Evaluation of Microscopic Deformation Behaviors of Metal Matrix Composite due to Heat Treatment by means of SFC Test and Acoustic Emission

음향방출과 SFC 시험법에 의한 금속복합재료의 기지재 열처리 효과에 따른 미시적 변형기구 특성 평가

Metal matrix composite(MMCs) have been rapidly becoming one of the strongest candidates for structural materials for high temperature application. It is well recognized that MMCs always experience at least one large cool-down from processing temperature before my significant applied service loading. Due to the large difference in thermal expansion coefficient between the fiber and matrix, large thermal residual stresses generally develop in composites. It was reported from many previous studies that the effects of thermal residual stress on mechanical properties and fracture behavior were much more complex and dramatic than conventional engineering materials. Therefore it is crucial to evaluate the effect of heat treatment which changes the characteristic of distribution of thermal residual stress in MMCs. Single fiber composite(SFC) test based on the balance in a micromechanical model is a quite convenient method to evaluate interfacial shear strength(IFSS) and the failure mode of composite. In this study the effect of heat treatment on IFSS and the microscopic failure mechanism of MMC is investigated by combining acoustic emission(AE) technique with SFC test. The characteristic of AE signal, IFSS and microscopic failure mechanism due to heat treatment condition is discussed.

금속기지 복합재료의 미시적 파손기구는 작용하중의 방향, 재료의 열처리 상태, 기지재 및 강화재의 특성, 섬유체적률 등 여러 인자의 영향을 받는다. 이중 특히 재료의 열처리는 금속기지 복합재료의 기계적 특성을 지배하는 주요한 인자인 강화섬유와 기지재 사이의 계면특성에 큰 영향을 준다. 강화섬유와 기지재는 매우 큰 열팽창계수 차이를 가지기 때문에 금속기지 복합재료의 제조과정에 있어서 급격한 온도강하가 있을 경우에는 강화섬유와 기지재 사이의 계면에서는 잔류응력이 형성되며 이 때 발생한 잔류응력은 금속복합재료의 파손기구는 물론 기지재와 강화섬유 사이의 계면전단강도에도 중대한 영향을 미칠 수도 있다. 따라서 금속복합재료에 있어서 기지재와 강화재 사이의 계면전단강도에 대한 잔류응력의 영향을 평가하는 것은 금속복합재료의 실질적인 응용측면에서는 매우 중요한 과제라 할 수 있다. 복합재료에 있어서의 음향방출 기법과 SFC시험법을 동시에 이용하면 기지재와 강화재의 균열 및 기지재와 강화재 사이의 계면분리현상에 의한 미시적 파손기구를 명확하게 분리, 관찰할 수 있는 크나큰 이점이 있다. 따라서 된 연구에서는 음향방출기법과 SFC시험법을 이용하여 금속복합재료의 열처리 효과에 따른 미시적 파손기구 및 계면전판강도 변화특성을 체계적으로 연구, 고찰하였다.