티타늄 첨가 동합금을 Brazing filler 로 사용한 질화규소와 철강의 접합기구

Abstract

$<\;IV-4.\;요약\;>$ 1) 2 성분계 Cu-Ti 합금의 wettability는 Ti 농도가 증가할수록 향상되며 계면에는 균일한 박층의 반응층이 형성되는 경향이 크다. wettability는 계면에 형성되는 반응층 두께와는 관계없으며 계면에서의 반응층 형성 형태가 계면에 너지의 감소와 wettability 변화를 지배한다. 2) 반응층 두께는 Ti 농도에 따라 비례적으로 변화되지 않는다. Ti 농도가 1wt \%정도로 낮은 Cu-Ti합금에서는 반응층은 불연속적으로 형성되고, Ti 농도가 증가할수록 반응층의 연속성과 두께는 증가한다. Ti 농도가 15wt\%이상인 경우 균일한 박층의 반응층이 형성되며 두께는 크게 감소된다. 따라서 Ti 농도에 따른 반응층의 형성 거동은 dovetail model 로 설명된다. 3) 3 성분계 Cu-Ti-X (X=Al, Si, Y)합금의 wetting 과 계면반응은 합금원소의 특성에 따라 크게 변화된다. Ti 과의 상호작용이 큰 Al은 5wt\%이하의 소량으로 첨가되면 wetting 이 약간 향상되며 반응층 두께도 약간 감소되지만 Al이 10wt\%이상 첨가되면 wetting은 크게 저하됨에도 불구하고 균일한 반응층 두께는 크게 감소된다. Ti과의 상호작용이 매우 큰 Si 은 2wt\%의 소량 첨가로 도 wetting 을 크a}? 저하시키지만 10wt\%이상 첨가되면 wetting 은 크게 향상된다. 그러나 반응층 두께는 Si 을 소량 첨가시키는 것만으로도 현저하게 감소된다. Ti 과의 상호작용이 없고 $Si_3N_4$ 와의 반응성이 있는 Y의 첨가농도가 증가할수록 wetting은 향상된다. 그러나 반응층 두께는 Y 농도가 5wt\%이하일때 크게 증가하지만, Y 농도가 10wt\%이상에서는 크게 감소되며 균일하게 형성된다. 3 성분계 합금의 wetting 거동은 Al 과 Si 이 첨가된 경우 합금용액의 표면장력($\gamma_{LV}$) 의 변화에 의해서, Y 이 첨가된 경우 계면에너지($\gamma_{SL}$)의 변화에 의해서 지배된다. 4) Ti 과의 상호작용이 Al과 유사한 Sn이 15wt\%까지 첨가되면 wetting 과 반응층 두께 변화는 Al 이 첨가된 경우와 유사하게 wetting을 크게 향상 시키고 반응층 두께를 크게 감소시킨다. Ti과의 상호작용이 매우 작은 Ag 가 5wt\% 첨가된 합금은 wetting 을 크게 향상시키지만 반응층 두께는 약간 감소시키는 것으로 나타났다. $<\;V-5.\;요약\;>$ 1) 합금중의 Ti은 $Si_3N_4$ 와 직접 반응하여 계면에 TiN을 주 반응물로 하는 반응층을 형성한다. TiN을 생성시키는 반응은 다음과 같다. $$Si_3N_4\;(s)\;+\;4Ti\;(1-sol)\;=\;4TiN\;(s)\;+\;3Si\;(s)$$ 해리된 Si 은 Cu 합금 용액중에 고용되며 냉각중에 Ti-silicide를 생성시킨다. 2) 2성분계 Cu-Ti합금을 사용한 경우 반응층내에는 TiN과 함께 $Ti_5Si_3$가 존재한다. Ti농도가 작은 합금에서 장시간의 접합조건에서는 $Ti_5Si_3$ 는 합금측에 생성된다. 고농도의 Ti 이 첨가된 합금을 사용한 경우 접합조건에 관계없이 CuTi Si가 Cu-Ti 금속간 화합물과 함께 생성된다. 3) 3 성분계 Cu-Ti-X 합금과 $Si_3N_4$ 의 접합계면에는 주로 TiN과 Ti-silicide로 구성되는 반응층이 형성된다. $Cu_{85}Al_5Ti_{10}$합금과 $Cu_{80}Si_{10}Ti_{10}$합금을 사용한 경우 $Si_3N_4$측에 박층의 TiN층이 형성되며 이에 인접하여 Ti-silicide 층의 2 층으로 형성한다. 4) $Cu_{95}Ti_5$, $Cu_{90}Ti_{10}$ 및 $Cu_{85}Ti_{15}$의 2 성분계 합금을 사용한 접합계면 의 반응층 성장에 대한 활성화에너지는 각각 202, 223 및 332 KJ/mol 로서 구해졌으며 Ti 농도가 5-10 wt\%의 합금을 사용한 경우 반응층 성장은 TiN중의 N의 확산에 의해 지배되며, Ti 농도가 15 wt\