구조재료기술

자동차, 항공/우주, 국방, 생체재료, 전자, 에너지재료 등에 사용되는 우수하고 신뢰성 있는 기계적 특성의 구조용 재료\

개발을 위해 다양한 실험적 기법 및 전산모사, 인공 지능 기반 미세조직 설계를 활용해 연구합니다. 이러한 구조 재료 연구 관련해

기가스틸같은 철강, Al, Mg, Ti 합금 등 상용 구조재료부터 최근에는 고엔트로피합금 설계 및 개발까지 다양한 합금에 대한 연구를

수행하며, 이러한 합금들의 3D 프린팅 공정 적용 및 부품화 연구를 합니다. 또한 구조용 재료의 내식성 향상을 위해 전기화학적

부식 및 방식 기술에 대한 연구도 진행하고 있습니다.

자동차, 항공/우주, 국방, 생체재료, 전자, 에너지재료 등에 사용되는 우수하고 신뢰성 있는 기계적 특성의 구조용 재료 개발을 위해 다양한 실험적 기법 및 전산모사, 인공 지능 기반 미세조직 설계를 활용해 연구합니다. 이러한 구조 재료 연구 관련해 기가스틸같은 철강, Al, Mg, Ti 합금 등 상용 구조재료부터 최근에는 고엔트로피합금 설계 및 개발까지 다양한 합금에 대한 연구를 수행하며, 이러한 합금들의 3D 프린팅공정 적용 및 부품화 연구를 합니다. 또한 구조용 재료의 내식성 향상을 위해 전기화학적 부식 및 방식 기술에 대한 연구도 진행하고 있습니다.

High Entropy Alloy

고엔트로피 합금

초기 청동기 시대 이후, 인류는 합금 원소를 첨가함으로써 재료의 특성을 조절하였습니다. 소수의 예외 사항을 제외하고, 상대적으로 적은 양의 첨가 원소를 기존 원소에 포함하는 합금 설계의 기본적인 전략은 수천 년 동안 바뀌지 않았습니다(예시로, 철에 탄소가 첨가된 철강 혹은 알루미늄에 구리가 첨가된 알루미늄 합금 등). 그러나 지난 15년 동안 다수의 고농도 주 원소를 가진, 새로운 합금설계전략을 통한 고엔트로피 합금(High-entropy alloy)이 출현하였습니다. 이러한 접근에 의해 고엔트로피 합금 설계의 조성 영역은 기존 합금에 비하여 고차원적으로 상당히 크게 넓어졌을 뿐 아니라, 사실상 제한이 없습니다. 지금까지는 매우 작은 조성 범위만이 연구되어왔음에도, 몇몇의 고엔트로피 합금은 이미 기존의 합금을 뛰어넘는 우수한 기계적, 자기적 및 불변하는 성질을 보였으며, 더 많은 이러한 고엔트로피 합금이 미래에도 계속 발견될 것으로 기대됩니다.

Metal Additive Manufacturing

금속 적층 제조(3D 프린팅)

금속 3D 프린팅으로 불리는 적층 제조 기술 (Additive manufacturing)은 3차원으로 설계된 CAD (Computer aided design) 데이터 기반 3차원 형상의 제품을 한 층씩 쌓아 제작하는 공정 특성으로 인해 전통 방식으로 제조가 불가능한 복잡한 형상의 제품을 한번에 제작할 수 있는 장점을 지닙니다. 이를 통해 기존 공법 대비 제품 개발에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 생산 시스템과 달리 제품을 특정한 목적에 부합하도록 맞춤형 생산 가능하게 만들어 주어 다양한 구조 및 복잡한 부품을 요구하는 우주항공, 의료 분야 등 첨단 맞춤형 부품 분야로의 빠른 적용이 이루어지고 있습니다. 이러한 적층 제조 기술의 폭 넓은 적용 및 응용을 위해 다양한 합금들에 대한 적층 제조 연구가 전세계적으로 폭발적으로 이루어지고 있으며, 이러한 성장기 초반의 소재 기술에 대한 주도권 확보를 위해 POSTECH은 상용 구조 재료뿐 아니라 고엔트로피합금으로의 적용 등 다양한 연구를 진행 중에 있습니다.

Digital Twin by Artificial Intelligence and computer Simulation
for Alloy and Processing Development

인공지능과 전산모사기법을 결합한
디지털 트윈 구조용 소재 – 공정 설계

디지털 트윈, 멀티스케일 및 다중물리 소재 모델링은 다양한 과학적 기존의 방식들과 새로운 방식을 통합하여 재료과학과 공학에 필수적인 현상과 과정들의 방대한 시간 및 규모 범위를 연결할 수 있습니다. 최근 몇 년간 기술적인 것부터 예측적인 접근까지 디지털 트윈 분야는 놀라운 발전과 함께, 실제적 조건하의 복잡한 재료의 기능과 특성에 대한 모델링을 이루어냈습니다.
멀티스케일 및 다중물리 모델은 다양한 연구와 공학 분야에 적용됩니다. 멀티스케일 모델링의 가장 대표적 분야는 이제까지 실험적으로 관찰했던 범위를 넘어 복잡한 재료의 구조, 공정과 특성간의 관계를 예측하는 것입니다. 이처럼 이제껏 알려지지 않은 재료의 구조, 특성과 성능 예측모델도 큰 관심을 받고있습니다. 세번째 핵심 분야는 제조 공정의 시뮬레이션을 통해 제품 구조-특성을 예측하는 적합한 멀티스케일 모델의 발전입니다.

Metal Additive Manufacturing

전기화학적 부식 및 방식

현대에 이르러 스테인리스강의 개발과 발전으로 철강의 부식 저항성은 비약적으로 발전하였으나 극저온과 고온과 마모 환경과 해수 환경과 같은 극한 환경에서의 부식은 여전히 산업적으로 큰 경제적, 환경적 피해를 야기하고 인명 사고를 일으키는 원인으로 작용합니다. 이러한 가혹 환경에서의 부품 교체 및 수리는 극히 어렵거나 불가능하여 강한 내식성을 가진 구조재료의 필요성은 나날이 증가하고 있습니다. 그 중 고엔트로피 합금은 기존의 금속 재료에 적용되는 일반적인 예측에서 크게 벗어나는 특성으로 인해 가혹 환경에서 사용될 수 있는 구조재료로 각광받고 있습니다. 특히 CoCrMnFeNi 합금으로 대변되는 cantor 합금의 경우 대표적인 스테인리스강인 Type 304L 강보다 우수한 내식 특성을 가지고 있다는 보고가 수 차례 이루어지고 있습니다. 우리 학과에서는 다양한 종류의 고강도 구조재료에 대한 부식 거동을 분석하고 재료를 보호하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다.