레이저 이용 Al2O3 분산강화 Cu 복합재

Microstructure and mechanical properties of Al2O3 dispersion strengthened Cu by laser in-situ aluminum thermal reduction processing

Xiaoyu Ding, Yunlong Fu, Bo Li 외 4인·Materials & Design·발표 2025.08· 42 인용

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한국어 핵심 요약

산화물 분산강화(ODS) 구리 복합재는 나노입자 분산 불균일성과 결정립 조대화 문제가 있어 고성능 구현에 제약이 있었다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 레이저를 이용한 알루미늄 열환원 공정을 개발했다. CuO, Al, Cu 분말을 볼 밀링 후 레이저 증착하여, 반정합 계면을 갖는 α-Al2O3 나노입자를 구리 기지 내에 균일하게 분산시켰다. 이 나노입자들은 제너 피닝 효과를 통해 결정립 크기를 5.28 μm에서 3.51 μm로 미세화했다. Al 함량이 0.75 wt%일 때, 오로완 강화와 홀-페치 강화의 시너지 효과로 인장 강도(90.2 MPa, 16.5% 향상)와 연신율(7.5%, 19% 향상)이 최적화되었다. 다만, Al2O3 함량이 증가함에 따라 열전도도는 298 W·m−1·K−1에서 265 W·m−1·K−1로 감소했으며, 과도한 Al은 응집을 유발하여 조기 파손을 초래했다. 이 공정은 핵융합로 응용 분야에 적합한, 강도와 열 성능이 균형 잡힌 ODS-Cu 복합재를 제조하는 효과적인 방법을 제시한다.

섹션 미리보기

연구 배경

ODS-Cu 복합재는 고성능 소재로 주목받지만, 나노입자 분산 불균일성과 결정립 조대화가 문제였다. 이는 소재의 기계적 특성 저하로 이어져 응용 분야 확대에 걸림돌이 되었다.

핵심 발견

레이저 알루미늄 열환원 공정을 통해 α-Al2O3 나노입자를 균일하게 분산시켜 결정립을 미세화했다. 최적의 Al 함량에서 인장 강도와 연신율이 크게 향상되었으며, 이는 핵융합로 등 고성능 응용 분야에 적합한 ODS-Cu 제조 가능성을 보여준다.

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