대기접합용 브레이징재 제조기술과 전망

플럭스를 필요로 하지 않는 대기 브레이징 기술로서 반응성 대기브레이징법(Reactive Air Brazing)을 사용하였는데, 반응성 대기브레이징법에서 접합온도를 낮추기 위하여 Ag계 브레이징재의 저융점화에 대한 각종재료가 제안되고 있다.

NHK Spring Co. 에서는 Ag의 융점 이하에서 용융할 수 있으며, 접합체의 고온내구성의 향상을 도모할수 있는 대기접합용 브레이징재 및 이를 이용한 집전재료(current collector)를 제시하였다. Ag, Ge, B, Si을 필수성분으로 함유하고, Ag 이외의 구성원소의 체적비의 합계가 50-90%로 설정하고, Ag 이외의 구성원소의 함유량 중에 Si의 체적비는 22% 이상으로 설정하고, Ag 이외의 구성원소의 함유량 중에 B의 체적비는 14% 이상으로 설정하였다.

대기 브레이징기술로서 통상 플럭스브레이징법을 거론할 수 있는데, 모재의 접합면에 플럭스를 도포하고, 플럭스에 의한 접합부에서의 환원분위기를 얻음과 동시에 산소진입을 차단함으로써 양호한 접합체를 얻는다. 예를 들면 브레이징재로서 Ag계 브레이징재인 BAg-8을 사용하는 경우, BAg-5의 융점인 780℃보다도 낮은 융점을 가지는 플럭스를 이용하여, 브레이징재보다도 먼저 플럭스를 용융시킨다. 이것에 의해서 접합면의 활성화 및 브레이징재의 산화방지를 함으로써 보다 양호한 접합체를 얻을 수 있다.

플럭스를 필요하지 않는 대기 브레이징기술에는 반응성 대기 브레이징법(Reactive Air Brazing)을 이용하는 것을 고려해 볼 수 있다. US 2003/0132270A1에 의하면 세라믹부재와 내열금속부재를 접합하는 경우, Ag에 CuO를 첨가한 Ag-Cu계 브레이징재를 이용한 반응성 대기브레이징법에 의해 대기접합 시에 브레이징재의 주성분이 Ag 등의 귀금속성분이므로 브레이징재에서는 플럭스가 불필요하게 되어 그 결과, 플럭스에 의한 문제를 해소할 수 있다. 또한 반응성 대기브레이징법에서의 접합온도를 낮추기 위해서 Ag계 브레이징재의 저융점화를 도모하기 위한 여러 재료가 제안되고 있다. 예를 들면, 일본 특허 2008-202097호 공보에 의하면 Ag-Ge-Si계 합금이 브레이징재로 제안되고 있다.

NHK Spring Co.에서는 Ag와 B를 필수성분으로하고, Ag 50-92vol.%, B 8-50vol.%로 하는 대기 접합용 브레이징재를 개발하였다. 여기에서 B는 300℃이상에서 산화하는데, 산화물의 융점도 비교적 낮은 온도(약 577℃)의 저융점재료이며, B를 필수성분으로 함유함으로써 브레이징재의 저융점화를 도모할 수 있었다.

 

[대기접합용 브레이징재의 제조기술 전망]

금속부재끼리, 세라믹부재끼리, 혹은 금속부재와 세라믹부재와 브레이징에 대기접합용 브레이징재를 적용하는 경우, 대기 중에서 브레이징 하여도, 모재의 산화를 방지할 수 있으므로 플럭스가 필요 없으며, 브레이징 자체의 산화도 방지할 수 있고, 양호한 기밀성과 접합강도를 갖는 접합체(연료전지용 혹은 고체산화물형 연료전지용 집전재료)를 얻을 수 있고, 진공처리가 필요 없으므로 제조코스트의 저감을 도모할 수 있다.

세라믹부재와 금속부재의 접합방법으로서 제조코스트의 저감을 도모할 수 있는 것은 물론, 대기분위기 중에서도 비교적 저온영역에서 양호한 접합체를 얻을 수 있는 브레이징기술의 확립이 요구되고 있다. 이 방법은 모재의 접합면에 플럭스를 도포하고 플럭스에 의한 접합부에서 환원분위기를 얻고, 동시에 산소진입을 차단함으로써 양호한 접합체를 얻을 수 있다.

활성금속 브레이징법은 진공 혹은 불활성가스 분위기중에서 가열을 행할 필요가 있기 때문에 설비코스트가 높게 되며, 또한 대기의 급배기가 필요하기 때문에 연속적 생산을 행할 수가 없다. 이러한 이유로 제조코스트가 증대한다. 또한 반도체와 의료분야에서는 진공 및 활성분위기에서의 폭로가 불가능한 부재와 고온에서의 유지가 불가능한 부재가 사용되는 경우가 있다. 이 경우에는 제조프로세스가 제약을 받는다. 이상과 같은 이유에서 제조코스트의 저감을 도모할 수 있는 것은 물론, 대기분위기 중에서도 비교적 저온영역에서 양호한 접합체을 얻을 수 있는 대기 브레이징기술의 확립이 요구된다.

 

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

          유호천 / 한국과학기술정보연구원 / ReSEAT 프로그램 전문연구위원