형상기억합금 (Shape memory alloys) Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억합금 (Shape memory alloys) 경상대학교 재료공학부 남 태 현

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. History Au-Cd alloy(1951) Ti-Ni alloy(1963) : 미국해군연구소팀, “형상기억효과” 발견 Cu-Al-Zn(1964) : 형상기억효과는 “열탄성형 마르텐사이트변태”에 기인한다. 300여종 합금, 1만여건의 특허 실용화 가능 합금: TiNi합금, Cu합금, Fe합금 Polymer, Ceramic shape memory materials

마르텐사이트변태 (Martensitic transformation) Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 마르텐사이트변태 (Martensitic transformation) 집단적인 원자이동에 의한 상변태 현상 Steel : 오스테나이트(FCC) – 마르텐사이트(BCT)(체적변화: 약 3%) Ti-Ni : 오스테나이트(CsCl) – 마르텐사이트(Monoclinic)(체적변화: 약 0.1%) 비 열탄성형 마르텐사이트 변태(Steel) 열탄성형 마르텐사이트변태(형상기억합금)

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억효과란?(1방향) 임의의 형상을 기억하고 있는 합금을 냉각하여 마르텐사이트로 만든 후, 형상을 변화시키고, 가열하여 오스테나이트로 만들면 원래의 형상으로 복원되는 현상

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 일반금속과 형상기억합금의 변형거동 일반 금속재료 : 탄성변형 + 소성변형 형상기억합금 stress stress strain strain

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억효과 기구

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억효과란?(2방향) 오스테나이트 상태의 형상과 마르텐사이트 상태의 형상을 모두 기억하여 가열, 냉각에 따른 형상의 변화가 나타나는 현상

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 초탄성효과란? 임의의 형상을 기억하고 있는 합금에 응력을 가하여 변형시킨 후 응력을 제거하면 원래의 형상으로 복원되는 현상

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억합금의 초탄성 변형거동 1. 머리카락 2. 경골조직 3. 연골조직 4. 형상기억합금

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억효과와 초탄성

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억합금 구동소자의 장점 1. 시스템의 소형화 솔레노이드 밸브식 형상기억합금 구동소자식 센 서 구 동 부 센서 + 중앙처리장치 + 동력 + 구동부 중앙처리장치 동 력 2. 저 전력소모 솔레노이드 밸브형 : 약 500mW 형상기억합금 구동소자형 : 약 100mW

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. Ti-Ni 형상기억합금 제조 Sponge Ti Pure Ni Melting (VIM, VAR) Hot working (Rolling, Swaging, Forging) Cold working (Rolling, Drawing) Intermediate annealing Cold working (Rolling, Drawing) Wire, Sheet Annealing

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억합금의 응용 에어컨 커피 메이커 전기밥솥 전자레인지 전자조리기 온수밸브 샤워기 암석파쇄기 바이패스밸브 수증기배출밸브 화재경보기 온실개폐기 로보트 파이프커플링 의료용 임플란트 안경테 휴대폰안테나 기능성 속옷 치열교정와이어 스텐트 가이드와이어 인공뼈 휘스커센서 형상기억효과 초탄성효과

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 1방향 형상기억효과의 응용방법 오스테나이트 상태 : hard 마르텐사이트 상태 : soft Bias coil을 이용

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. Bias coil SMA coil

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. SMA coil Bias Coil

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab.

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab.

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 암석파쇄기

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억합금 구동소자의 응용

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab.

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. Ti-Ni Thin Film Microactuator 제조용

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab.

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab.

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억합금 리본 20㎛

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 형상기억합금 분말

Functional Materials Lab. Gyeongsang National University Functional Materials Lab. 시장규모(원소재 기준) 세계시장규모(2000억원/년) 미국시장규모(1000억원/년) 유럽시장규모(400억원/년) 일본시장규모(500억원/년) 한국시장규모(50억원/년) 부가가치 : 10배 – 20배