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KR102497922B1 - Shape memory alloy with thermal expansion control through thermo-mechanical treatment, and manufacturing method of the same - Google Patents

Shape memory alloy with thermal expansion control through thermo-mechanical treatment, and manufacturing method of the same Download PDF

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KR102497922B1
KR102497922B1 KR1020210060519A KR20210060519A KR102497922B1 KR 102497922 B1 KR102497922 B1 KR 102497922B1 KR 1020210060519 A KR1020210060519 A KR 1020210060519A KR 20210060519 A KR20210060519 A KR 20210060519A KR 102497922 B1 KR102497922 B1 KR 102497922B1
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shape memory
memory alloy
load
manufacturing
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최원석
고원석
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한국과학기술원
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Abstract

다양한 실시예들은 열-기계적 처리를 통한 열팽창 제어형 형상기억합금 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 열팽창 제어형 형상기억합금은, 오스테나이트 상을 갖고 상이하게 배향되는 복수의 결정립들을 포함하는 소재를 준비하고, 오스테나이트 상의 적어도 일부에 대한 마르텐사이트 상(martensite phase)으로의 변형을 유도하기 위해, 소재에 열-기계적 처리를 적용함으로써, 소재로부터 제조될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 형상기억합금의 열 팽창 계수는 열-기계적 처리에 의해 제어되며, 소재 상이한 축 방향들에 따라 상이한 열팽창 특징들을 나타내는 이방성 열팽창 특성을 갖도록 구현될 수 있다. Various embodiments may provide a controlled thermal expansion shape memory alloy through thermo-mechanical treatment and a manufacturing method thereof. According to various embodiments, the controlled thermal expansion shape memory alloy is obtained by preparing a material having an austenite phase and including a plurality of differently oriented crystal grains, and converting at least a portion of the austenite phase into a martensite phase. It can be made from a material by applying a thermo-mechanical treatment to the material to induce deformation. According to various embodiments, the thermal expansion coefficient of the shape memory alloy is controlled by thermo-mechanical treatment, and the material may be implemented to have anisotropic thermal expansion characteristics exhibiting different thermal expansion characteristics according to different axial directions.

Description

열-기계적 처리를 통한 열팽창 제어형 형상기억합금 및 그의 제조 방법{SHAPE MEMORY ALLOY WITH THERMAL EXPANSION CONTROL THROUGH THERMO-MECHANICAL TREATMENT, AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}Thermal expansion control type shape memory alloy through thermo-mechanical treatment and method for manufacturing the same

다양한 실시예들은 열-기계적 처리를 통한 열팽창 제어형 형상기억합금 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. Various embodiments relate to a controlled thermal expansion shape memory alloy through thermo-mechanical treatment and a manufacturing method thereof.

재료의 열팽창(Positive Thermal Expansion; PTE)은 제어하기가 매우 어려운 재료의 본질적인 특성이며, 이것은 다양한 구조물의 안정성과 특히 정밀기기 및 장치의 거동 및 성능을 좌우하는 중요한 역할을 한다. 따라서, 산업적인 측면에 서 열팽창 계수를 0에 가깝게 만들거나(Zero Thermal Expansion; ZTE) 다른 소재와의 복합 구성을 통해 열팽창 조정을 가능케 하는 음의 열팽창(Negative Thermal Expansion; NTE)을 보이는 소재를 제조하는 것이 중요하다. Positive Thermal Expansion (PTE) of materials is an intrinsic property of materials that is very difficult to control, and it plays an important role in determining the stability of various structures and, in particular, the behavior and performance of precision instruments and devices. Therefore, from an industrial point of view, manufacture a material that exhibits negative thermal expansion (NTE) that makes the coefficient of thermal expansion close to zero (ZTE) or enables adjustment of thermal expansion through composite composition with other materials. It is important to do

현재까지 상용화된 가장 대표적인 ZTE형 Fe-Ni계 인바(invar) 합금의 경우 고정된 성분계로 인해 기술 개발의 한계에 봉착해 있다. 따라서, 이러한 한계를 보완하여 재료의 열팽창을 맞춤형으로 조절할 수 있을 뿐만 아니라 작동 온도의 다양화, 기계적 특성, 전기/열전도도 등 다른 필요 특성을 동시에 고려할 수 있는 새로운 합금의 개발이 시급한 상황이다. In the case of the most representative ZTE-type Fe-Ni-based invar alloy commercialized to date, the technology development is limited due to a fixed composition system. Therefore, there is an urgent need to develop a new alloy that can compensate for these limitations and can not only adjust the thermal expansion of the material in a customized manner, but also consider other necessary properties such as diversification of operating temperature, mechanical properties, and electrical/thermal conductivity.

다양한 실시예들은, 열-기계적 처리를 통한 열팽창 제어형 형상기억합금 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다. Various embodiments may provide a controlled thermal expansion shape memory alloy through thermo-mechanical treatment and a manufacturing method thereof.

다양한 실시예들은, 그 재료에 따라 열전도도, 전기전도도, 또는 기계적 특성 중 적어도 하나를 획득할 수 있는 열팽창 제어형 형상기억합금 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다. Various embodiments may provide a controlled thermal expansion shape memory alloy and a manufacturing method thereof capable of obtaining at least one of thermal conductivity, electrical conductivity, or mechanical properties depending on the material.

다양한 실시예들에 따른 열팽창 제어형 형상기억합금의 제조 방법은, 오스테나이트 상(austenite phase)을 갖고 상이하게 배향되는 복수의 결정립들을 포함하는 소재를 준비하는 단계, 및 오스테나이트 상의 적어도 일부에 대한 마르텐사이트 상(martensite phase)으로의 변형을 유도하기 위해, 소재에 열-기계적 처리를 적용하는 단계를 포함하고, 이로써, 소재로부터 열-기계적 처리에 의해 열팽창 계수가 제어된 형상기억합금이 제조될 수 있다.A method for manufacturing a controlled thermal expansion shape memory alloy according to various embodiments includes preparing a material having an austenite phase and including a plurality of differently oriented crystal grains, and marten for at least a portion of the austenite phase. and applying a thermo-mechanical treatment to the material to induce transformation into a martensite phase, whereby a shape memory alloy having a controlled thermal expansion coefficient can be produced from the material by the thermo-mechanical treatment. there is.

다양한 실시예들에 따른 열팽창 제어형 형상기억합금은, 상이한 축 방향들에 따라 상이한 열팽창 특징들을 나타내는 이방성을 갖도록 구현될 수 있다. A controlled thermal expansion shape memory alloy according to various embodiments may be implemented to have anisotropy exhibiting different thermal expansion characteristics along different axial directions.

다양한 실시예들에 따르면, 적절한 열-기계적 처리를 적용하였을 때 판재의 평면방향(in-plane direction)이나 봉재나 선재의 장축방향(longitudinal direction) 등, 실제 소재의 활용을 고려하였을 때 중요한 방향으로의 열팽창을 억제하거나 음(-)의 열팽창을 보이도록 이방성을 조절하는 것이 가능하다.According to various embodiments, when an appropriate thermo-mechanical treatment is applied, the in-plane direction of a plate material or the longitudinal direction of a bar or wire material is considered in an important direction when considering the actual utilization of the material. It is possible to control the anisotropy to suppress the thermal expansion of or show negative thermal expansion.

다양한 실시예들에 따르면, 열-기계적 처리를 통해, 열팽창 제어형 형상기억합금이 제조될 수 있다. 즉, 열-기계적 처리를 통해, 형상기억합금이 상이한 축 방향들에 따라 상이한 열팽창 특징들을 나타내도록 구현되고, 이로써 최종 활용 형태를 고려했을 때 적합한 형태로 형상기억합금의 열 팽창 계수의 조절이 가능하다. 이를 통해, 형상기억합금이 적용되는 구조물의 안정성이 향상되고, 형상기억합금이 적용되는 정밀기기 및 장치의 거동 및 성능이 개선될 수 있다. 아울러, 형상기억합금의 구성 성분 선택에 따라, 열팽창 조절과 더불어 높은 열전도도, 높은 전기전도도, 또는 우수한 기계적 특성 중 적어도 하나를 추가로 획득할 수 있다. According to various embodiments, a controlled thermal expansion shape memory alloy can be manufactured through thermo-mechanical treatment. That is, through thermo-mechanical treatment, the shape memory alloy is implemented to exhibit different thermal expansion characteristics along different axial directions, and thus it is possible to adjust the thermal expansion coefficient of the shape memory alloy in a form suitable for the final application form. do. Through this, the stability of the structure to which the shape memory alloy is applied may be improved, and the behavior and performance of precision instruments and devices to which the shape memory alloy is applied may be improved. In addition, according to the selection of components of the shape memory alloy, at least one of high thermal conductivity, high electrical conductivity, or excellent mechanical properties may be additionally obtained in addition to thermal expansion control.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 열팽창 제어형 형상기억합금의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 오스테나이트 상(austenite phase)과 마르텐사이트 상(martensite phase)을 나타내는 예시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 형상기억합금의 열 팽창 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 형상기억합금의 열 팽창 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5, 도 6 및 도 7은 다양한 실시예들에 따른 형상기억합금에 대한 실험에 대해 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 다양한 실시예들에 따른 형상기억합금의 열 팽창 계수를 나타내는 도면이다.
1 is a flow chart illustrating a manufacturing method of a controlled thermal expansion type shape memory alloy according to various embodiments.
2A and 2B are exemplary diagrams showing an austenite phase and a martensite phase.
Figure 3 is a view for explaining the thermal expansion adjustment of the shape memory alloy according to one embodiment.
Figure 4 is a view for explaining the thermal expansion adjustment of the shape memory alloy according to another embodiment.
5, 6 and 7 are views for explaining experiments on shape memory alloys according to various embodiments.
8 is a view showing the thermal expansion coefficient of the shape memory alloy according to various embodiments.

이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. Hereinafter, various embodiments of this document will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 열팽창 제어형 형상기억합금의 제조 방법을 도시하는 순서도이다. 도 2a 및 도 2b는 오스테나이트 상(austenite phase)과 마르텐사이트 상(martensite phase)을 나타내는 예시도이다. 1 is a flow chart illustrating a manufacturing method of a controlled thermal expansion type shape memory alloy according to various embodiments. 2A and 2B are exemplary diagrams showing an austenite phase and a martensite phase.

도 1을 참조하면, 110 단계에서, 다결정(polycrystal) 소재가 준비될 수 있다. 이 때, 소재는, 도 2a에 도시된 바와 같은 오스테나이트 상을 갖고 무작위한 방향성을 가지면서 상이하게 배향되는 복수의 결정립(grain)들을 포함할 수 있다. 여기서, 소재는, NiTi, Cu-계(base), Fe-계와 같은 열탄성(thermoelastic) 마르텐사이트 상변태를 기반으로 하는 형상기억합금으로부터 준비될 수 있다. 일 예로, 소재는 NiTi(nickel titanium) 형상기억합금으로 이루어지며, 도 2에서, 자주색은 니켈(Ni) 원자를 나타내고 녹색은 티타늄(Ti) 원자를 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 1 , in step 110, a polycrystal material may be prepared. In this case, the material may include a plurality of differently oriented grains having an austenite phase as shown in FIG. 2A and having random orientations. Here, the material may be prepared from a shape memory alloy based on thermoelastic martensitic phase transformation such as NiTi, Cu-base, or Fe-base. For example, the material is made of NiTi (nickel titanium) shape memory alloy, and in FIG. 2 , purple may represent nickel (Ni) atoms and green may represent titanium (Ti) atoms.

다음으로, 120 단계 및 130에서, 준비된 형상기억합금 소재에 열-기계적 처리가 적용될 수 있다. 이를 통해, 소재 내에서, 오스테나이트 상의 일부 또는 전체 분율에 대한 도 2b에 도시된 바와 같은 마르텐사이트 상으로의 상변태가 유도될 수 있다. 이 때, 저온 상인 마르텐사이트 상이 편향된 방위를 지니도록 유도될 수 있다. 이를 통해, 소재는 상이한 축 방향들에 따라 상이한 열팽창 특징들을 나타내는 이방적 열팽창 특성을 갖도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 소재에 있어서, 변형축에 수직한 방향에서는 안정적인 영(0)의 열팽창(ZTE)이 확보될 수 있다. Next, in steps 120 and 130, a thermo-mechanical treatment may be applied to the prepared shape memory alloy material. Through this, in the material, a phase transformation into martensite phase as shown in FIG. 2B for a part or all fraction of the austenite phase can be induced. At this time, the low-temperature phase martensite phase can be induced to have a deflected orientation. Through this, the material can be implemented to have anisotropic thermal expansion characteristics exhibiting different thermal expansion characteristics along different axial directions. Accordingly, in the material, a stable zero (0) thermal expansion (ZTE) can be secured in a direction perpendicular to the strain axis.

구체적으로, 120 단계에서, 미리 정해진 온도 하에서, 소재에 대해 기계적 로드(mechanical load)가 적용될 수 있다. 이를 통해, 소재 내에서, 오스테나이트 상의 일부 또는 전체에 대한 마르텐사이트 상으로의 상변태가 유도될 수 있으며, 그에 따라 거시적인 열팽창의 이방성이 발현될 수 있다. 이 때, 기계적 로드는 압축(compression) 로드 또는 인장(tension) 로드 중 적어도 하나를 포함하여 반복적인 형태로 가해질 수 있다. 이 후, 130 단계에서, 소재에 열적 로드가 가해질 수 있다. 이를 통해, 소재 내에서 오스테나이트 상과 마르텐사이트 상의 비율이 조절되고 거시적인 열팽창의 이방성이 조절될 수 있다. 이 때, 열적 로드는 기계적 로드가 적용될 때의 온도 보다 낮거나, 높을 수 있다. 이에 대해, 도 3 및 도 4를 참조하여, 보다 상세하게 후술될 것이다. Specifically, in step 120, a mechanical load may be applied to the material under a predetermined temperature. Through this, a phase transformation of part or all of the austenite phase into the martensite phase may be induced in the material, and thus macroscopic anisotropy of thermal expansion may be expressed. At this time, the mechanical load may be applied in a repetitive form, including at least one of a compression load or a tension load. Thereafter, in step 130, a thermal load may be applied to the material. Through this, the ratio of the austenite phase and the martensite phase in the material can be controlled and macroscopic thermal expansion anisotropy can be controlled. At this time, the thermal load may be lower or higher than the temperature when the mechanical load is applied. This will be described in more detail later with reference to FIGS. 3 and 4 .

어떤 실시예들에 따르면, 120 단계에서, 미리 정해진 온도 하에서, 셀에 대해 기계적 로드가 수차례 반복적으로 적용될 수 있다(cyclic mechanical loading). 이 때, 각 결정립의 열 팽창의 평균적인 이방성이 미세 조정될 수 있다. 즉, 형상기억합금의 거시적인 방향에 따른 열 팽창 계수(CTE)가 미세 조정될 수 있다. According to some embodiments, at step 120, a mechanical load may be repeatedly applied to the cell several times under a predetermined temperature (cyclic mechanical loading). At this time, the average anisotropy of thermal expansion of each crystal grain can be finely adjusted. That is, the coefficient of thermal expansion (CTE) according to the macroscopic direction of the shape memory alloy may be finely adjusted.

도 3은 일 실시예에 따른 형상기억합금의 열 팽창 조정을 설명하기 위한 도면이다. Figure 3 is a view for explaining the thermal expansion adjustment of the shape memory alloy according to one embodiment.

도 3을 참조하면, 미리 정해진 온도, 예컨대 300 K의 온도 하에서, 소재에 대해 특정 방향으로 압축 형태의 기계적 로드가 수차례 반복적으로 적용될 수 있다. 예를 들면, 특정 평균 결정립 크기 (12 nm)를 갖는 소재에 압축 로드가 반복적으로 적용됨에 따라, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 소재가 변형될 수 있다. 이 때, 소재 내에서, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상변태가 발생될 수 있다(① -> ② -> ③). 도 3의 (c)에서, 파란색은 오스테나이트 상을 나타내고, 빨간 색은 마르텐사이트 상을 나타낼 수 있다. 즉, 압축 로드가 반복적으로 적용됨에 따라, 오스테나이트 상의 일부 또는 전체가 마르텐사이트 상으로 상변태를 일으킬 수 있다. 여기서, 상이한 색들은 상이한 결정 방향들을 나타낼 수 있도록 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 소재 내 마르텐사이트 상 결정립들이 특정 방향을 선호하도록 미세 구조의 변화가 이루어질 수 있으며, 이로써 마르텐사이트 상으로 구성된 결정립들의 방향성이 재배열될 수 있다. 마르텐사이트 상의 비율과 각 결정립의 방향성은 압축 로드의 반복 횟수와 각 로드의 최대 응력(maximum stress)의 선택에 따라 조절이 가능하다.Referring to FIG. 3 , under a predetermined temperature, for example, 300 K, a compressive type of mechanical load may be repeatedly applied to the material in a specific direction several times. For example, as a compressive load is repeatedly applied to a material having a specific average grain size (12 nm), the material may be deformed as shown in (a) of FIG. 3 . At this time, in the material, as shown in (c) of FIG. 3, a phase transformation may occur (① -> ② -> ③). In (c) of FIG. 3 , blue color may represent an austenite phase, and red color may represent a martensite phase. That is, as a compressive load is repeatedly applied, a part or all of the austenite phase may undergo phase transformation into the martensite phase. Here, as shown in (d) of FIG. 3 so that different colors can represent different crystal directions, a change in the microstructure can be made so that martensite phase crystal grains in the material prefer a specific direction, thereby changing the martensite phase. Orientation of the configured crystal grains may be rearranged. The ratio of the martensite phase and the orientation of each crystal grain can be controlled by selecting the number of repetitions of the compression load and the maximum stress of each load.

이 후, 소재에 반복적인 열적 로드가 적용될 수 있다. 일 예로, 상기 정해진 온도, 예컨대 300 K의 온도보다 높은 온도와 낮은 온도를 오가는 열적 로드가 적용될 수 있다. 이러한 경우, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 상변태가 발생될 수 있다(⑥). 즉, 반복적인 가열과 냉각에 의한 열적 로드가 적용됨에 따라, 마르텐사이트 상의 비율이 변화되고 각 결정립의 방향성이 조절될 수 있다. 여기서, 상이한 색들은 상이한 결정 방향들을 나타내는 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 소재 내 미세 구조의 변화가 이루어질 수 있으며, 마르텐사이트 상으로 구성된 결정립들의 방향성이 재배열될 수 있다. 이를 통해, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 소재는 정해진 온도, 예컨대 300 K보다 낮은 온도에서, 로드 방향으로 양(+)의 열팽창 특징을 나타내고, 로드 방향에 직교하는 측 방향들로 음(-) 또는 영(0)의 열팽창 특징을 나타낼 수 있다. After this, repetitive thermal loads may be applied to the material. For example, a thermal load that alternates between a higher temperature and a lower temperature than the predetermined temperature, for example, a temperature of 300 K, may be applied. In this case, as shown in (c) of FIG. 3, a phase transformation may occur (⑥). That is, as a thermal load by repetitive heating and cooling is applied, the ratio of the martensite phase is changed and the orientation of each crystal grain can be adjusted. Here, as shown in (d) of FIG. 3 where different colors represent different crystal directions, a change in the microstructure in the material may be made, and the orientation of crystal grains composed of the martensite phase may be rearranged. Through this, as shown in (b) of FIG. 3, the material exhibits positive (+) thermal expansion characteristics in the rod direction at a predetermined temperature, for example, a temperature lower than 300 K, and in lateral directions orthogonal to the rod direction. It can exhibit negative (-) or zero (0) thermal expansion characteristics.

도 4는 다른 실시예에 따른 형상기억합금의 열 팽창 조정을 설명하기 위한 도면이다. Figure 4 is a view for explaining the thermal expansion adjustment of the shape memory alloy according to another embodiment.

도 4를 참조하면, 미리 정해진 온도, 예컨대 300 K의 온도 하에서, 소재에 대해 특정 방향으로 인장 형태의 기계적 로드가 수차례 반복적으로 적용될 수 있다. 예를 들면, 특정한 평균 결정립 크기(12 nm)를 가지는 소재에 대해 인장 로드가 반복적으로 적용됨에 따라, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 소재가 변형될 수 있다. 이 때, 소재 내에서, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상변태가 발생될 수 있다(① -> ② -> ③). 도 4의 (c)에서, 파란색은 오스테나이트 상을 나타내고, 빨간 색은 마르텐사이트 상을 나타낼 수 있다. 즉, 인장 로드가 반복적으로 적용됨에 따라, 오스테나이트 상의 일부가 마르텐사이트 상으로 상변태를 일으킬 수 있다. 여기서, 상이한 색들은 상이한 결정 방향들을 나타내는 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 소재 내 미세 구조의 변화가 이루어질 수 있으며 마르텐사이트 상으로 구성된 결정립들의 방향성이 재배열될 수 있다. 마르텐사이트 상의 비율과 각 결정립의 방향성은 압축 로드의 반복 횟수와 각 로드의 최대 응력(maximum stress)의 선택에 따라 조절이 가능하다.Referring to FIG. 4 , under a predetermined temperature, for example, 300 K, a tensile mechanical load may be repeatedly applied several times in a specific direction to the material. For example, as a tensile load is repeatedly applied to a material having a specific average grain size (12 nm), the material may be deformed as shown in FIG. 4(a). At this time, in the material, as shown in (c) of FIG. 4, a phase transformation may occur (① -> ② -> ③). In (c) of FIG. 4 , blue color may represent an austenite phase, and red color may represent a martensite phase. That is, as a tensile load is repeatedly applied, a part of the austenite phase may undergo phase transformation into the martensite phase. Here, as shown in (d) of FIG. 4 where different colors indicate different crystal orientations, a change in the microstructure in the material may be made and the orientation of crystal grains composed of the martensite phase may be rearranged. The ratio of the martensite phase and the orientation of each crystal grain can be controlled by selecting the number of repetitions of the compression load and the maximum stress of each load.

이 후, 소재에 반복적인 열적 로드가 적용될 수 있다. 일 예로, 상기 정해진 온도, 예컨대 300 K의 온도보다 높은 온도와 낮은 온도를 오가는 열적 로드가 적용될 수 있다. 이러한 경우, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상변태가 발생될 수 있다(⑥). 즉, 반복적인 가열과 냉각에 의한 열적 로드가 적용됨에 따라, 마르텐사이트 상의 비율이 변화되고 각 결정립의 방향성이 조절될 수 있다. 여기서, 상이한 색들은 상이한 결정 방향들을 나타내는 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 소재 내 미세 구조의 변화가 이루어질 수 있으며, 마르텐사이트 상으로 구성된 결정립들의 방향성이 재배열될 수 있다. 이를 통해, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 셀은 정해진 온도, 예컨대 300 K보다 낮은 온도에서, 로드 방향으로 음(-)의 열팽창 특징을 나타내고, 로드 방향에 직교하는 측 방향들로 양(+)의 열팽창 특징을 나타낼 수 있다. After this, repetitive thermal loads may be applied to the material. For example, a thermal load that alternates between a higher temperature and a lower temperature than the predetermined temperature, for example, a temperature of 300 K, may be applied. In this case, as shown in (c) of FIG. 4, a phase transformation may occur (⑥). That is, as a thermal load by repetitive heating and cooling is applied, the ratio of the martensite phase is changed and the orientation of each crystal grain can be adjusted. Here, as shown in (d) of 4 where different colors represent different crystal directions, a change in the microstructure in the material may be made, and the orientation of crystal grains composed of the martensite phase may be rearranged. Through this, as shown in (b) of FIG. 4, the cell exhibits negative (-) thermal expansion characteristics in the rod direction at a predetermined temperature, for example, a temperature lower than 300 K, and in lateral directions orthogonal to the rod direction. It can exhibit positive (+) thermal expansion characteristics.

도 3 및 도 4는 각각 순환 압축 로드와 인장 로드를 고려한 분자동력학 시뮬레이션 결과를 보여준다. 300 K에서 5회의 주기적 압축 또는 인장 로드를 가했을 때의 응력-변형률 곡선이 각각 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)로 제시되어 있다. 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)는 각 방향에 대한 원자당 부피(atomic volume)와 변형률의 온도 의존성을 보여준다. 이러한 결과에서, 기계적 로드를 적용한 후 소재를 냉각하는 대신 곧바로 고온(500 K)으로 가열하는 작업이 수행되었(도 3의 (b) 및 도 4의 (b)에서 ③→⑤). 이 과정에서, 초기 기계적 로드에서 얻은 마르텐사이트 상이 완전히 사라지고 오스테나이트 상으로 상변태를 일으킨다. 이후 냉각 과정 중에서 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 상변태는 부피의 급격한 변화를 수반하여 발생한다(도 3의 (b) 및 도 4의 (b)의 ⑤→⑥).3 and 4 show molecular dynamics simulation results considering cyclic compression load and tension load, respectively. Stress-strain curves when cyclic compression or tensile load is applied 5 times at 300 K are shown in FIG. 3(a) and FIG. 4(a), respectively. 3(b) and 4(b) show temperature dependence of atomic volume and strain in each direction. In these results, instead of cooling the material after applying the mechanical load, heating to a high temperature (500 K) was performed immediately (③→⑤ in FIG. 3(b) and FIG. 4(b)). In this process, the martensite phase obtained from the initial mechanical loading completely disappears and causes a phase transformation to the austenite phase. During the subsequent cooling process, the phase transformation from austenite to martensite occurs accompanied by a rapid change in volume (⑤→⑥ in FIG. 3(b) and FIG. 4(b)).

이 주기적인 기계적/열적 로드 공정 동안 관찰된 흥미로운 점은 기계적 로드를 적용한 후 가열시켜 오스테나이트로 완전히 되돌린 후 추가적인 냉각과정에서 열팽창의 이방성이 여전히 나타난다는 것이다(도 3의 (c) 및 도 4의 (c)). 즉, 단일 압축 로드에 대한 측방향이 음(-) 또는 영(+)의 열팽창과, 단일 인장 로드에 의한 인장 방향에 따른 음(-)의 열팽창이 동일하게 나타나고 있다. 각 결정립의 방향성 시각화에서 보듯이(도 3의 (d) 및 도 4의 (d)), 초기 기계적 로드를 통해 얻은 여러 결정립의 색상 패턴은 이후의 가열 및 냉각 공정에 의해 얻어진 결정립에서도 동일하게 나타난다. 이 결과는 여러 결정립에서 마르텐사이트의 방향성과 트윈(twin) 구조가 초기 주기적인 기계적 하중 하에서 유발된 상변태과정에서 기억된 이후 온도 변화에 따른 상변태 과정에서 재현된다는 것을 암시한다. 이 동작은 고온의 오스테나이트 상으로 이뤄진 소재의 형태뿐만 아니라 저온의 마르텐사이트 상으로 이뤄진 소재의 형태 역시 기억하는 잘 알려진 양방향 형상기억 효과(two-ways shape-memory effect)와 유사하다.An interesting observation during this cyclic mechanical/thermal loading process is that the anisotropy of thermal expansion is still present during the additional cooling process after heating to completely revert to austenite after application of the mechanical load (Fig. 3(c) and Fig. 4). of (c)). That is, negative (-) or zero (+) thermal expansion in the lateral direction for a single compression rod and negative (-) thermal expansion along the tensile direction by a single tension rod are shown to be the same. As shown in the directional visualization of each crystal grain (Fig. 3(d) and Fig. 4(d)), the color patterns of several grains obtained through the initial mechanical load appear the same in the grains obtained by the subsequent heating and cooling process. . This result suggests that the orientation and twin structure of martensite in several crystal grains are memorized during the phase transformation process induced under the initial cyclic mechanical load and then reproduced during the phase transformation process following the temperature change. This behavior is similar to the well-known two-way shape-memory effect, which remembers not only the shape of the material made of the high-temperature austenite phase, but also the shape of the material made of the martensite phase at low temperatures.

이는 주기적인 기계적 로드에 의해 결정립계나 전위(dislocation)에 의한 소성변형이 점차 축적되고, 이것이 상변태 과정에서 나타나는 마르텐사이트 결정립의 이방성에 영향을 미치기 때문이다. 국부적 소성변형을 시각화한 도 3의 (e) 및 도 4의 (e)에서 볼 수 있듯이, 실제 소성 변형이 결정립계 영역에서 누적되고 있다. 이렇게 주기적인 기계적 로드 중 축적된 소성 변형은 인근 마르텐사이트 상이 주변 환경에 적응하고 기억할 수 있는 요소로서 작용한다. 후속하는 열적 로드 과정 동안, 마르텐사이트의 형성은 이렇게 미리 축적된 소성변형에 의해 안내되어 특정 방향성을 선호하도록 유도된다.This is because plastic deformation due to grain boundaries or dislocation is gradually accumulated by a periodic mechanical load, which affects the anisotropy of martensite grains during the phase transformation process. As can be seen in (e) of FIG. 3 and (e) of FIG. 4, which visualize local plastic deformation, actual plastic deformation is accumulated in the grain boundary region. The plastic deformation accumulated during this periodic mechanical load acts as a factor that allows the nearby martensite phase to adapt to and remember the surrounding environment. During the subsequent thermal loading process, the formation of martensite is guided by this pre-accumulated plastic strain and is induced to favor a particular orientation.

도3및 도 4에 표시된 결과는 주기적인 기계적/열적 로드에 의한 사전훈련(pre-training) 과정이 원하는 열팽창 거동을 얻기 위해 조절 가능한 추가 변수가 될 수 있다는 것을 알려준다. The results shown in FIGS. 3 and 4 indicate that the pre-training process by periodic mechanical/thermal load can be an additional variable that can be adjusted to obtain the desired thermal expansion behavior.

상술된 열팽창 제어형 형상기억합금의 이방적 열팽창 특성을 확인하기 위해, 실험이 진행되었다. 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여, 이에 대해 후술될 것이다. In order to confirm the anisotropic thermal expansion characteristics of the above-described controlled thermal expansion shape memory alloy, experiments were conducted. This will be described later with reference to FIGS. 5 , 6 and 7 .

도 5, 도 6 및 도 7은 다양한 실시예들에 따른 형상기억합금에 대한 실험에 대해 설명하기 위한 도면들이다. 5, 6 and 7 are views for explaining experiments on shape memory alloys according to various embodiments.

먼저, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 주조 열처리된 소재가 정육면체로 준비되었다. 여기서, 소재는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같은 상변태 온도를 나타내었다. 이러한 소재의 상변태 온도를 기반으로, 소재에 적용하기 위한 열-기계적 특성과 이후 열처리 온도가 결정될 수 있다. 이 후, 소재에 열-기계적 처리가 적용되었다. 이 때, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 소재의 온도(검정색 선)가 변화되었으며, 소재에 대해 기계적 변형(주황색 선)이 발생되었다. 여기서, 소재는 고온 상인 오스테나이트 상이 안정한 온도까지 가열되었다. 그런 다음, 소재에 반복적인 기계적 로드가 적용되었다. 기계적 로드가 가해진 상태로 소재를 냉각시켜, 특정 방위로 편향된 마르텐사이트 결정립을 생성시켰다. 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 소재에 대한 X-선 회절 실험 결과 및 도 6의 (c)에 도시된 바와 같은 투과전자현미경을 통한 확인 결과, 열-기계적 처리가 적용됨에 따라, 소재는 상온에서 마르텐사이트 상으로만 구성되어 있다.First, as shown in (a) of FIG. 5, the cast heat-treated material was prepared into a regular hexahedron. Here, the material exhibited a phase transformation temperature as shown in FIG. 6(a). Based on the phase transformation temperature of these materials, thermo-mechanical properties to be applied to the material and subsequent heat treatment temperature can be determined. After this, a thermo-mechanical treatment was applied to the material. At this time, as shown in (b) of FIG. 5, the temperature of the material (black line) was changed, and mechanical deformation (orange line) was generated for the material. Here, the material is heated to a temperature at which the austenite phase, which is a high-temperature phase, is stable. Then, repetitive mechanical loads were applied to the material. By cooling the material under an applied mechanical load, martensitic crystal grains biased in a specific orientation were created. As a result of the X-ray diffraction test for the material as shown in FIG. 6 (b) and a confirmation result through a transmission electron microscope as shown in FIG. 6 (c), as the thermo-mechanical treatment is applied, the material is composed of only the martensite phase at room temperature.

이 때, 주조 열처리된 소재의 열팽창 특성은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 모든 방향에서 동일한 열팽창 특징을 나타냈다. 여기서, 소재의 열팽창 특성은, 기울기가 양수인, 즉 가열에 의해 팽창하는 특성을 나타냈다. 그리고, 소재에 열-기계적 처리를 적용함에 따라, 소재는 도 7의 (b), (c) 및 (d)에 도시된 바와 같은 이방적 열팽창 특성을 나타냈다. 열-기계적 처리가 5 %의 변형율로 3회 반복되는 경우, 소재는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같은 이방적 열팽창 특성을 나타냈다. 열-기계적 처리가 5 %의 변형율로 10회 반복되는 경우, 소재는 도 7의 (c)에 도시된 바와 같은 이방적 열팽창 특성을 나타냈다. 열-기계적 처리가 10 %의 변형율로 1회 적용되는 경우, 소재는 도 7의 (d)에 도시된 바와 같은 이방적 열팽창 특성을 나타냈다. At this time, the thermal expansion characteristics of the casting heat-treated material showed the same thermal expansion characteristics in all directions, as shown in FIG. 7 (a). Here, the thermal expansion characteristics of the material exhibited a positive slope, that is, expansion by heating. And, as the thermo-mechanical treatment was applied to the material, the material exhibited anisotropic thermal expansion characteristics as shown in (b), (c) and (d) of FIG. 7 . When the thermo-mechanical treatment was repeated three times at a strain rate of 5%, the material exhibited anisotropic thermal expansion characteristics as shown in FIG. 7(b). When the thermo-mechanical treatment was repeated 10 times at a strain rate of 5%, the material exhibited anisotropic thermal expansion characteristics as shown in FIG. 7(c). When the thermo-mechanical treatment was applied once at a strain rate of 10%, the material exhibited anisotropic thermal expansion characteristics as shown in FIG. 7(d).

아울러, 주조 열처리된 상태(As-homogenized)에서 고온 열-기계적 처리를 적용한 후, 소재에 대한 변형 및 회복 정도가 측정되었다. 여기서, 도 7의 (e)에 도시된 바와 같이, 열-기계적 처리가 적용된 상태(Trained)의 경우, 열-기계적 처리의 변형율과 반복 횟수에 따라, 기존(100 %)에 비해 소재에 대해 상이한 변형율이 측정되었다. 이 후, 기계적 로드를 제거한 상태에서 오스테나이트 상변태가 완료되는 120 도로 열처리한 후 형상기억특성을 통해 변형율이 회복된 정도가 확인되었다. 여기서, 도 7의 (e)에 도시된 바와 같이, 한 번(N=1), 두 번(N=2) 및 세 번(N=3)의 120 도 열처리가 적용된 상태에서, 소재에 대한 변형율의 회복율이 확인되었다. In addition, after applying high-temperature thermo-mechanical treatment in the casting heat treatment state (As-homogenized), the degree of deformation and recovery of the material was measured. Here, as shown in (e) of FIG. 7, in the case of the state where the thermo-mechanical treatment is applied (Trained), depending on the strain rate and the number of repetitions of the thermo-mechanical treatment, the material is different compared to the conventional (100%) Strain was measured. Then, after heat treatment at 120 degrees, which completes the austenite phase transformation, with the mechanical load removed, the degree of strain recovery was confirmed through shape memory characteristics. Here, as shown in (e) of FIG. 7, in the state where 120 degree heat treatment is applied once (N = 1), twice (N = 2) and three times (N = 3), the strain rate for the material recovery rate was confirmed.

이 때, 각 상태, 즉 주조 열처리된 상태, 열-기계적 처리가 적용된 상태 및 120 도 열처리가 적용된 상태에서의 소재에 대해 각 방향별로 열팽창 계수가 도 7의 (f)에 도시된 바와 같이 측정되었다. 그 결과, 변형축과 수직한 방향으로 열-기계적 처리의 반복 횟수가 증가할수록, 소재에 대해 더 안정적인 ZTE가 확보될 수 있음이 확인되었다. 여기서, 도 7의 (e)에 도시된 바와 같은 회복율로 볼 때, 열-기계적 처리의 반복 횟수 증가가 양방향성 형상기억특성(two-way shape memory effect)을 야기시켜, 상온에서의 마르텐사이트 방위가 120 도 열처리 후에도 지속적으로 유지되어, 소재에 대해 도 7의 (f)에 도시된 바와 같은 열팽창 특성을 확보할 수 있다. 따라서, 열-기계적 처리 과정은 형상기억합금의 상변태 온도, 적용하고자 하는 온도 범위, 필요 열팽창 계수 등을 고려하여 결정될 수 있을 것이다. At this time, the coefficient of thermal expansion in each direction for the material in each state, that is, the casting heat treatment state, the thermo-mechanical treatment applied state, and the 120 degree heat treatment applied state, was measured as shown in (f) of FIG. . As a result, it was confirmed that as the number of repetitions of the thermo-mechanical treatment increased in the direction perpendicular to the strain axis, a more stable ZTE could be secured for the material. Here, in view of the recovery rate as shown in (e) of FIG. 7, the increase in the number of repetitions of the thermo-mechanical treatment causes a two-way shape memory effect, so that the martensite orientation at room temperature It is continuously maintained even after heat treatment at 120 degrees, and it is possible to secure thermal expansion characteristics as shown in (f) of FIG. 7 for the material. Therefore, the thermo-mechanical treatment process may be determined in consideration of the phase transformation temperature of the shape memory alloy, the temperature range to be applied, and the required thermal expansion coefficient.

도 8은 다양한 실시예들에 따른 형상기억합금의 열 팽창 계수를 나타내는 도면이다. 8 is a view showing the thermal expansion coefficient of the shape memory alloy according to various embodiments.

도 8을 참조하면, 상술된 형상기억합금은 그 재료에 따라, 상이하게 발현되는 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 이 때, 형상기억합금 제조시에 적용되는 기계적 로드 또는 열적 로드 중 적어도 하나의 적용 횟수의 조절에 따라, 형상기억합금의 열 팽창 계수는 원하는 형태로 미세하게 조정될 수도 있다. 예를 들면, 형상기억합금 소재는, NiTi, Cu-계, Fe-계와 같은 열탄성 마르텐사이트 상변태를 기반으로 하는 형상기억합금으로부터 준비되어, 열팽창 조절을 만족함과 동시에 선택된 구성에 따라, 높은 열전도도, 높은 전기전도도, 또는 우수한 기계적 특성 중 적어도 하나를 추가로 획득할 수 있다. Referring to FIG. 8 , the above-described shape memory alloy may have a different coefficient of thermal expansion depending on its material. At this time, the thermal expansion coefficient of the shape memory alloy may be finely adjusted to a desired shape according to the control of the number of applications of at least one of a mechanical load or a thermal load applied during manufacture of the shape memory alloy. For example, the shape memory alloy material is prepared from a shape memory alloy based on thermoelastic martensitic phase transformation such as NiTi, Cu-based, and Fe-based, and satisfies thermal expansion control and, depending on the selected configuration, has high thermal conductivity. At least one of degree, high electrical conductivity, or excellent mechanical properties may be additionally obtained.

다양한 실시예들에 따르면, 열-기계적 처리를 통해, 열팽창 제어형 형상기억합금이 제조될 수 있다. 즉, 열-기계적 처리를 통해, 형상기억합금을 구성하는 마르텐사이트 상의 방향성을 원하는 형태로 조절함으로써 거시적인 방향 별 열 팽창 계수의 조절이 가능하다. 이러한 과정을 통해 얻어지는 소재를 적용함으로써, 구조물의 안정성이 향상되고, 정밀기기 및 장치의 거동 및 성능이 개선될 수 있다. 아울러, 형상기억합금의 구성 성분 선택에 따라, 열팽창 조절과 더불어 높은 열전도도, 높은 전기전도도, 또는 우수한 기계적 특성 중 적어도 하나를 추가로 획득할 수 있다. According to various embodiments, a controlled thermal expansion shape memory alloy can be manufactured through thermo-mechanical treatment. That is, through thermo-mechanical treatment, it is possible to adjust the thermal expansion coefficient for each direction macroscopically by adjusting the orientation of the martensite phase constituting the shape memory alloy into a desired shape. By applying the material obtained through this process, the stability of the structure can be improved, and the behavior and performance of precision instruments and devices can be improved. In addition, according to the selection of components of the shape memory alloy, at least one of high thermal conductivity, high electrical conductivity, or excellent mechanical properties may be additionally obtained in addition to thermal expansion control.

다양한 실시예들에 따른 열팽창 제어형 형상기억합금의 제조 방법은, 초기 오스테나이트(austenite) 상을 갖고 상이하게 배향되는 복수의 결정립들을 포함하는 소재를 준비하는 단계(110 단계), 및 오스테나이트 상의 일부 또는 대부분에 대한 마르텐사이트 상(martensite phase)으로의 상변태를 유도하기 위해, 소재에 열-기계적 처리를 적용하는 단계(120 단계, 130 단계)를 포함한다.A method for manufacturing a controlled thermal expansion shape memory alloy according to various embodiments includes preparing a material having an initial austenite phase and including a plurality of differently oriented crystal grains (step 110), and a portion of the austenite phase. or applying a thermo-mechanical treatment to the material to induce a phase transformation to a martensite phase for the majority (steps 120 and 130).

다양한 실시예들에 따르면, 적절한 열-기계적 처리를 적용하였을 때 판재의 평면방향(in-plane direction)이나 봉재나 선재의 장축방향(longitudinal direction) 등, 실제 소재의 활용을 고려하였을 때 중요한 방향으로의 열팽창을 억제하거나 음(-)의 열팽창을 보이도록 이방성을 조절하는 것이 가능하다.According to various embodiments, when an appropriate thermo-mechanical treatment is applied, the in-plane direction of a plate material or the longitudinal direction of a bar or wire material is considered in an important direction when considering the actual utilization of the material. It is possible to control the anisotropy to suppress the thermal expansion of or show negative thermal expansion.

다양한 실시예들에 따르면, 형상기억합금의 열 팽창 계수는 소재에 가해지는 기계적 로드와 열적 로드의 선택(반복 횟수, 최대 응력 등)에 따라 결정될 수 있다. According to various embodiments, the thermal expansion coefficient of the shape memory alloy may be determined according to the selection (number of repetitions, maximum stress, etc.) of mechanical load and thermal load applied to the material.

다양한 실시예들에 따르면, 소재에 열-기계적 처리를 적용하는 단계(120 단계, 130 단계)는, 오스테나이트 상의 일부 또는 대부분에 대한 마르텐사이트 상으로의 변형을 유도하기 위해, 미리 정해진 온도 하에서, 소재에 대해 기계적 로드를 적용하는 단계(120 단계), 및 소재에 열적 로드를 적용하는 단계(130 단계)를 포함할 수 있다. According to various embodiments, the step of applying a thermo-mechanical treatment to the material (steps 120 and 130) is performed under a predetermined temperature to induce transformation of some or most of the austenite phase to martensite phase, It may include applying a mechanical load to the workpiece (step 120) and applying a thermal load to the workpiece (step 130).

다양한 실시예들에 따르면, 기계적 로드를 적용하는 단계(120 단계), 또는 열적 로드를 적용하는 단계(130 단계) 중 적어도 하나는, 미리 정해지는 반복 횟수만큼 수행되며, 형상기억합금의 열 팽창 계수는, 반복 횟수에 따라, 결정될 수 있다. According to various embodiments, at least one of the step of applying a mechanical load (step 120) or the step of applying a thermal load (step 130) is performed by a predetermined number of repetitions, and the thermal expansion coefficient of the shape memory alloy may be determined according to the number of iterations.

다양한 실시예들에 따르면, 소재는 상이한 거시적 방향들에 따라 상이한 열팽창 특징들을 나타내는 이방성을 갖도록 구현될 수 있다. According to various embodiments, a material may be implemented to have anisotropy exhibiting different thermal expansion characteristics along different macroscopic directions.

다양한 실시예들에 따르면, 소재에 열적 로드를 적용하는 단계(130 단계)는, 마르텐사이트 상의 비율을 증가시키기 위해, 상변태 온도보다 낮은 온도로 열적 로드를 적용하는 단계, 및 오스테나이트 상의 비율을 증가시키기 위해, 상변태 온도보다 높은 온도로 열적 로드를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. According to various embodiments, applying a thermal load to the material (step 130) includes applying a thermal load at a temperature lower than the phase transformation temperature to increase the proportion of martensite phase, and increasing the proportion of austenite phase. In order to do so, it may include applying a thermal load at a temperature higher than the phase transformation temperature.

다양한 실시예들에 따르면, 기계적 로드는 특정 방향으로 적용되는 압축과 인장 로드를 포함할 수 있다.According to various embodiments, mechanical loads may include compression and tension loads applied in a particular direction.

일 실시예에 따르면, 압축 로드에 의해 준비된 소재는 상변태 온도보다 낮은 온도에서, 로드 방향으로 양(+)의 열팽창 특징을 나타내고, 로드 방향에 직교하는 측 방향들로 음(-) 또는 영(0)의 열팽창 특징을 나타낼 수 있다. According to one embodiment, the material prepared by the compression rod exhibits positive (+) thermal expansion characteristics in the rod direction at a temperature lower than the phase transformation temperature, and negative (-) or zero (0) thermal expansion characteristics in lateral directions orthogonal to the rod direction. ) can represent the thermal expansion characteristics of

다른 실시예에 따르면, 인장 로드에 의해 준비된 소재는 상변태 온도보다 낮은 온도에서, 로드 방향으로 음(-)의 열팽창 특징을 나타내고, 로드 방향에 직교하는 측 방향들로 양(+)의 열팽창 특징을 나타낼 수 있다.According to another embodiment, a material prepared by a tensile rod exhibits negative (-) thermal expansion characteristics in the rod direction and positive (+) thermal expansion characteristics in lateral directions orthogonal to the rod direction at a temperature lower than the phase transformation temperature. can indicate

다양한 실시예들에 따르면, 소재에 있어서, 변형축에 수직한 방향에서는 안정적인 영(0)의 열팽창(ZTE)이 확보될 수 있다.According to various embodiments, in a material, a stable zero (0) thermal expansion (ZTE) may be secured in a direction perpendicular to the strain axis.

다양한 실시예들에 따르면, 소재는 NiTi, Cu-계(base), Fe-계계와 같은 열탄성 마르텐사이트 상변태를 기반으로 하는 형상기억합금으로부터 준비되고, 열팽창이 제어된 형상기억합금은, 구성 성분의 선택에 따라, 높은 열전도도, 높은 전기전도도, 또는 우수한 기계적 특성 중 적어도 하나를 추가로 획득할 수 있다.According to various embodiments, the material is prepared from a shape memory alloy based on thermoelastic martensitic phase transformation, such as NiTi, Cu-based (base), or Fe-based, and the shape memory alloy having controlled thermal expansion is composed of components. Depending on the selection, at least one of high thermal conductivity, high electrical conductivity, or excellent mechanical properties may be additionally obtained.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성 요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성 요소가 다른(예: 제 2) 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성 요소(예: 제 3 구성 요소)를 통하여 연결될 수 있다.Various embodiments of this document and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes of the embodiment. In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like elements. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this document, expressions such as "A or B", "at least one of A and/or B", "A, B or C" or "at least one of A, B and/or C" refer to all of the items listed together. Possible combinations may be included. Expressions such as "first," "second," "first," or "second" may modify the elements in any order or importance, and are used only to distinguish one element from another. The components are not limited. When a (eg, first) component is referred to as being “connected” or “connected” to another (eg, second) component, the certain component is directly connected to the other component, or It may be connected through another component (eg, a third component).

다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 단계들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 단계들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 단계들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 단계들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 단계들이 추가될 수 있다.According to various embodiments, each of the components described above may include a single entity or a plurality of entities. According to various embodiments, one or more components or steps among the aforementioned components may be omitted, or one or more other components or steps may be added. Alternatively or additionally, a plurality of components may be integrated into one component. In this case, the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component among the plurality of components prior to integration. According to various embodiments, steps performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the steps are executed in a different order, omitted, or , or one or more other steps may be added.

Claims (10)

열팽창 제어형 형상기억합금의 제조 방법에 있어서,
오스테나이트 상(austenite phase)을 갖고 상이하게 배향되는 복수의 결정립들을 포함하는 소재를 준비하는 단계; 및
상기 오스테나이트 상의 적어도 일부에 대한 마르텐사이트 상(martensite phase)으로의 변형을 유도하기 위해, 상기 소재에 열-기계적 처리를 적용하는 단계
를 포함하고,
이로써, 상기 소재로부터 상기 열-기계적 처리에 의해 열 팽창 계수가 제어된 형상기억합금이 제조되고,
상기 형상기억합금의 상기 열 팽창 계수는,
상기 소재에 적용되는 기계적 로드(mechanical load)와 열적 로드(thermal load)의 크기에 따라 결정되고,
상기 소재에 상기 열-기계적 처리를 적용하는 단계는,
상기 오스테나이트 상의 적어도 일부에 대한 상기 마르텐사이트 상으로의 변형을 유도하기 위해, 미리 정해진 온도 하에서, 상기 소재에 대해 상기 기계적 로드를 적용하는 단계; 및
상기 소재에 상기 열적 로드를 적용하는 단계
를 포함하는,
제조 방법.
In the method for producing a controlled thermal expansion shape memory alloy,
Preparing a material having an austenite phase and including a plurality of differently oriented crystal grains; and
Applying a thermo-mechanical treatment to the material to induce transformation of at least a portion of the austenite phase to a martensite phase.
including,
Thus, a shape memory alloy having a controlled thermal expansion coefficient is manufactured from the material by the thermo-mechanical treatment,
The thermal expansion coefficient of the shape memory alloy,
It is determined according to the size of the mechanical load and thermal load applied to the material,
Applying the thermo-mechanical treatment to the material comprises:
applying the mechanical load to the material, under a predetermined temperature, to induce transformation of at least a portion of the austenite phase into the martensite phase; and
applying the thermal load to the workpiece;
including,
manufacturing method.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 기계적 로드를 적용하는 단계, 또는 상기 열적 로드를 적용하는 단계 중 적어도 하나는,
미리 정해지는 반복 횟수만큼 수행되며,
상기 형상기억합금의 상기 열 팽창 계수는,
상기 반복 횟수에 따라, 결정되는,
제조 방법.
According to claim 1,
At least one of applying the mechanical load or applying the thermal load,
It is performed for a predetermined number of iterations,
The thermal expansion coefficient of the shape memory alloy,
Depending on the number of iterations, determined,
manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 소재는 상이한 축 방향들에 따라 상이한 열팽창 특징들을 나타내는 이방성 열팽창 특성을 갖도록 구현되는,
제조 방법.
According to claim 1,
The material is embodied to have anisotropic thermal expansion properties exhibiting different thermal expansion characteristics along different axial directions.
manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 소재에 상기 열적 로드를 적용하는 단계는,
상기 마르텐사이트 상의 비율을 증가시키기 위해, 상기 온도보다 낮은 온도로 상기 열적 로드를 적용하는 단계; 및
상기 오스테나이트 상의 비율을 증가시키기 위해, 상기 온도보다 높은 온도로 상기 열적 로드를 적용하는 단계
를 포함하는,
제조 방법.
According to claim 1,
Applying the thermal load to the material comprises:
applying the thermal load at a temperature lower than the temperature to increase the proportion of the martensite phase; and
Applying the thermal load at a temperature higher than the temperature to increase the proportion of the austenite phase.
including,
manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 기계적 로드는 특정 방향으로 적용되는 압축(compression) 로드를 포함하고,
상기 소재는,
상기 압축 로드가 적용됨에 따라, 상기 방향으로 양의 열팽창 특징으로 나타내고, 상기 방향에 직교하는 방향으로 음 또는 영의 열팽창 특징을 나타내는,
제조 방법.
According to claim 1,
The mechanical load includes a compression load applied in a specific direction;
The material is
As the compression load is applied, exhibiting positive thermal expansion characteristics in the direction and negative or zero thermal expansion characteristics in a direction orthogonal to the direction,
manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 기계적 로드는 특정 방향으로 적용되는 인장(tension) 로드를 포함하고,
상기 소재는,
상기 인장 로드가 적용됨에 따라, 상기 방향으로 음의 열팽창 특징을 나타내고, 상기 방향에 직교하는 방향으로 양의 열팽창 특징을 나타내는,
제조 방법.
According to claim 1,
The mechanical rod includes a tension rod applied in a specific direction,
The material is
As the tension rod is applied, it exhibits negative thermal expansion characteristics in the direction and positive thermal expansion characteristics in a direction orthogonal to the direction.
manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 소재는,
NiTi, Cu-계(base), Fe-계와 같은 열탄성 마르텐사이트 상변태를 기반으로 하는 형상기억합금으로부터 준비되고,
상기 형상기억합금은,
구성에 따라, 높은 열전도도, 높은 전기전도도, 또는 우수한 기계적 특성 중 적어도 하나를 추가로 획득하는,
제조 방법.
According to claim 1,
The material is
It is prepared from shape memory alloys based on thermoelastic martensitic phase transformation such as NiTi, Cu-base, and Fe-base,
The shape memory alloy,
Depending on the configuration, further obtaining at least one of high thermal conductivity, high electrical conductivity, or excellent mechanical properties,
manufacturing method.
제 1 항, 또는 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 따라 제조되는 형상기억합금. Claim 1, or a shape memory alloy produced according to the manufacturing method according to any one of claims 4 to 9.
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