활성 금속 브레이징 기술과 전망

세라믹부재와 금속부재의 접합 방법으로서 통상 활성 금속 브레이징법이 이용되고 있다. 이 방법은, 세라믹 부재에 대해서 활성원소를 브레이징재 중에 첨가시켜 그 브레이징재를 진공 중에서 가열함으로써 세라믹부재 표면에 반응층을 형성시킨다. 이것에 의해 브레이징재의 젖음성과 밀착성의 향상을 도모한다. 예를 들면 세라믹스로서의 질화물을 이용하는 경우에는 반응층의 세라믹부재측 제 1층에 TiN가 생성되고, 탄화물을 이용하는 경우에는 TiC, 산화물로는 TiO가 형성된다. 또한 종래에 Cr, V, Mo와 같은 원소를 활성 용가재 합금 첨가물로 이용한 적은 있지만, ⅣA족 원소의 소량 첨가는 성공한 연구결과로 볼 수 있다.

활성금속 브레이징에 사용되고 있는 브레이징합금은 Ag-Cu-Ti계, Cu-Ti계, Co-Ti계, Al-Ti계, Cu-Zr계, Zr-Ni계가 주류를 이루고 있으며, 최근에는 고온용 브레이징 합금으로 연구되고 있는 Ni-Cr, Pt, Pd, Au 및 Cu계 합금 등이 있다. 이들 합금은 예를 들면, Ti나 Zr, Nb, Hf, Ta 등과 같은 활성금속이 첨가되어 있다.

세라믹끼리, 세라믹과 금속과의 접합에 사용되는 활성금속 브레이징재로서 Ag-Cu합금에 활성금속성분인 Ti가 첨가된 Ag-Cu-Ti합금이 종래부터 잘 알려져 있다. 이 활성금속 브레이징재의 문제는 가공성인데, 균열, 단선, 파단이 일어나기 쉽다. 이것은 Ag-Cu-Ti합금에서는 주조응고 시에 Ag-Cu합금 소지 중에 50-100㎛의 큰 Cu와 Ti의 금속간화합물이 석출 되기 때문이다. Tanaka Kikinzoku Kogyo3)에서는 Ag-Cu-Ti합금에 Sn을 첨가하여 급냉응고시키지 않고 Ag합금 소지에 석출 하는 화합물의 입자 직경을 제어하여 가공성을 개선한 브레이징재를 제시하였다. Ag-Cu-Ti-Sn합금 활성금속브레이징재는 Ag합금소지 중에 분산된 금속 간 화합물의 미세화에 의해 가공성이 개선되고 경박단소한 치수에까지 소성가공이 가능하다. 또한 브레이징 성(접합강도)도 충분히 갖추고 있어 종래의 Ag-Cu-Ti합금 활성금속브레이징재에 비해 동등 이상의 성능을 구비하고 있다.

활성 브레이징공정에서 마무리 가공 시에 금속표면의 표준 조도값은 1.5㎛ 이하가 바람직하고, 비금속 표면은 0.8㎛ 이하로 추천되고 있다. 모든 공정은 불활성 가스, 고진공 및 환원 분위기에서 가능하지만, 고진공 환경은 1.3 × 10-3Pa 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

 

[활성 금속 브레이징기술 전망]

활성 브레이징 기술은 생산 시의 제조원가를 절약할 뿐만 아니라 제조시간을 절약할 수 있는 장점이 있어, 향후 금속-세라믹 브레이징 접합에 적용성이 좋아 점점 더 광범위하게 사용하게 될 것이다. 금속과 세라믹 접합의 가장 큰 문제점은 특성이 크게 다른 두 재료 간의 원자간 결합에 있다. 이를 위해 처리 시간을 단축하고, 접합강도를 개선하기 위한 새롭고 신뢰성 있는 활성금속 브레이징 접합이 이용되고 있다.

브레이징 합금에의 활성금속 원소의 첨가목적은 첫째로 이온결합성이 강하고, 표면 에너지가 높은 세라믹에 대해 산화환원반응을 일으켜 용융 금속의 젖음성을 향상시키는 것이고, 둘째로 물리적 화학적 성질이 다른 두 재료 간에 양립성을 부여해줄 수 있는 천이지역, 즉 계면생성물을 형성시키기 위함이다.

 

출 처 : 최신의 고능률 브레이징 기술개발 동향(Recent Study of Technical Development for High Efficient Brazing) /

         유호천 / 한국과학기술정보연구원 / ReSEAT 프로그램 전문연구위원