분산 강화(dispersion strengthening)

분산 강화(dispersion strengthening)는 단단한 재료의 작고 균일하게 분포된 입자를 모상의 재료(matrix)에 도입(균일하게 분산)하여 재료의 기계적 특성을 개선하는 데 사용되는 기술입니다. 이러한 입자는 금속 및 합금의 소성 변형의 주요 원인인 전위(dislocation)의 이동을 방해하는 역할을 합니다.

 

분산 강화의 원리

재료에 외력이 가해지면 이러한 입자는 금속 및 합금의 소성 변형의 주요 원인인 전위의 이동을 방해하는 역할을 합니다. 분산 강화의 메커니즘은 이동 중인 전위가 단단한 입자를 만났을 때 이동을 계속하기 위해, 입자를 우회하거나 돌파해야 하는데, 이 과정에서 추가적인 에너지가 필요하며 결과적으로 전위 운동이 방해되어 재료가 소성 변형이 어려워지게 됨에 따라 강화가 일어나게 됩니다. 전위는 본질적으로 원자의 이동으로 인해 발생하는 재료의 결정 구조에 있는 선형 결함 또는 결함입니다. 재료에 외부 힘이 가해지면 이러한 전위가 이동하여 재료가 소성 변형될 수 있습니다. 

분산 강화의 효과는 입자의 크기, 모양, 부피 분율 및 매트릭스 내 분포를 비롯한 여러 요인에 따라 달라집니다. 더 작은 입자는 전위가 극복해야 할 더 많은 장애물을 생성하기 때문에 일반적으로 더 큰 입자보다 더 효과적입니다. 마찬가지로 매트릭스 전체에 보다 균일하게 분산된 입자가 특정 영역에 모여 있는 입자보다 더 효과적입니다.

 

분산 강화의 방법

분산 강화 공정은 분말 야금, 주조 및 기계적 합금을 포함한 다양한 기술을 통해 이루어 집니다. 분말 야금에서 경질 입자는 분말 형태의 매트릭스 재료와 혼합된 다음 고온 및 고압에 노출되어 고체 재료로 굳어집니다. 주조에서 경질 입자는 용융된 합금 재료에 주입 분산 된 후 응고됩니다. 기계적 합금화에서 경질 입자는 볼 밀에서 두 재료를 함께 분쇄하는 기계적 밀링을 통해 매트릭스 재료에 도입됩니다.

 

분산 강화는 항공 우주 및 자동차 응용 분야에 사용되는 금속 합금과 같은 고강도 재료의 개발에 일반적으로 사용됩니다. 분산에 의해 강화되는 재료의 한 예는 Al-SiC 복합재로 알려진 탄화규소 입자로 강화된 알루미늄입니다. 이 소재는 중량 대비 강도가 높으며 항공기 엔진 구성 요소 및 미사일 케이싱과 같은 응용 분야에 사용됩니다.

 

분산 강화(dispersion strengthening)는 더 단단한 재료의 작고 균일하게 분포된 입자를 더 부드러운 매트릭스에 도입하여 재료의 기계적 특성을 개선하는 데 사용되는 방법입니다. 전위의 이동을 효과적으로 방해하여 강도와 변형 저항성을 향상시키는 것이 목표이고, 다양한 방법을 통해 제조가 이루어집니다. 강화 효과는 입자의 크기, 모양 및 분포를 비롯한 여러 요인에 따라 달라집니다.