객차용 세라믹 브레이크 회전자 편집부(외신) 기존의 회주철 브레이크 디스크를 좀더 가볍고 발전된 디스크로 대체하려는 수 많은 시도가 지난 십 여년동안 시도되었다. 최근에 이러한 시도는 복합재료로 통합되거나 또는 단일 결정으로 자동차 분야에 사용되는 공학용 세라믹의 가능성에 대한 관심이 다시 높아지고 있다. 최근에 사용되고 있는 주철 브레이크 회전자들은 상당히 무겁고, 알루미늄-강화 객차가 5~6kg의 전형적인 주철 브레이크 회전자를 가질 때 특히 그렇다. 경량의 재료를 사용함으로 인해 약 50%의 무게 감소가 예상되어 지고 1.6%정도의 연료 소비 절감을 가져올 것으로 예상된다. 그러나 이 재료의 사용은 목적은 높은 연료효율 만을 위한 것이 아니다. 객차에 사용되는 높은 마찰계수와 반응 계수를 낮은 관성의 브레이크 회전자의 개발은 높아지는 소비자의 요구 및 전세계적인 경쟁력을 만족시킬 수 있을 것이다. 새로운 재료와 기술 여러가지 재료와 기술이 경량 브레이크 회전자의 향후 대량 생산을 위해 고려되어 왔다. 단일 결정 알루미늄-복합물 브레이크 회전자는 이것에 대한, 특히 재료 과학자들에게 교육적인 혁신으로, 최초의 단계를 대표한다. 차량에 대한 모의 실험 및 실제 실험에 기초를 둔 연구가, 브레이크 회전자의 최적의 체적 강화 분율이 30%에 이르기까지 시행되었다. 실제적으로 이 강화 수준에서, 재료의 열적, 기계적 부문과 가동도 특성사이의 최상의 절충점을 얻을 수 있었다. 30vol%의 SiC 미립자로 이루어진 알루미늄-복합물이 여러 기술을 사용하여 생산될 수 있다. 회전자는 사형 주조, 폼몰드(증발형태)주조, 영구주형 주조등 여러 과정을 사용하는 중력주물이다. 다이캐스팅, 압력 주조, 반고체주조와 같은 압력 주조 과정이 성공적으로 사용되었다. 그러나 응고 과정에서의 SiC입자의 편석, 또는 비균질 분포와 줄어든 재료의 연성 이외에도, 흑연과 같은 고체 윤활제의 부족이 낮은 파괴 상수, 응착 마모, 골링 등의 원인이 된다. 또한 알루미늄-복합물 브레이크 회전자의 최고 높은 작업 온도(733K)는 주철로 만들어진 전형적인 브레이크 회전자보다 약 100~150K정도 낮다. 적당한 고체 윤활을 얻기 위해 알루미늄, SiC, 흑연 복합물 브레이크 회전자가 개발되었고 기존의 주철 회전자 보다 더 좋은 마찰 저항을 가지고 있다는 것이 보고 되었다. 그러나 흑연 미립자의 혼입이 심각한 과정의 어려움 및 제조 비용의 증가에 대한 원인이 될 수 있다. 그러므로 이 제품은 단지 경주자동차 또는 고급 스포츠차에 적용하기에 적합하다. 알루미늄 합금 회전자 심지에 기초를, 마찰 표면에 알루미늄-복합물 피복제를 가진 둔 몇몇 대안이 고려되었다. 알루미늄 심지와 복합물 피복제의 혼합이 무게를 감소시키고 열 전도도를 증가시킨다. 삽입주조와 castcon으로 불리는 새로운 제조 기술이 알루미늄 심지-복합물 피복제(종합복합물) 브레이크 회전자가 적당한 가격을 가지고 생산하기 위해 사용되었다. 삽입 주조 과정의 기본 관념은 가장 효율적이고 효과적인 비용의 기술을 사용하여 주물 미립자 복합물, 압착 주조, 또는 무압 침입 세라믹 성형물 또는 정제된 복합물을 포함하여 각각 삽입되는 과정이다. 삽입물은 그 후에 회전자의 마찰 부분을 통해서 회전자로 혼합되어지고, 금속공학적으로 고온 알루미늄 합금과 결합되어져서 회전자의 심지로 사용된다. 대안의 방법으로 삽입물을 단단한 기공정의 세라믹으로 만든 후 침입 시킨다. 색다른 castcon 과정은 형태를 가지고 선택된 모래 및 결합제 혼합물로 제조된 사형 주형으로 시작한다. 건식 분말, 습식 분말 재료가 고압으로 가열되고 압축되어진다. 사형 주형은 압력 전달 매개물로써 역할을 하게 되고 주형 안에서 분말화 된 재료를 균일하게 강화시킨다. 대안으로써 용융 금속이 사형 주형에 넣어지고, 주형에 피복제 재료를 고착시킨 후, 균질하게 압착되어 금속의 응고 시에 부품을 형성시킨다. 복합 주조는 특히 알루미늄 기질 속으로 흑연 입자를 혼입 하기에 적합하다. 이것은 SiC와 흑연 입자가 습식-혼합 과정에서 알루미늄 분말과 혼합된다는 개념에 기초를 둔다. 또 다른 이점으로는 회전자 몸체가 알루미늄 복합물 대신에 고강도 알루미늄 합금으로 이루어져 있는 것이다. 알루미늄 합금은 연성을 가지고, 알루미늄 합금에 비해 3분의 1정도 높은 열 전도도를 가진다. 그러므로 회전자의 심지가 복합물보다 휠씬 빠르게, 두 피복제의 표면의 마찰에 의해 발생된 열을 발산시킬 수 있다. 그러나 이 종합 복합물 구조의 해결되지 않은 두 가지 문제점이 남아있다. 첫째는 알루미늄-합금금속-기질 복합물의 기초를 이루는 삽입물(또는 층)의 용융이 개선된 열적 전도도를 가지고 심지에 침투되는 것을 피할 수 없다는 것이다. 두 번째는 알루미늄-복합물 피복제를 가지는 회전자는 현재의 브레이크-패드 기술로는 적용할 수 없다는 것이다. 마찰 재료를 개선시킨 새로운 기공성의 구리 분말이 적절한 마찰 및 마모 특성을 가지게 하기 위해 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 세라믹-코팅 알루미늄 복합물 또는 알루미늄 종합복합물 회전자가 개발되었다. 마찰 전도도 및 열 전도도를 줄이고 브레이크 표면의 마찰 특성을 최적화 하는 분말 Al2O3 열 스프레이 코팅이 적용되었다. 더구나 이 개선된 Al2O3코팅이 디스크를 현재의 브레이크-패드 기술에 완전히 호환할 수 있게 하였다. 이것은 단지 단일 세라믹 브레이크 디스크의 개발을 위한 첫 단계일 뿐이다. 상업적으로 사용 가능한 세라믹 디스크가 주형에서 열적으로 압축되어 탄소섬유와 액상 중합체로부터 반쪽의 크기로 두개씩 생산되었다. 이 디스크들은 특허를 가진 나선형의 냉각 터널로 이동되었고, 일단 경화되어진 후에는 거친 디스크가 1273K의 온도에서 열분해(질소 환경을 가진 가공로 안에서)에 의해 탄화되어진다. 순수 탄소로 이루어지지 않은 모든 중합체는 탄소로 변환되고 디스크는 0.2 bar(2 × 10-1 Pa)의 진공 하에서, 2173K의 온도로 규소화된다. 이 온도에서 실리콘은 액화되고 디스크로 흡수된다. 두 개의 반쪽 디스크는 그 후에 용해되어진다. 결과로 얻어지는 SiC 디스크는 매우 단단하여 다이아몬드 공구로 표면을 가공해야 한다고 제조자(SGL Carbon, Wiesbaden, Germany)가 전하였다. 새로운 디스크들은 기존의 회주철 디스크 보다 약 50% 경량이고, 주철 디스크에 비해 25% 정도 개선되어진 0.5 이상의 높은 마찰 계수를 가진다. 또한, 최고의 작업 온도는 1173K까지 증가하였다. 그러나 새로운 디스크는 특별히 개발된 (유기질이고 소결된 금속) 패드가 필요하고 이것은 기존의 객차에 적용하기에는 상당히 고가이다. 규소질화(액상 실리콘의 기공 몸체로의 반응적 침입)와 가공은 제조과정에서 주요 문제점이다. 제조업자들은 디스크의 제조에 최소한 36시간이 필요하고 주형에서 1시간이 필요하며 실리콘화에 24시간, 가공에 약 4시간이 필요하다고 전하였다. 대량 소비 제조시간의 현저한 감소와 같은 제조기술의 개선 후에도, 침입형 세라믹 디스크가 자동차 산업의 대량 소비에는 적합하지 않다고 예상하는 사람들오 있지만, 그러나 슬립 주조와 소결에 기초를 둔 새로운 높은 생산성과 효율적인 비용의 생산 기술에는 비-산화물 세라믹 복합물 시스템의 적용과 결합하는 것이 고려되어지고 있다. 새로운 시스템은 5-20vol%의 유방형 BN과 30vol%의 금속 알루미늄 기초 상을 가지는 AIN과 같은, 소결된 무-탄소 자가 윤활 세라믹 복합물일 사용될 것이다. 첫 단계는 분말화된 조성물 (AIN, BN, 알루미늄 합금)을 결합제와 함께 혼합하는 것이다. 나머지 일반적인 과정은 슬립주조, 소결, 가공이다. 기존의 철-기초의 브레이크 디스크에 대해 경량이고 비슷한 또는 높은 성능을 가지는 디스크에 대한 새로운 대안의 요구에도 불구하고, 시장에서의 새로운 제품에 대한 수용은 극도로 저조하다. 재료의 비용, 과정, 특성에 대한 평가는 새로운 재료를 얻기 위해 수년간의 기간에 걸쳐서 브레이크 디스크 공급자와 함께 연구해온 자동차 산업의 대표들에 의해 이루어져야 한다. 기존의 브레이크 디스크에 어떠한 대체품도 또한, 개선된 브레이크 시스템의 추진력이 단순이 경량화 된 것인지 또는 전체 비용, 환경영향, 전체적인 성능 등의 다른 요소들과 적절한 결합을 이룬 것인지에 대해 소비자에 의해 이끌어져야 한다. 소비자의 영원한 딜레마는 “이 개선점이 더 많은 비용을 지불할 만 한 것인가”이다. 이것이 오랫동안 자동차 산업에서의 금속과 세라믹-기질 복합물이 가져온 문제점이다. 그러나 자동차 시장(연간 4천5백만 이상의 새로운 객차가 전 세게적으로 생산되어진다.)의 거대한 잠재력은 혁명적인 재료 과학자들과 첨단 세라믹을 위한 도전의 장이다. (Ceramic Bulletin) 새로운 Porche 세라믹 복합물 브레이크 디스크 용어해설 광섬유(Optical Fiber) 용도 : 일반 통신망과 케이블 TV 등의 통신매체, 산업용·군사용 자동기기의 테이터 전송용, 컴퓨터의 각 유닛(unit) 사이의 통신용, 내시경과 영상증폭기의 부품, 자이로스코프, 고전압 전류측정기, 수중음파 탐지기 광섬유의 성분은 고순도 산화규소(SiO₂)이며, 광신호에 의해 통신이 가능한 섬유 모양의 투명도파관(導波管)으로서 고도 정보화사회에 필수적인 재료다. 그 구조는 중앙에 코어(core)가 있으며 주변을 유리가 에워싸고(cladding)있는 이중 원기둥 모양을 하고 있고, 크기는 지름이 1백~수백 ㎛(1㎛=0.001mm)이다. 종래의 동선 케이블에 비해 정보 수송량이 수천 배 정도며, 동선은 2km마다 중계기가 필요하지만 광섬유는 50~100km를 중계없이 통신이 가능할 뿐만 아니라 낙뢰 등의 피해를 받지 않는 장점이 있다. 빛이 전송되는 원리는 코어부분의 굴절률이 클래드(clad)의 굴절률보다 높게 되어 있어서, 빛은 클래드 부분에서 전반사되어 코어 부분에 집속되므로서(갇힌 상태) 섬유가 굽혀져 있어도 거의 감쇠하지 않고 빛이 진행된다. 이때 전기적 잡음에 영향을 받지 있기 때문에 신호전달이 적합하다. 광섬유 재료로는 고순도 실리카, 플라스틱, 다성분계 유리 등이 있으나 빛의 전송면에서 실리카가 가장 우수하여 장거리용으로 사용되고 근거리는 플라스틱이나 다성분계 유리가 사용되고 있다.