비철금속재료 - 형상 기억 합금/제진재료/비정질 합금/초전도 재료

10. 형상 기억 합금

형상 기억 합금이란, 문자 그래도 어떠한 모양을 기억할 수 있는 합금을 말한다. 즉, 고

온상태에서 기억한 형상을 언제까지라도 기억하고 있는 것으로, 저온에서 작은 가열만

으로도 다른 형상으로 변화시켜 곧 원래의 형상으로 되돌아가는 현상을 형상 기억 효과

라 하며, 이 효과를 나타내는 합금을 형상 기억 합금(shape memory alloy)이라고 한다.

현재 실용화된 대표적인 형상 기억 합금은 Ni-Ti합금이며, 회복력은 30N/mm2이고 반

복동작을 많이 하여도 회복 성능이 거의 저하되지 않는다.

이 합금은 주로 우주선의 안테나, 치열 교정기, 여성의 브래지어 와이어, 전투기의 파

이프 이음 등에 사용된다.

 

11. 제진재료

제진재료란, 「두드려도 소리가 나지 않는 재료」라는 뜻으로, 기계장치나 차량 등에

접착되어 진동과 소음에 제어하기 위한 재료를 말한다.

제진합금으로는 Mg-Zr, Mn-Cu, Cu-Al-Ti, Ti-Ni, Al-Zn, Fe-Cr-Al 등이 있으며, 내부

마찰이 크므로 고유진동계수가 작게 되어 금속음이 발생되지 않는다.

고감쇠능 구조용 재료로서 제진합금은 비감쇠능이 10% 이상, 인장강도 30N/mm2이상

의 것이 요구된다. 여기서, 비감쇠능이란, 재료에 타격을 가하면 큰 진동음을 내게 되

는데 소리를 감쇠시키는 능력이 큰 것을 말한다.

 

12. 비정질 합금

결정립의 크기는 0.1μm 정도의 미세 결정립에서 조대한 단결정까지 다양하지만, 이

러한 금속에 열을 가하여 액체상태로 한 후에 고속으로 급냉하면 원자가 규칙적으로

배열되지 못하고 액체상태로 응고되는데 이를 비정질(amorphous)이라고 한다.

 

(1) 비정질 합금의 제조법

1. 기체급냉법 : 진공증착법, 이온도금법, 스패터링(spattering)법, 화학(CVD)증착법 등

2. 액체급냉법 : 단롤(single roll)법, 쌍롤(double roll)법, 원심법, 스프레이법, 분무법 등

3. 금속이온법 : 전해코팅법, 무전해코팅법 등 

(2) 비정질 합금의 성질

1. 높은 경도와 강도 및 인성이 높다.

2. 표면 전체가 균일하고 내식성이 우수하다.

3. 자기적 특성이 있어 저성재료로 사용된다.

 

13. 초전도 재료

금속은 전기저항이 있기 때문에 전류를 흐르면 전류가 소모된다, 보통 금속은 온도가

내려갈수록 전기저항이 감소하지만, 절대온도 근방으로 냉각하여도 금속 고유의 전기

저항은 남는다, 그러나 초전도 재료는 일정 온도에서 전기저항이 0이 되는 현상이 나

타나는 재료를 말한다.

초전도를 나타내는 재료는 순금소계, 합금계, 세라믹스계로 나눠진다.

 

▷ 초전도체로 구비해야 하는 조건

1. 초전도 전이온도가 가능한 높고 물리화학적으로 안전할 것.

2. 요구되는 전자기 특성을 만족할 것.

3. 자원이 많고 가곡이 쉽고 경제성이 있을 것.

4. 독성이 없을 것.

(1) 합금계 초전도 재료

1. Nb-Zr 합금 : 가공성이 풍부하고 인발가공으로 선재를 만든다.

2. Nb-Ti 합금 : 일반적으로 많이 사용되고 있으며, 가격 저렴하고 가공성 및 기

계적 성질이 좋고 취급이 용이하다.

3. Nb-Ti심 둘레에 Cu-Ni 합금층 삽입 또는 Nb-Ti-Ta(3원 합금) : 강자성, 초전도

마그네크의 유망한 재료로 사용 

(2) 초전도 재료의 응용

초전도 재료의 응용분야는 전기저항이 0으로 에너지 손실이 전혀 없으므로 전자

석용 선재의 개발 및 초고속 스위칭 시간을 이용한 논리회로 및 미세한 전자기장

변화도 감지할 수 있는 감지기 및 기억소자 등에 응용할 수 있다. 또한, 전력 시스

템의 초전도화, 핵융합, MHD(magnetic hydrodynamic generator), 자기부상열차, 핵

자기 공명 단층 영상장치, 컴퓨터 및 계측기 등의 여러 분야에 응용할 수 있다.

 

14. 자성재료

자성재료는 자기적 성질을 가지는 재료를 말하며, 공업적으로 자기의 성질이 필요한

기계, 장치, 부품 등에 활용할 수 있는 재료를 말한다.

 

(1) 경질 자성재료(영구자석재료)

1. 주로 음향기기, 전동기, 통신 계측 기기 등에 이용된다.

2. 종류로는 알니코 자석, 페라이트 자석, 희토류계 자석, 네오디뮴(Nd) 자석,

Fe-Cr-Co계 반경질 자석 등이 있다. 

(2) 연질 자성재료

1. 보자력이 작고, 미세한 외부 자기장의 변화에도 크게 자화되는 특성을 가지는

이력 손실이 작은 고투자율 재료이다.

2. 주로 전동기나 변압기의 자심, 자기 헤드 마이크로파(microwave)재료 등에 이

용된다.

3. 종류로는 규소(Si) 강판, 퍼멀로이(permalloy), 센더스트(sendust) 및 알펌(alperm,

Fe-Al), 퍼멘듈(permendur, Fe 49%-Co 2%-V), 수퍼멘듈 등이 있다.

 

15. 그 밖의 새로운 금속재료

(1) 수소 저장 합금

금속 수소화합물의 형태로 수소를 흡수 방출하는 합금이 수소 저장 합금이다.

종류로는 LaNi5, TiFe, Mg2Ni등이 있다. 

(2) 금속 초미립자

초미립자의 크기는 미크론(μm) 이하 또는 100mm의 콜로이드(colloid) 입자의 크기

와 같은 정도의 분체라 할 수 있다.

현재 초미립자는 자기테이프, 비디오테이프, 태양열 이용 장치의 적외선 흡수재료

및 새로운 합금재료, 로켓 연료의 연소 효율 향상을 위해 이용되고 있다. 

(3) 초소성 합금

초소성 재료는 수백 % 이상의 연신율을 나타내는 재료를 말한다.

초소성 현상은 소성가공이 어려운 내열합금 또는 분산강화합금을 분말야금법으로

제조하여 소성가공 및 확산 접합할 때 응용할 수 있으며, 서멧과 세라믹에도 응용

이 가능하다. 

(4) 반도체 재료

반도체는 도체와 절연체의 중간인 약 10~5Ωm에서 107Ωm 범위의 저항률을 가지

고 있다. 연재, 반도체 중에서 Si 반도체가 가장 큰 비중을 차지하고 있다.

 

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