[논문]항공우주용 Sic 섬유의 개발동향

류도형; 신동근; 박은비; 조광연; 허승헌

문제 정의

개발하는 사업을 수행하고 있다. SiC 섬유 과제는 새로운 원료의 합성과 조성의 개발 이를 통한 초고강도의 나노결정질 SiC 섬유를 만드는 것이 최종 목표이다. 이미 알려져 있는 고온고압의 공정으로 한꺼번에 PCS를 얻는 대신에 잘 조절된 촉매공정을 개발하여 조절된 분자량의 SiC 섬유의 원료물질인 폴리카보실란을 경제적인 방법으로 제조할 수 있는 원천기술을 확보하였고 이를 바탕으로 초고강도의 SiC 섬유를 제조하기 위한 연구를 추진하고 있다8-9)

가설 설정

5% 미만이다. 둘째, 모든 SiC가 나노 결정화되어 있다. 셋째, 특수한 열처리로 소결 과정을 거친 섬유이다.

제안 방법

PDMS로부터 PCS 전환공정을 상압하에서 하기 위하여 새로운 촉매 공정을 개발하였다. Si/Al 비를 조절함에 의하여 acidity를 조절한 ZSM-5를 촉매로 사용하여 분자량과구조제 어가 가능한 PCS를 제조하였고 이를 이용하여 200°C 에서 melt spinning 법으로 PCS green fiber를 제조하였다.
& PDMS로부터 PCS 전환공정을 상압하에서 하기 위하여 새로운 촉매 공정을 개발하였다. Si/Al 비를 조절함에 의하여 acidity를 조절한 ZSM-5를 촉매로 사용하여 분자량과구조제 어가 가능한 PCS를 제조하였고 이를 이용하여 200°C 에서 melt spinning 법으로 PCS green fiber를 제조하였다. 이 green fiber를 공기중에서 불융화처 리하고 1200°C, 아르곤 분위기하에서 열처리하여 최종 SiC fiber 섬유를 얻었다 또한, 최근에는 2007년부터 시작한 소재원천기술개발사업을 통하여 ZSM-5 촉매와 유사한 특성을 가지면서도 보다 손쉽 게 분리 가능한 AAO (Alodic aluminium oxidied) wire와 gamma-alumina를 촉매로 사용한 합성방법을 개발하여 보다 경제적으로 폴리카보실란을 합성할 수 있는 원천특허를 출원하였다.
한편, Ti첨가에 의해서 형성된 Si-TiCO 섬유를 열처리 공정을 통하여 미세구조를 조절하고 조절된 TiOz의 형성을 통하여 표면이 광촉매의 특성을 발현하는 기능성 섬유도 개발하였다.
1. CVD SiC 섬유
유리 반응관 내로 일정한 속도로 mercury contact를 통하여 심선(텅스텐 혹은 카본섬유)을 이송하고 투입된 심선에 전류를 흘려 자기발열에 의해 1000~1300°C 정도로 가열한 상태에서 원료인 메 틸다이클로로실란 (MTS, (methyl di산ilorosilane) 등의 실란 가스와 분위기 가스인 Ar, H₂ 가스를 투입하여 SiC를 증착시켜서 제조한다. 이때 수은은 가스에 대한 밀봉과 저항가열 전극역할도 한다.

성능/효과

현재까지, A1 을 첨가한 경우에서의 정확한 소결기구에 대해서는 밝혀진 바가 없지만 Ishikawa 등의 연구결과에 의하면 A1 이 소결첨가제로 첨가된 경우의 폴리카보실란계 SiC 섬유의 소결과정에서 A1 의 함량이 고용한계 이하로 잘 제어된 경우에는 &-SiC의 입자 성장이 억제되면서 약 500 nm 이하의 작은 결정립들로 이루어진 좋은 다결정질 SiC fiber가 제조되는 것으로 보고하였다. 12)반면, A1 의 함량이 고용한계 이상으로 첨가될 경우에는 이상입성장현상이나, 과도한 입자성장이 수반되었기 때문에 섬유의 강도가 저하되었다. 두 가지 경우에서 섬유의 파단면의 모습도 다르게 나타나서, 고강도의 Tyranno-SA섬유의 경우에는 주로 입내 파괴(trans- granular fratcutre)가 나타났고 반면 입자성장이 과도하게 나타난 섬유의 경우에는 주로 intergranular fracture가 나타나는 것으로 보고 되었다.
8). 1500°C에서 2시간 산화된 섬유를 SEM과 TEM 으로 관찰한 결과 섬유의 표면은 약 0.24 呻의 a-crystoballite증이 있고 그 안쪽에는 비정질 SiO₂ 층이 있고 또 그 안쪽에는 나노결정질의 h-BN 이 SiBCNO 비정질에 분산된 층이 있고 그 보다 더 안쪽에는 turbostratic BN 이 SiBCNO 비정질층에 분산된 층으로 구성되어 있었다.
이 섬유에 대한 산화특성을 관찰하였다. 섬유의 단면에 대한 EDS 분석결과 섬유는 중심에서 표면으로 갈수록 탄소와 산소의 함량이 많아지고 보론과 질소의 함량이 감소하였고 섬유는 완전 비정질이었다 표면에서 약 50 nm 깊이에서 카본의 함량이 최대였으며 표면에서는 카본의 양은 zero였다(Fig. 8). 1500°C에서 2시간 산화된 섬유를 SEM과 TEM 으로 관찰한 결과 섬유의 표면은 약 0.
Spom 그룹은 보론과질소를 도입함으로서 18OCTC에서도 inert 분위기에서는 결정화가 진행되지 않고 비정질 상태로 남아 있는 SiBCN 섬유를 개발하였다. 이 섬유는 고온강도는 stoichiometric SiC fiber와 같은 수준을 유지하면서 내산화 특성과 크립저항성이 stoichiometric 섬유보다도 더 우수하였다. 산화에 의해서 섬유의 최외곽에 SiO₂ layer가 생성되고 그 안쪽에 다시 turbostratic BN layer가 생성되는 것이 이러한 우수한 내산화 특성을 발현하는 원인으로 설명되고 있다.

후속연구

생산하고 있다. 1500°C 이상의 고온에서도 3 GPa 이상의 고강도 특성의 섬유로서 대량생산을 통한 가격경쟁력을 확보하는 것이 향후 극복되어 야할 과제이다. Hi- Niclaon Type S가 미국의 가스 터빈용 내열부재료의 강화 섬유로서 초기평가에 합격하여 이에 따라 항공기 용도를 포함시킨 탄화규소섬유의 생산시설을 확충하고 있다.
Ltd) 라는 벤처기업이 설립되었다. 2009년 1월에 Gunze Ltd사로부터 투자를 받아 향후 SiC fiber 및 SiC/SiC 복합재료사업으로 확장을 해나갈 것으로 기대된다.
이와는 다른 개념으로aU-SiC/SiC panel도 시연되었던 적도 있었고 약간 무겁기는 하지만 보다 내산화성이 우수하고 내구성이 좋은 SiC/SiC 노즐과 SiC/SiC 튜브 패널기술도 시도 되었다. SiC Rber는 카본 섬유에 비해 탄성계수가 커서 직조하기 어렵기 때문에 현재까지도 테이퍼진 preform 형태까지로는 발전하지 못하고 있다 SiC/SiC 에 압을 가한 상태에서 시험한 결과 C/SiC보다 penne- ability가 낮아지는 것으로 밝혀져 향후 기술개발이 기대되고 있다.3)
6)이섬유는 향후에 보다 다양한 새로운 용도로 사용될 수 있을 것으로 크게 기대하고 있다. 섬유의 직경이 보다 작아지면 비강도가 보다 우수해 질 뿐만 아니라, 넓은 비 표면적을 이용한 새로운 물리적 현상을 이용한 응용 분야의 개척도 가능하고 또 이러한 넓은 표면 위에 다른 이종의 재료를 접합하거나 코팅하여 사용할 수 도 있게 될 것이다. 우리의 연구결과 발표 이후에 미국의 다른 대학에서도 연구결과를 발표한 바 있지만 이들의 연구는 폴리카보실란에 폴리스티렌의 고분자를 혼합하여 전기 방사한 것이었다
소재 원천기술개발과제를 통해서 개발하고 있는 SiC 섬유가 향후 협력기관과 함께 머지 않은 장래에 상용화 될 수 있도록 보다 노력해야 할 것이며, 이를 기반으로한 복합재료산업이 한국에서 펼쳐질 것을 기대해 본다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

항공우주용 Sic 섬유의 개발동향 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

항공우주용 Sic 섬유의 개발동향 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

AI 본문요약
AI-Helper