섬유/입자 혼합 금속복합재료의 강화기구 해석

This paper presents an analytical method considering tensile strength enhancement in hybrid $Al_2O_3$ fiber/particle/aluminum composites(MMCs). The tensile strength and elastic modulus of the hybrid MMCs are even 20% higher than those of the fiber reinforced MMCs with same volume fraction of reinforcements. This phenomenon is explained by the cluster model which is newly proposed in this research, and the strengthening mechanisms by a cluster is analyzed using simple modified rule of mixtures. From the analysis, it is observed that cluster structure in hybrid MMCs increase the fiber efficiency factor for the tensile strength and the orientation factor for the elastic modulus. The present theory is then compared with experimental results which was performed using squeeze infiltrated hybrid MMCs made of hybrid $Al_2O_3$ short fiber/particle preform and AC8A alloy as base metal, and the agreement is found to be satisfactory. 본 연구는 섬유/입자 혼합금속복합재료의 강화기구를 분석하는 이론적 해석방법을 제시하였다. 혼합금속복합재료의 인장강도 및 탄성계수는 같은 보강재의 부피분율 가진 단섬유복합재료에 비해서 강도가 최대 20%까지 증가한다. 이러한 증가효과는 본 연구에서 새로이 제안된 클러스터 모델을 도입한 후 이에 따른 강화효과를 Modified Rule of Mixture을 적용하여 분석하였다. 해석결과 클러터구조는 인장강도에 대해서 섬유의 효율을 탄성계수에 대해서는 배향인자를 증가시키는 것으로 나타났다. 이론적 해석 결과는 $Al_2O_3$섬유/입자 예비성형체에 AC8A를 침투시켜 제조한 금속복합재료에 대한 실험결과와 비교되었으며 이를 통해 해석이론이 타당함을 확인하였다.