일본산업뉴스요약

금속 열 전도율 60% 높이는 기술 개발
도쿄도시대학, 모터 등의 과열 억제해 고장 방지

도쿄도시(東京都市)대학의 무나카타(宗像) 교수와 고바야시(小林) 교수팀은 금속의 열 전도율을 60% 이상 높이는 기술을 개발했다. 한 방향으로 모여있는 세라믹미립자 집합체를 금속에 분산시켜 열이 전달되기 쉽도록 하는 구조를 형성. 이를 통해, 모터가 설치된 기계나 대규모 집적회로(LSI) 고장의 원인이 되는 과열을 억제할 수 있게 되었다. 기계 및 컴퓨터업계는 방열 구조를 단순화할 수 있어, 소형화를 실현할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번에 개발된 것은 열이 전달되기 어려운 금속재료의 열 전도율을 높이는 기술이다. 분말치금(粉末治金)이라고 불리는 방법을 통해, 금속 안에 열 전도율이 한 단위 높은 세라믹을 체적(體積) 환산으로 5~10% 혼합한다. 직경 약 3마이크로미터(μm)의 공 형태의 금속미립자와 직경 0.1~100μm, 길이가 3~500 μm인 바늘 형태의 세라믹미립자를 회전하는 용기 내에서 혼합해, 높은 온도로 구워 굳힌다. 혼합 시 분산제(分散劑)라고 불리는 고분자를 첨가하면 십 수 개의 바늘 형태의 세라믹미립자가 같은 방향으로 집합해, 금속 안에서 균일하게 분산되는 것이다.

주요 실험에서는 금속에 스테인리스강(Stainless steel), 세라믹에 질화규소, 분산제에 폴리에틸렌글리콜(PEG)를 사용했다. 이 3가지를 혼합해, 섭씨 1,000도에서 3~5시간 가열해 단단히 굳힌다. PEG의 성분은 소결(燒結) 시에 분해되기 때문에 소멸된다. 다른 금속과 세라믹의 조합해도 이와 같은 구조가 만들어졌다.

질화규소를 10% 혼합한 스테인리스강의 열 전도율와 혼합하지 않은 순수한 스테인리스강을 비교했을 때, 순수한 스테인리스강은 방향에 의한 열 전도율의 차이가 없었다. 그러나 혼합재료는 분산된 바늘의 긴 방향이 순수한 스테인리스강보다 60% 이상으로 증가하고, 수직 방향은 약 10% 줄어들었다. 즉, 열 전도율을 방향을 통해 증감할 수 있다는 것을 밝혀낸 것이다. 향후 기계 설계에 활용될 것으로 전망된다.

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