서로 다른 두 재료를 접합할 때 왜 계면에서 문제가 자주 생기나요?

Question

긱 제료의 열팽창계수가 다르면 계면에서 균열이나 박리가 잘 생긴다고 들었어요. 왜 서론 다른 재료의 경계 부분이 이렇게 약점이 되는 건지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

서로 다른 재료를 붙일 때 계면이 약점이 되는 것은 그 부분에서 두 재료의 성질이 다르기 때문입니다.

대표적으로 열팽창 특성이 있는데, 한쪽은 잘 늘어나고 한쪽은 잘 안 늘어나거나, 한쪽은 열을 받으면 많이 팽창하고 다른 쪽은 조금 팽창할 수 있는데, 이게 온도가 오르내리면서 두 재료가 서로 다른 움직임을 보이니, 붙어 있는 경계면에서는 잡아당기거나 미는 힘 들이 생길 수 있습니다.

또 표면이 깨끗하지 않거나 거칠기, 젖음성, 접착층 두께가 맞지 않아도 계면 결합이 약해질 수 있습니다. 그래서 접합에서는 재료 선택뿐 아니라 표면처리와 중간층 사용, 열처리 조건 및 냉각 속도 까지도 같이 봐야되는 경우가 많습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

서로 다른 두 재료는 열팽창계수 탄성계수 강도 등이 서로 달라 온도 변화나 하중을 받을 때 변형되는 정도가 달라집니다 이 차이로 인해 접합 계면에 응력이 집중되고 반복적인 열사이클이나 기계적 하중이 가해지면 균열이나 박리가 발생하기 쉽습니다 또한 계면에 미세한 기공이나 불순물 접합 불량이 있으면 응력이 더욱 집중되어 결함이 빠르게 성정할 수 있습니다 그래서 중간층을 삽입하거나 접합 공정을 최적화해 계면 응력을 줄이고 접합 실뢰성을 높이는 기술을 적용합니다

Answer 3

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

서로 다른 두 재료를 붙여놓으면 온도가 변할 때 늘어나고 줄어드는 정도가 달라서, 그 경계가 서로를 잡아 당기며 응력이 쌓여요.

한쪽은 크게 부풀려 하고 다른 쪽은 조금만 부풀려 하는데, 붙어 있으니 마음대로 못움직이죠. 그러한 점이 고스란히 경계면에 힘으로 남고, 온도가 오르내리기를 반복하면 그 힘이 계속 축적되게 돼요.

결국 접합면이 견디지 못하고 갈라지거나 떨어져 나가게 되죠. 게다가 경계면은 두 재료의 원자 배열이 어긋나 맞물리는 자리라 구조적으로 이미 불완전해요. 미세한 빈틈이나 불순물이 끼기 쉬워서 균열이 시작되기 딱 좋은 지점이죠 :)