본 논문에서는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합재료에 내환경 코팅을 수행한 후, 열 기계적 특성평가에 대한 연구를 수행하였다. 초기분말은 성형공정도중 흐름성을 좋게 하기 위해 분무건조법으로 구형의 분말을 제조하였다. 내환경 코팅재는 복합재료가 산화되거나 고온 수증기와 반응하는 것을 방지하기 위해 행하여 지는데, 본 연구에서는 액상침투법(LSI)으로 제조한 복합재에 실리콘으로 본드코팅을 하고 그 위에 대기플라즈마용사법으로 뮬라이트(mullite)와 무게비로 12% 이터븀 실리케이트(ytterbium silicate)가 혼합된 복합재를 코팅하였다. 대기플라즈마 코팅공정 시 성형변수로서 분무거리를 100, 120 그리고 140 mm로 변화시켰다. 그 후 $1100^{\circ}C$의 온도에서 100시간동안 유지하는 실험과 $1200^{\circ}C$의 온도에서 열충격을 가하는 싸이클을 3000회 반복하였다. 열내구성 시험동안 계면 박리는 일어나지 않았지만, 현저한 균열들이 코팅층 내에서 발견되었다. 균열밀도와 균열의 길이는 코팅도중의 분무거리에 의존하여 변화하였다. 열 내구성 시험 후, 압흔 시험을 통해 기계적 열화거동을 분석하였는데, 시험의 방식이나 조건들이 하중-변위 곡선의 거동에 영향을 주었다.
본 논문에서는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합재료에 내환경 코팅을 수행한 후, 열 기계적 특성평가에 대한 연구를 수행하였다. 초기분말은 성형공정도중 흐름성을 좋게 하기 위해 분무건조법으로 구형의 분말을 제조하였다. 내환경 코팅재는 복합재료가 산화되거나 고온 수증기와 반응하는 것을 방지하기 위해 행하여 지는데, 본 연구에서는 액상침투법(LSI)으로 제조한 복합재에 실리콘으로 본드코팅을 하고 그 위에 대기플라즈마용사법으로 뮬라이트(mullite)와 무게비로 12% 이터븀 실리케이트(ytterbium silicate)가 혼합된 복합재를 코팅하였다. 대기플라즈마 코팅공정 시 성형변수로서 분무거리를 100, 120 그리고 140 mm로 변화시켰다. 그 후 $1100^{\circ}C$의 온도에서 100시간동안 유지하는 실험과 $1200^{\circ}C$의 온도에서 열충격을 가하는 싸이클을 3000회 반복하였다. 열내구성 시험동안 계면 박리는 일어나지 않았지만, 현저한 균열들이 코팅층 내에서 발견되었다. 균열밀도와 균열의 길이는 코팅도중의 분무거리에 의존하여 변화하였다. 열 내구성 시험 후, 압흔 시험을 통해 기계적 열화거동을 분석하였는데, 시험의 방식이나 조건들이 하중-변위 곡선의 거동에 영향을 주었다.
This study investigates thermal and mechanical characterization of environmental barrier coating on the $SiC_f-SiC$ composites. The spherical environmental barrier coating (EBC) powders are prepared using a spray drying process for flowing easily during coating process. The powders consis...
This study investigates thermal and mechanical characterization of environmental barrier coating on the $SiC_f-SiC$ composites. The spherical environmental barrier coating (EBC) powders are prepared using a spray drying process for flowing easily during coating process. The powders consisting of mullite and 12 wt% of Ytterbium silicate are air plasma sprayed on the Si bondcoat on the LSI SiC fiber reinforced SiC composite substrate for protecting the composites from oxidation and water vapor reaction. We vary the process parameter of spray distance during air plasma spray of powders, 100, 120 and 140 mm. After that, we performed the thermal durability tests by thermal annealing test at $1100^{\circ}C$ for 100hr and thermal shock test from $1200^{\circ}C$ for 3000 cycles. As a result, the interface delamination of EBC never occur during thermal durability tests while stable cracks are prominent on the coating layer. The crack density and crack length depend on the spray distance during coating. The post indentation test indicates thermal tests influence on the indentation load-displacement mechanical behavior.
This study investigates thermal and mechanical characterization of environmental barrier coating on the $SiC_f-SiC$ composites. The spherical environmental barrier coating (EBC) powders are prepared using a spray drying process for flowing easily during coating process. The powders consisting of mullite and 12 wt% of Ytterbium silicate are air plasma sprayed on the Si bondcoat on the LSI SiC fiber reinforced SiC composite substrate for protecting the composites from oxidation and water vapor reaction. We vary the process parameter of spray distance during air plasma spray of powders, 100, 120 and 140 mm. After that, we performed the thermal durability tests by thermal annealing test at $1100^{\circ}C$ for 100hr and thermal shock test from $1200^{\circ}C$ for 3000 cycles. As a result, the interface delamination of EBC never occur during thermal durability tests while stable cracks are prominent on the coating layer. The crack density and crack length depend on the spray distance during coating. The post indentation test indicates thermal tests influence on the indentation load-displacement mechanical behavior.
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문제 정의
) 등이 연구되다가 최근에는 희토류가 첨가된 실리케이트(rare earth silicate) 등이 수증기에 대한 부식저항성이 상대적으로 우수하여 많은 연구가 되고 있다[16-18].내환경 코팅의 방법으로서는 물리적 증착법(PVD), 화학적증착법(CVD) 등도 연구되었지만[19] 보호막 두께를 두껍게 코팅하기 어렵고 형상의 제한을 받기 때문에 상대적으로 후막 코팅과 복잡한 형상도 쉽게 코팅이 가능한 대기플라즈마 용사법(air plasma spray, APS)이 많이 활용되어[20]본 연구에서는 용사법 코팅에 대한 연구를 수행하였다. 용사 코팅 시 분말공급속도, 분사속도 등 성형공정변수가 최종 미세구조에 영향을 주어 특성이 변화되는데[21,22], 본연구에서는 분사거리(spray distance)를 제어하여 그의 영향을 고찰하였다.
또한 본 연구에서는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합재료가 고온에서 장시간 유지될 때와 열충격이 작용하는 환경 하에서의 기계적 특성 열화정도를 평가하였다. 최근의 연구결과들에 의하면 고온노출 시 내환경 코팅층과 모재간의 열팽창계수 차이에 의해 코팅층에 균열이 발생한다는 보고가 일반적이며[23], 이를 방지하기 위해 균열의거동에 대한 이해가 중요하다고 할 수 있다.
내환경 코팅의 방법으로서는 물리적 증착법(PVD), 화학적증착법(CVD) 등도 연구되었지만[19] 보호막 두께를 두껍게 코팅하기 어렵고 형상의 제한을 받기 때문에 상대적으로 후막 코팅과 복잡한 형상도 쉽게 코팅이 가능한 대기플라즈마 용사법(air plasma spray, APS)이 많이 활용되어[20]본 연구에서는 용사법 코팅에 대한 연구를 수행하였다. 용사 코팅 시 분말공급속도, 분사속도 등 성형공정변수가 최종 미세구조에 영향을 주어 특성이 변화되는데[21,22], 본연구에서는 분사거리(spray distance)를 제어하여 그의 영향을 고찰하였다.
제안 방법
1) 시험편을 1100°C에서 100시간동안 유지하는 등온 열화 시험과 1200°C에서 3000사이클 열충격 시험한 후에 경면 연마한 표면을 관찰하여 상대적인 균열 밀도와 길이 비를 분석하였다.
2)구형 압흔 시험을 수행하여 열 내구성 시험 전, 후에 따른 하중-변위 거동을 분석하고 그 결과를 분무 거리에 따라 비교하였다. 분무 거리 120 mm 시험편은 열 내구성 시험 후도 대부분 탄성적인 거동을 보였는데, 이는 고온 노출에 의한 소결현상에 의한 것으로 생각되었다.
5°C/min의 속도로 1100°C까지 승온시켰고 최종온도에 도달한 후 100시간 동안 유지하여 각 시험편들의 열내구성을 평가하였다.
내환경 코팅층의 기공과 균열 관찰을 위해 표면을 16 µm로 연마 후, 6 µm, 3 µm, 1 µm 다이아몬드 서스펜션으로 경연 연마하였다. 각 연마 단계마다 두께를 측정하여 연마된정도가 같도록 제어하였다.
고온에서 연마된 시험편들을 장시간 유지시키는 등온 시험에는 박스형 로(Muffle Box Furnace, ㈜아전 가열 산업)를사용하였고 밀폐된 공간에 코팅층이 상부에 위치하도록 각시험편을 배치한 후 열이 공기 중으로 코팅층에 가해지도록 하였다. 5고온에서 탄화규소 복합재의 산화와 수증기와의 반응을방지하기 위해 사용되는 내환경 코팅재의 열 내구성과 기계적 특성을 비교 평가하였다. 시험편은 SiCf- SiC 복합재에 각각 Si으로 본드 코팅하고 Mullite 88 wt% + Yb2SiO5 12 wt%를 대기 플라즈마 용사법(air plasma spray, APS)으로코팅하였으며, 이 때 분사 거리(spray distance)를 100, 120, 140 mm로 서로 다르게 제어하여 코팅재들을 제조하였다.
균열 밀도와 균열 길이는 시험편끼리 상대 비교를 하기위해 사진 가로 길이를 기준으로 각각의 비율을 계산하였으며, 균열 밀도는 사진의 가로 1inch에 걸쳐지는 균열 개수를 나타내고 균열 길이 비는 사진 가로 1cm에 걸쳐지는 균열들의 평균 길이를 나타낸다. Fig.
내환경 코팅층의 기공과 균열 관찰을 위해 표면을 16 µm로 연마 후, 6 µm, 3 µm, 1 µm 다이아몬드 서스펜션으로 경연 연마하였다.
따라서 앞서 보고한 제조방법에 의하여 제작한 Mullite과 Yb2SiO5의 복합재를 1100~1200°C의 온도에 노출시킨 후 그 균열의 발생 여부를 고찰하였고, 구형압흔법(spherical indentation)에 의해기계적 거동에 상대적인 변화가 있는지를 평가하였다.
그 후에 코팅 거리에 따른 기계적특성을 비교, 평가하기 위해 열 내구성 시험 전 후의 샘플들을 구형압흔법(spherical indentation)을 이용하여 압흔 하중에 따른 변위를 구했다. 만능 시험계(Instron 5567, UK)의지그에 반경 3.18 mm의 구형 초경(tungsten carbide)볼을 부착하여 코팅층에 3N/min 속도로 P =10N까지 하중을 가한 후 본 시험을 바로 이어서 시행하였다. 본 시험에는 0.
모든 열 내구성 평가 시험 전∙후에 광학현미경을 이용해 표면을 관찰하여 기공과 균열을 분석하였고, 이미지 분석기로 균열을 표시하였다. 그 후에 코팅 거리에 따른 기계적특성을 비교, 평가하기 위해 열 내구성 시험 전 후의 샘플들을 구형압흔법(spherical indentation)을 이용하여 압흔 하중에 따른 변위를 구했다.
18 mm의 구형 초경(tungsten carbide)볼을 부착하여 코팅층에 3N/min 속도로 P =10N까지 하중을 가한 후 본 시험을 바로 이어서 시행하였다. 본 시험에는 0.1 mm/min의 속도로 P =500N까지 하중을 가하고 최종 하중 도달 시 같은 속도로 하중을 제거해 주었으며 시험 동안 각 하중마다 신장계(extensometer)로 변위를 측정하였다. 시험편들의 코팅층 내 5개 이상의 영역에 시험하였고 압흔 하중과 변위 결과 값들을 평균 계산하였고 얻어진 그래프들의 데이터를 통해 상대 탄성계수(Relative Elastic modulus)와 상대 경도(Relative hardness)을 계산하여 비교 분석하였다.
따라서 가능한 한 입도 분포가 좁은 것이 유리하며 균일한 치밀질의 분말 제조가 필요하다. 본 연구에서 제작한 출발분말들은 Fig. 1에서 보는 바와 같이 치밀하며, 거의 구형에 가까운 분말을 제작함으로써 플라즈마 코팅장비에서 수송 기체와 함께 출발 원료가 원활히 이동될 수 있도록 하였다.
내환경 코팅용 구형분말을 Ar/He = 55/5의 혼합비로 섞은 기체와 함께 일정한 공급속도 60 g/min로 플라즈마 기류에 공급하였고, 이 때 전류는 475, 전압은 105 V의 일정한값이 유지되도록 하였다. 본 연구에서는 분무 건(spray gun)과 코팅할 모재간의 거리를 100, 120, 그리고 140 mm로 변화시켜 각 조건당 10개씩 샘플을 제조하였으며, 일정한 두께에 이르기까지 300 mm/sec의 속도로 각각 18회, 21회, 24회 건을 이송시켜 내환경 코팅용 분말을 일정한 두께로 코팅해 주었다.
본드 코트재는 고속화염 코팅법(HVOF)으로 약 100~200 µm두께로 코팅하였으며, 탑 코트재는 대기 플라즈마 용사법(APS, 9MB, Sulzer Metco Holding AG, Switzerland)으로 약400 µm의 두께로 코팅해 주었다.
상온노출에 의해 100°C의 감소가 일어나는 것으로 계측되었으며 이 온도 차에서 3000싸이클까지 열충격 시험을 가하였다.
서로 다른 분무거리에서 제조된 EBC 시험편들에 대해 열적 내구성 평가를 수행하기 전, 후의 각 1개의 시험편들의표면 위에 반경 3.18 mm의 초경 구(WC sphere)로 압흔 시험을 총 5회 이상 수행하였고, 그 모식도는 Fig. 10과 같다.
승온 이후에 유지 시간없이 상부챔버를 이동시켜 코팅층을 상온에 노출시켰다가 다시 1200°C 상부 챔버로 코팅층에 밀폐하기를 반복하여 이 주기를 1 사이클로, 총 3000사이클 동안 열충격을 가해주었다.
고온에서 탄화규소 복합재의 산화와 수증기와의 반응을방지하기 위해 사용되는 내환경 코팅재의 열 내구성과 기계적 특성을 비교 평가하였다. 시험편은 SiCf- SiC 복합재에 각각 Si으로 본드 코팅하고 Mullite 88 wt% + Yb2SiO5 12 wt%를 대기 플라즈마 용사법(air plasma spray, APS)으로코팅하였으며, 이 때 분사 거리(spray distance)를 100, 120, 140 mm로 서로 다르게 제어하여 코팅재들을 제조하였다.열 내구성을 평가하기 위해 1100열 내구성을 평가하기 위해 1100°C에서 100시간동안 장시간 유지하는 시험과 1200°C에서 열충격을 가하여 3000사이클 동안 시험하였다.
0pt">°C, 20시간동안 열처리를 하였다. 열처리 분말을 다시 분쇄, 체가름한 후 뮬라이트 분말과 함께 알코올에 분산시킨 후 분무건조(spray drying)를 위한 분말을 제조하였다. 이 때 mullite 분말과 합성된 Yb2SiO5분말의 무게비가 88:12가 되도록 하였다.
이와 같이 제작한 내환경 코팅재용 분말을 모재와 본드코트 및 탑 코트재 간의 접합력을 향상시키기 위해서 알루미나 샌드로 샌드블라스팅(sand blasting)을 해 주었다. 본드 코트재는 고속화염 코팅법(HVOF)으로 약 100~200 µm두께로 코팅하였으며, 탑 코트재는 대기 플라즈마 용사법(APS, 9MB, Sulzer Metco Holding AG, Switzerland)으로 약400 µm의 두께로 코팅해 주었다.
이후 진공 분위기 내에서 금속 실리콘을 1450°C의온도로 상승시켜 용융침투시키는 LSI 공정으로 탄화규소섬유 강화 복합재를 제조하였다.
제조된 프리폼을 진공 백 함침(bagging)을 통해 압착한 상태에서 일정 온도인180°C의 온도에서 경화시켰다.
체가름한 분말을 알루미나 도가니에 넣고 1400°C, 20시간동안 열처리를 하였다.
추가적으로 열 내구성을 평가하기 위한 열충격 시험을수행할 때는 이전 시험과 동일한 조건의 시험편들을 사용하였고, 챔버(chamber)가 모터에 의해 이동이 가능한 수평형 열충격기(아전가열산업)을 사용하여 시험하였다. 고정된 하부의 Hot plate에 각 시험편들을 배치할 때 모재는 하부 Hot plate의 열을 받도록 배치하였고, 코팅층은 상부에노출시켜 챔버의 열을 받도록 하였다.
탄화규소 섬유(Ube Industry, SA grade, Japan)를 [0, 90]으로 배열 적층하여 preform을 제조한 후 페놀레진을 충진하여 먼저 섬유강화 플라스틱을 제조하였고, 이 때 섬유분율을 40 vol%로 유지되도록 제어하였다. 제조된 프리폼을 진공 백 함침(bagging)을 통해 압착한 상태에서 일정 온도인180
대상 데이터
내환경 코팅분말을 코팅하기 위해 분무건조(spray drying)법에 의해 제조한 구형의 출발 분말(granule)들을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진을 Fig. 1에 나타내었다. 내환경코팅층은 일반적으로 열차폐코팅층과는 다르게 고온에서의 수증기 침투를 막기 위해 치밀질의 코팅층을 제작하는 것이 바람직하다.
내환경 코팅을 하기 위한 모재(substrate)로써 직경 1인치(25.4 mm), 두께 약 3mm의 Si 액상침투후 반응 소결에 의하여 제작한 LSI(Liquid silicon infiltration) SiC 섬유강화 SiC복합재 또는 대양산업에서 액상 소결에 의해 제작한 다결정 탄화규소(SiC)를 가공, 준비하였다. 또한 내환경 코팅재와 모재의 중간정도의 열팽창계수를 갖는 본드 코트재(bondcoat)의 실리콘 분말(Si, 입도 40 µm, Saint Gobain, Belgium)을 준비하였다.
또한 내환경 코팅재와 모재의 중간정도의 열팽창계수를 갖는 본드 코트재(bondcoat)의 실리콘 분말(Si, 입도 40 µm, Saint Gobain, Belgium)을 준비하였다.
또한 내환경 코팅재와 모재의 중간정도의 열팽창계수를 갖는 본드 코트재(bondcoat)의 실리콘 분말(Si, 입도 40 µm, Saint Gobain, Belgium)을 준비하였다. 열차폐 코팅을 위한 탑 코트재(topcoat)는 세원하드 페이싱에서 분무공정(spray drying)에의한 뮬라이트와 이터븀 실리케이트의 혼합분말(Mullite + 12 wt%Yb2SiO5)을 제작하였다. 뮬라이트는 평균입도 43 µm (Mullite, 3Al2O3·2SiO2, Yichang Kebo Refractories Co.
데이터처리
1 mm/min의 속도로 P =500N까지 하중을 가하고 최종 하중 도달 시 같은 속도로 하중을 제거해 주었으며 시험 동안 각 하중마다 신장계(extensometer)로 변위를 측정하였다. 시험편들의 코팅층 내 5개 이상의 영역에 시험하였고 압흔 하중과 변위 결과 값들을 평균 계산하였고 얻어진 그래프들의 데이터를 통해 상대 탄성계수(Relative Elastic modulus)와 상대 경도(Relative hardness)을 계산하여 비교 분석하였다.
0pt">°C에서 열충격을 가하여 3000사이클 동안 시험하였다. 열 내구성 시험 전, 후에 표면 균열을관찰하고 압흔 시험법으로 시험편의 대한 하중-변위 곡선을 얻어 기계적 특성을 평가하였으며, 코팅 거리에 따라 그결과들을 상호 비교하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
이론/모형
모든 열 내구성 평가 시험 전∙후에 광학현미경을 이용해 표면을 관찰하여 기공과 균열을 분석하였고, 이미지 분석기로 균열을 표시하였다. 그 후에 코팅 거리에 따른 기계적특성을 비교, 평가하기 위해 열 내구성 시험 전 후의 샘플들을 구형압흔법(spherical indentation)을 이용하여 압흔 하중에 따른 변위를 구했다. 만능 시험계(Instron 5567, UK)의지그에 반경 3.
성능/효과
Fig. 3(a) 사진에서와 같이 Yb2SiO5가 균일하게 분산되어 있음을 알 수 있으며, 따라서 주어진 플라즈마 용사의 성형 조건 하에서 기공이 거의 없는 치밀질로 코팅된 것으로 생각된다.
Fig. 12(b)를 보면 분무 거리 120 mm 시험편은 다른 분무거리보다 모든 열 내구성 시험한 후에 경도가 증가하였음을 알 수 있는데 120 mm에서 시험편의 상대적 경도 값이 증가한 이유는, 고온에 의해 소결이 일어나밀도가 증가하였기 때문인 것으로 보인다. 그러나 분무 거리 140 m일 때는 시험편의 경도 값은 열 내구성 시험 이후에도 120 mm에 비하여 감소하였다.
1100°C에서 100시간 동안 장시간 평가한 경우에는 균열의 길이 비가 분무 거리에 따라 큰 차이를 보이지 않았으며, 1200°C에서 3000 cycles 동안 열충격 시험을 수행한 경우는 분무 거리에 따라 균열의 평균 길이가 증가하였다.
3)열 내구성 시험 후의 하중-변위 데이터를 통해 상대적인 탄성 계수와 경도를 비교하였을 때, 분사 거리 120 mm에서 코팅한 시험편이 열 내구성 시험 이후에 경도 값이 상
대적으로 가장 크고, 탄성계수도 시험 후에 증가하는 것을알 수 있다.
4) 이상으로 본 연구에서 내환경 코팅재는 120 mm의 코팅 거리 조건에서 코팅했을 때 열에 노출되는 환경에서 비교적 안정적이며, 특히 장시간 고온의 환경에서 사용되기적합한 조건으로 평가된다.
11(c)에서와 같이 140 mm에서 분사한 코팅재에서 큰 열화가 발생하였는데 이는 증가된 균열의 길이에 기인한 것으로 생각된다. Fig. 11의 결과를 종합해보면 열 내구성 평가 전∙후의 그래프 분석을 통해 120 mm의 분사거리에서 코팅한 내환경 코팅재의 거동 변화가 가장 적기 때문에 120 mm의 분사 거리가 최적 거리라는 결론을 도출하였다.
균열 길이 비는 등온 열화 시험에서는변화가 거의 없었으나 열충격 시험에서는 분무 거리에 따라 증가하는 경향을 보였다.
0pt">°C에서 3000사이클 열충격 시험한 후에 경면 연마한 표면을 관찰하여 상대적인 균열 밀도와 길이 비를 분석하였다. 모든 시험편의 균열 밀도가 열 내구성 시험후에 증가하였으며 분무 거리가 코팅 두께나 밀도에 미치는 영향 때문에 분무 거리가 멀수록 균열 밀도가 증가하는 경향을 나타내었다. 균열 길이 비는 등온 열화 시험에서는변화가 거의 없었으나 열충격 시험에서는 분무 거리에 따라 증가하는 경향을 보였다.
사진에서와 같이 탑 코팅층 모두 분무 거리에 상관없이 매우 치밀하게 코팅된 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
왜냐하면 이후에 기술할 바와 같이 열 내구성평가 시이러한 계면균열을 따라 진행될 가능성이 높은 계면박리현상이 관찰되지 않았기 때문이다. 분무 거리에 관계없이내환경 코팅층이 모두 치밀한 층을 형성한다는 결과는 고온에서 수증기와의 반응을 효과적으로 차단할 수 있을 것으로 기대되는 결과이다.
이 전반적으로 탄화규소 모재가 비교적 치밀하게 형성된것을 볼 수 있고, 적층에 의하여 탄화규소 섬유가 수평으로배열된 것을 확인할 수 있다. 탄화규소 섬유와 모재 간의 밀도와 열팽창계수 차이로 섬유의 배열방향에 수직하게 균열이 형성되었으나, 이러한 균열은 열과 냉각에 노출되었을 때 변형(strain)을 완화시킬 수 있는 변형저항성에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탄화규소는 고온에서 표면에 산화규소가 형성되었을때 발생하는 문제점은?
한편 고온에서는 산화반응이 쉽게 일어나므로 산화저항성이 높은 세라믹스라 하더라도 산화에 의한 취성이 발생할 수 있는데, 탄화규소의 경우는 고온에서 산소와 반응하여 그 표면에 산화규소(SiO2)가 형성된다. 이 산화층은 일반적으로 탄화규소보다 열적, 기계적 물성이 낮고 탄화규소 기지와의 특성불일치로 인하여 문제를 야기시킬 수 있다. 또 최근의 연구결과들에 의하면 고온의 수증기와 반응할 경우, 탄화규소 복합재의 질량이 감소된다고 보고되고있고[12,13], 이에 대한 대책으로 내환경코팅(environmental barrier coating)을 통해 수증기와의 접촉을 방지하는 연구가 활발히 일어나고 있다[14,15].
세라믹스 섬유강화 복합재의 장점은?
세라믹스 섬유강화 복합재는 플라스틱 섬유강화 복합재보다 고온에서 사용할 수 있는 장점이 있다[1-4]. 이는 세라믹 기지(matrix)상이 이온결합, 공유결합의 화학결합으로 주로 구성되어 있어서 큰 결합력에 의하여 녹는점이 높기때문이다.
내환경코팅 소재로 연구되어 온 재료는?
내환경코팅 소재로는 뮬라이트(mullite, 3Al2O3·2SiO2), BSAS계 결정화유리(barium strontium aluminosilicate), 지르코니아(yttrium stabilized zirconia, YSZ), 알루미나(Al2O3),이트리아(Y2O3) 등이 연구되다가 최근에는 희토류가 첨가된 실리케이트(rare earth silicate) 등이 수증기에 대한 부식저항성이 상대적으로 우수하여 많은 연구가 되고 있다[16-18].내환경 코팅의 방법으로서는 물리적 증착법(PVD), 화학적증착법(CVD) 등도 연구되었지만[19] 보호막 두께를 두껍게 코팅하기 어렵고 형상의 제한을 받기 때문에 상대적으로 후막 코팅과 복잡한 형상도 쉽게 코팅이 가능한 대기플라즈마 용사법(air plasma spray, APS)이 많이 활용되어[20]본 연구에서는 용사법 코팅에 대한 연구를 수행하였다.
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