A Theoretical Study on Interface Characteristics of SiC Particulate Reinforced Metal Matrix Composite Using Ultrasonics

초음파를 이용한 입자강화 금속복합재료의 계면특성에 관한 이론적 연구

It is well recognized recently that ultrasonic technique is one of the most widely used methods of nondestructive evaluation to characterize material properties of nonconventional engineering materials. Therefore it is very important to understand physical phenomenon on propagation behavior of elastic wave in these materials, which is directly associated with ultrasonic signals in the test. In this study, the theoretical analysis on multi-scattering of harmonic elastic wave due to the particulate with interface between matrix and fiber in metal matrix composites(MMCs) was done on the basis of Lax's quasi-crystalline approximation and extinction theorem. SiC particulate (SiCp) reinforced A16061-T6 composite material was chosen for this analysis. From this analysis, frequency dependences of phase velocity and amplitude attenuation of effective plane wave due to the change of volume fraction of SiC particulate were clearly found. It was also shown that the interface condition between matrix and fiber in MMCs gives a direct effect on the variation of phase velocity of plane wave in MMCs.

초음파법은 종래의 금속재료는 물론 최근의 금속 복합재료등과 같은 신소재의 재료특성을 비파괴적으로 평가할 수 있는 일반적인 방법이다. 그러나 이와같은 재료들의 비파괴 특성 평가를 위해 초음파법을 적용시킬 경우 무엇보다도 재료 내부를 전파하는 탄성파의 전파특성에 대한 물리적 현상에 대한 이해가 필수적이다. 본 연구에서는 금속 복합재료의 제조공정에서 일반적으로 많이 발생되는 기지재와 강화재 사이의 계면 문제 및 기지재에 분포하는 강화재의 체적함유율의 변화등에 의한 유효 평면파의 다중 산란 특성을 SiC 입자강화 6061 알루미늄 복합재료에 대해 Lax의 준 결정 근사(quasi-crystalline approximation) 이론 및 소감정리 (extinction theorem)를 기초로 하여 이론적으로 해석하였다. 그 결과 SiC 입자 강화재의 체적 함유율의 변화에 대한 유효 평면파의 위상속도 및 감쇠의 주파수 의존 특성과 금속복합재료에 있어서의 기지재와 강화재 사이의 계면층의 탄성특성에 대한 위상속도의 변화 특성이 명확하게 규명되었다.