복합재료 - 입자강화 복합재료/섬유 복합재료/적층 복합재료

복합재료는 서로 고용되지 않는 두개 또는 그 이상의 재료를 혼합하거나 접합시킨 재료를 뜻합니다.

고무 입자를 첨가한 플라스틱, 유리 섬유로 강화된 플라스틱, 초경합금 및 콘크리트 등이 있습니다.

복합재료의 구조는 기지 속에 섬유 혹은 입자 형태의 입자상이 들어가 있는 형태입니다.

그림으로 보면,

 

위와 같습니다.

인공 복합재료는 경량화, 고강도, 고강성 등과 같은 특별한 특성을 가지고 있습니다.

복합재료의 강화 방법은 크게 3가지로 나뉘는데, 입자강화 복합재료, 섬유 복합재료, 적층 복합재료가 있습니다.

 

입자강화 복합재료는 입자가 두 성분의 물성에 따라 기지 재료에 다양한 영향을 미치는 형태입니다.

예를 들어서 단단하고 강성이 큰 재료의 입자를 연성 기지에 첨가하면 강도와 강성이 증가합니다.

분산강화란 0.1\(\mu\)m크기의 세라믹 입자를 포함하는 분말 형태의 금속을 소결함으로써 석출 경화 효과와 비슷한 강화 효과를 얻는 것입니다. 이때 분산강화의 입자가 기지 재료와 궁합이 잘 맞아야 합니다.

궁합이 맞지 않는다면 2 재료의 단점만이 합쳐질 수 있습니다.

 

섬유 복합재료는 섬유를 폴리머나 금속과 같은 연성재료 기지에 넣어서 강도도 높은 복합재료를 얻을 수 있습니다.

연성와 강도를 모두 얻는 것입니다.

이때 섬유는 다양한 형태를 가지고 있습니다.

짧고 불규칙하게 배열된 섬유를 가진 복합재료는 모든 방향으로 유사한 물성을 보이게 됩니다. 여러 방향으로 특성을 띄게 되므로 등방성을 가집니다.

길고 규칙적으로 섬유가 배열되어 있으면 반대로 이방성을 띄게 됩니다. 

여기서 예를들어 위스커는 길쭉한 단결정으로, 전위가 없으므로 매우 강합니다.

 

마지막으로 적층 복합재료는 위와 같은 섬유 복합재료의 방향성을 띄는 층을 서로 다른 층을 가지게 여러 층으로

적층하게 되는 복합재료를 뜻합니다. 층별로 방향이 다르거나 다른 재료를 사용하여 기지를 강화하게 됩니다. 

층별로 적층하여 만들어진 재료를 래미네이트 라고 합니다.

 

이렇게 제작이 된 복합재료는 특이한 기계적 특성을 가지고 있으며 가질 수 있는 특성의 범위가 매우 큽니다.

예를들어 가벼운 중량과 굽힘 강성이 요구 될 경우 경량의 코어와 측면에 강성이 큰 재료로 구성된 층을 배열할 수 있습니다.