ってＡ−Ｂ−Ａ−Ｂの形態に配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記Ａは、銅または銅合金であり、前記Ｂは、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記単位金属片は、扇形または半円形状であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、らせん形の構造を有する層状複合材料の製造に関し、具体的には、２種以上の金属片を円周方向に交合に配置した後、圧縮ねじり工程を通じて、配置された材料に円周方向の塑性変形を加えることにより、２種以上の金属の間にらせん形の金属結合を有するようにし、同時に複合化過程において。加えられる大きなせん断変形を通じて、材料の強度、硬度、耐磨耗性などの機械的物性を向上することができる新たな形態の複合材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のように多機能性素材が要求される時代に、１つの材料が所望の多様な特性を満たしていない場合、互いに異なる材質の優れた性質を複合化することにより、さらに優れた性能を有する素材を製造することができる。
【０００３】
その代表的な例が金属とセラミックスとを積層した断熱材であるが、このような断熱材は、金属の機械的な剛性とセラミックスの熱遮断性とを混合して、金属の低熱遮断性とセラミックスの脆性を補った場合である。
【０００４】
複合材は、単に２つの材料を積層させた積層複合材（laminate composite）、２つの構成粒子を粉末状に混合した粒子複合材（particulate composite）、さらに、基地（matrix）となる材料中に鋼線（steel wire）や繊維（fiber）等を特定の方向に植えた繊維強化複合材（fiber reinforced composite）、などに分類することができる。
【０００５】
このうち、積層複合材は、航空機の羽根や断熱材として主に用いられており、コンクリートや粉末冶金法によって作製された複合材は、粒子複合材の典型的な例である。さらに、繊維強化複合材は、ゴムホースや自動車タイヤなどから見いだすことができる。
【０００６】
最近、異なる２つの材料の積層複合材は、各層を構成する材料の特性をまとめて利用することができ、高い強度及び硬度、優れた耐磨耗性または超塑性特性のような優れた機械的特性を具現することができるため、軽量構造用の新素材として多く注目を集めている。
【０００７】
一方、全世界的に、材料の物性を向上させようとして、結晶粒を微細化するための多くの研究が行われている。塑性加工を受けると、金属材料は、小臨界角電位セル構造の形成を始まりに、変形量が増加するほど電位セルの亜結晶粒の結晶粒界角の増加とともに、結晶粒が徐々に微細化する。このような特性を用いて、金属材料に多量の変形を加えることにより、金属材料の結晶粒を超微細粒またはナノ結晶粒まで微細化することができる方法が、いわゆる‘強塑性工程'という方法であって、最近だんだん普遍化している方法である。
【０００８】
‘強塑性工程'において、金属材料の結晶粒微細化に影響を与える塑性加工変形の条件は、圧縮や引張変形よりはせん断変形が効果的であるので、強塑性工程では、なるべくせん断変形が多く発生し得るように金型の形状を設計することが求められている。ＥＣＡＰ（equal channel angular pressing）、ＨＰＴ（high-pressure torsion）、ＡＲＢ（accumulative roll bonding）、ＥＣＡＲ（equal channel angular rolling）などの多様な強塑性工程が開発されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、層状複合材料の製造方法に関し、従来の方法に比べて、簡素であり、且つ多様な組織の複合材料を作製することができ、多様な物性の要求に対応可能な複合材料の製造方法を提供することを解決しようとする課題とする。
【００１０】
本発明の他の課題は、互いに異なる２種以上の金属が厚さ方向にらせん形に層状を成しており、その組織も多様に変更することができるため、単純層状複合材料では対応できない特性を具現することができる複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、層状複合材料の製造方法であって、（ａ）２種以上の互いに異なる金属材料からなる単位金属片を準備するステップ；（ｂ）前記２種以上の単位金属片を、上、下部ダイが備えられた金型に円周方向に配置するステップ；（ｃ）配置された金属片に上、下部ダイを用いて圧縮応力を加えるステップ；及び、（ｄ）加圧された状態で、前記上、下部ダイのうちの一方または両方を回転させて回転力を加えるステップ；を含む方法を提供する。
【００１２】
また、本発明による方法において、前記（ｂ）ステップにおいて、前記２種以上の単位金属片は、円周方向に沿って周期的または非周期的に配置することができる。
【００１３】
また、本発明による方法において、前記（ｂ）ステップにおいて、装入される単位金属片の個数の調節を通じて物性を制御することができる。
【００１４】
また、本発明による方法において、前記（ｄ）ステップにおいて、回転させる回数の調節を通じて物性を制御することができる。
【００１５】
また、本発明による方法において、前記（ｂ）ステップにおいて、互いに異なる２種の金属を周期的にＡ−Ｂ−Ａ−Ｂ．．．の形態に配置することができる。
【００１６】
また、本発明による方法において、前記Ａは、銅または銅合金であり、前記Ｂは、アルミニウムまたはアルミニウム合金であってもよい。
【００１７】
また、本発明による方法において、前記単位金属片は、扇形または半円形状であってもよい。
【００１８】
さらに、上記の別の課題を解決するために手段として、本発明は、互いに異なる２種以上の金属が複合化された材料であって、前記２種以上の金属は、厚さ方向にらせん形を成して互いに積層された構造を有することを特徴とする複合材料を提供する。
【００１９】
また、本発明による複合材料において、前記２種以上の金属のうちの一方は、銅または銅合金であり、他方は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であってもよい。
【００２０】
また、本発明による複合材料において、前記複合材料は、厚さ方向から見た時、前記２種以上の金属が円周方向に周期的に交互に配置されていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により提供される複合材料は、厚さ方向に互いに異なる２以上の材料がらせん形に積層された構造を有するので、単純積層構造とは異なる物性を示すことができる。
【００２２】
また、本発明による複合材料の製造方法は、単位金属片の切片を金型に装着した後、加圧回転させる単純な方法を通じて、界面結合力に優れた複合材を得ることができる。
【００２３】
また、本発明による複合材料の製造方法は、単位金属片の切片の個数または回転させる回数の調節を通じて多様な構造を有する複合材料を得ることができる。
【００２４】
また、本発明による複合材料の製造方法は、強塑性工程を伴うため、複合化過程において結晶粒の微細化が生じ、初期に装入した材料に比べて向上した物性を有する複合化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による複合材料の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明による複合材料の製造方法に対する概路図である。
【図３】繰り返し断層撮影技法の概路図である。
【図４】本発明の実施例によって製造した複合材料を、上記図３の繰り返し断層撮影技法を通じて分析した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例による複合材料の製造方法について詳細に説明するが、本発明は、下記実施例らに制限されるものではない。したがって、当該分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で本発明を多様に変更することができるのは自明である。
【００２７】
図１に示されたように、本発明による複合材料の製造工程は大きく、金属試片準備ステップ（Ｓ１０）、試片装入ステップ（Ｓ２０）、及び試片圧縮せん断変形ステップ（Ｓ３０）に区分される。
【００２８】
前記金属試片準備ステップ（Ｓ１０）は、図２に示されたように、互いに異なる種類の金属からなる試片を合わせて１つの円柱形状として金型に装入することができるように、バルク金属を扇形形状（４等分、６等分などにする場合）若しくは半円形（２等分にする場合）に切断する過程である。複合化される試片の種類には制限がなく、複合材料に求められる物性に合わせて、２種、３種、４種などの多様な種類の金属を複合化することができる。また、本発明による複合化方法は、圧縮−ねじり工程を用いるが、この工程の特性は、大きな変形を加えやすく、脆性のある金属も加工可能であるという長所があるため、延性の良い金属はもちろん、ある程度脆性がある金属もまた複合化することができる。
【００２９】
前記試片装入ステップ（Ｓ２０）は、図２に示されたように、円周方向に互いに異なる種類の金属の切片をＡ−Ｂ−Ａ−Ｂ、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ａ−Ｂ−Ｃ、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄのような形態の周期性を有するか、若しくはＡ−Ｂ−Ｂ−Ｃ−Ａのような周期性なしに装入し、全体的な形状としては円柱形状になるように装入するステップである。この時、積層週期及び積層する金属の種類に制限はなく、積層週期及び積層する金属の種類により最終的に具現される複合材料の物性が変わるため、求められる物性に合わせて調節することができる。
【００３０】
前記圧縮せん断変形ステップ（Ｓ３０）は、装入された試片に、上部及び下部ダイを用いて加圧した状態で、回転力を加えてせん断変形させるステップである。この時、前記上部及び下部ダイの表面には凹溝を備え、回転力を加える時に試片の動きが生じないようにすることが好ましい。また、回転力は、前記上部または下部ダイのうちいずれか１つを回転させるか、両方を互いに異なる方向に回転させることができる。回転させる回数によって形成される複合材料の厚さ方向の組織が著しく変わり得るので、回転させる回数は、求められる物性に符合するように調節することが好ましい。併せて、前記圧縮せん断変形ステップでは、動的再結晶を通じて結晶粒の微細化が生じ得る。これにより、本発明による複合材料の製造方法によると、複合化と同時に結晶粒の微細化を通じた物性改善の効果を得ることができるようになる。
【００３１】
このような方法を通じてらせん形の複合構造を具現することで、本発明は、従来の単純に多数の層を積層した複合材からは得ることができない、独特な電気伝導特性や弾性特性を得ることができる。
[実施例]
先ず、バルク材銅（Ａ金属）とＡ６０６アルミニウム合金（Ｂ金属）を加工して、図２に示されたように、円を１/４等分した扇形形状の試片を作製した。次いで、上部ダイ及び下部ダイが取り付けられたシリンダー状の金型内に、円周方向に銅とアルミニウム合金の単位試片をＡ−Ｂ−Ａ−Ｂの形態に交互に配置した。前記上部ダイ及び下部ダイの表面には、装着した試片が挿入可能な凹溝が形成されており、配置された試片が容易に固定され得るようになっている。一方、前記装着された試片の大きさの調節を通じて、複合化される組織の形状を制御することが可能となる。
【００３２】
次いで、上部及び下部ダイを２．５ＧＰａの圧力で加圧した後、回転力を加えて試片を捻じる工程を施す。この時、ねじり回転させる回数の調節を通じて、形成される複合材料の層間間隔や変形量を調節することができる。本発明の実施例においては、ねじり回転させる回数は１回転を行った。
【００３３】
本発明の実施例による圧縮−ねじり工程は、複合化が極めて容易である点、大きな変形を加えやすいという点、軽くて脆性のある金属も複合化が可能であるという点等の長所がある。
【００３４】
本発明の実施例により作製した複合材料の内部構造および結合力を分析するために、繰り返し断層撮映技法（serial sectioning）を用いた。繰り返し断層撮影技法は、図３に示されたように、試片の断面を一定の間隔で研磨した後、その面の写真を得て、繰り返されたこれらの２Ｄ写真を映像工程作業を経て３Ｄ形態の実際形状に具現するものである。
【００３５】
具体的に、複合化された試片を０．０５ｍｍの厚さに研磨しながら、それぞれの２Ｄ写真をスキャンして収得し、ＡＭＩＲＡプログラムを通じた映像分析工程で３Ｄ視覚化を行い、図４は、分析された映像を示している。一方、複合化された試片の研磨過程において、界面分離などの現象は全く観察することができず、本発明による複合材料の界面健全性は良好であるものと確認された。
【００３６】
図４から確認されるように、本発明の実施例により作製された複合材料は、厚さ方向にらせん形の層状構造を有し、これは、従来の単純な積層構造に比べて異種の複合金属が相互連続した構造を有することを意味し、これは、従来の複合材料で具現し難い電気伝導特性または弾性特性の具現が可能であることを意味する。
【図１】
0006000363.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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