초록 ▼

무기고분자 자체의 합성은 상당한 역사를 가지고 있으나 그것이열처리에 의하여 다양한 세라믹스로 전환되는 기술이 소개된 것은 1980년대 일본의 NipponCarbon Co.가 무기고분자를 이용하여 SiC섬유(상표명: Nicalon)를 개발 시판한 이후이다.세라믹 고분자전구체를 사용하여 기존의 분말 성형공정을 혁신적으로 단순화하고 고부가가치의 우주, 군사, 항공용 세라믹 복합재료 등으로 활용되어 왔으나 현재 민군 겸용기술로서새로운 시장을 형성해나가고 있다. 그러나 선진개발국은 세라믹 전구체로서 사용되는 무기고분자를 전략

무기고분자 자체의 합성은 상당한 역사를 가지고 있으나 그것이열처리에 의하여 다양한 세라믹스로 전환되는 기술이 소개된 것은 1980년대 일본의 NipponCarbon Co.가 무기고분자를 이용하여 SiC섬유(상표명: Nicalon)를 개발 시판한 이후이다.세라믹 고분자전구체를 사용하여 기존의 분말 성형공정을 혁신적으로 단순화하고 고부가가치의 우주, 군사, 항공용 세라믹 복합재료 등으로 활용되어 왔으나 현재 민군 겸용기술로서새로운 시장을 형성해나가고 있다. 그러나 선진개발국은 세라믹 전구체로서 사용되는 무기고분자를 전략물자로 구분하여 해외유출을 봉쇄하고 있는 실정이다.본 연구에서는 Si금속이 주요 골격을 형성하고 유기원소들이 가지에 붙어 있는 두종류의 폴리실란 고분자(polycarbosilane, polymethylsilane)를 합성하여 고분자 물성, 열분해 특성, 세라믹스 조성 등을 확인하였다. 그리고 각종 몰리브덴계 금속화합물과의 혼합 및 열분해반응을 통해 탄화규소계 복합세라믹스를 제조하고 전기 전도성을 측정하였다.탄화규소 전구체로 사용되는 무기고분자중 경제성이 가장 좋은 polycarbosilane(PCS),-[(CH3)HSiCH2]x-, 을 2단계 반응을 거쳐 최고 100g/회 합성할 수 있는 반응조건을 확립하였고 분별침전법을 이용하여 분자량 분포에 따라 분류하여 동일 PCS고분자인 일본의Nicalon고분자와 열분해 특성 등을 비교 분석하였다. 또한 열분해 수율이 낮으나 단일공정으로 손쉽게 합성할 수 있고 열분해시 탄화규소와 과량의 Si을 포함한 세라믹스로 전이되는 polymethylsilane(PMS), -[(CH3)HSi]x-를 전도성 복합세라믹스 전구체로 활용하고자 하였다. 우선 30%미만의 기존 열분해 수율을 개선하고자 용매혼합비를 조정하여 고분자량PMS를 합성하였고, 각종 탈수소 촉매를 사용한 PMS의 가교반응을 연구하였다. 또한PMS를 Mo, MoCl5과 혼합하여 1400℃까지 열처리하여 과량의 Si이 Mo과 반응하여SiC/MoSi2 복합세라믹을 제조하였다. 그리고 SiC/MoSi2 세라믹스 pellet을 제조하여 4점측정법으로 전기전도도의 온도의존성을 측정한 결과 10-4 S/cm에서 10-3 S/cm으로 증가하는 반도체성을 보였다.본 연구에서 얻은 복합세라믹스는 분말공정에 의해 제조되어 세계 시장을 석권하고 있는 세라믹발열소자(스웨덴의 SuperKanthal)와 동일 성분으로서 앞으로 액상의 다양한 가공성과 고밀도화를 위한 방법을 개선함으로서 고온 소형 발열소자의 개발에 활용이 기대된다.

Abstract ▼

Inorganic polymers as ceramic precursors has been concernedsince SiC fiber(Nicalon) had been developed by thermal decomposition of siliconpolymers at early 1980. It has been proved that preceramic polymers could be utilizedto fabricate versatile ceramic composites for aerospace and mil

Inorganic polymers as ceramic precursors has been concernedsince SiC fiber(Nicalon) had been developed by thermal decomposition of siliconpolymers at early 1980. It has been proved that preceramic polymers could be utilizedto fabricate versatile ceramic composites for aerospace and military uses. Recently,practical concept as military-civil dual technology is emerging to meet the strongdemands in industries such as heat resistant coating materials. However, developedcountries in this area exclusively classified the preceramic polymers as strategicmaterials to limit the use in other countries.In this project, we have synthesized two types of polysilanes as a SiC precursor:polycarbosilane and polymethylsilane, then characterized its various properties onconversion of polymer to ceramics. And also the mixture with several Mo compoundswere utilized to form electrically conductive SiC ceramic composite.First of all, polycarbosilane(PCS), -[(CH3)HSiCH2]x-, as economical SiC precursorto obtain 100g scale has been established by using two-step process. Then it wasfractionated to compare their characteristics with commercial PCS(Nicalon polymer) fromJapan. Secondly, polymethylsilane(PMS), -[(CH3)HSi]x-, has synthesized only byone-step route. It is known that PMS itself convert to mixture of SiC containingexcess Si metal with low ceramic yield less than 30%. Thus we found the syntheticconditions to increase the molecular weight, and the curing processes by usingdehydrogenative catalysts to improve the ceramic yields. Finally PMS mixed withmolybdenum metal or MoCl5 were pyrolytically transformed into pure SiC/MoSi2composites by heat treatment between 1250℃ and 1500℃ under inert gas. Themixtures were pelletized to determine the dependence of conductivity on temperaturesupto 400℃ by 4-points probes methods. It showed semiconductor-like dependence inrange 10-4 S/cm at room temperature to 10-3 S/cm.The SiC/MoSi2 composite is widely using as ceramic heating materials which isSuperKanthal(Sweden) fabricated by powder process. Therefore it is expected that thepolymeric paste as conductive ceramic precursors can be utilized to develop variouscompact heater in high temperature use under further work for forming and densificationprocess.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 1.1 연구배경...7
• 1.2 연구목적...9
• 1.3 연구범위...10
• 2. 연구방법 및 이론...10
• 2.1 시약 및 기구...10
• 2.2 무기고분자PCS계...11
• 2.2.1 polycarbosilane(PCS)의 합성...11
• 2.2.2 PCS의 분리...12
• 2.3 무기고분자 PMS계...12
• 2.3.1 polymethlysilane(PMS)의 합성...12
• 2.3.2 PMS의 탈수소반응...13
• 2.4 복합세라믹스 전구체의 합성...13
• 2.5 Pellet 제조 및 열처리...14
• 2 6 세라믹 전구체의 물성 분석...15
• 3. 결과 및 고찰...16
• 3.1 무기고분자 PCS계...16
• 3.1.1 PCS의 합성 및 분석...16
• 3.1.2 PCS의 열적 물성...22
• 3.2 무기고분자 PMS계...26
• 3.2.1 PMS의 합성 및 분석...26
• 3.3 무기고분자 PMS의 탈수소반응...31
• 3.4 복합상 제조...31
• 3.5 $SiC/MoSi_2$ Pellet의 전도도...35
• 4. 결론...40
• 5. 참고문헌...41
• 1) 논문발표목록서...43
• 2) Proceeding...44
• 자체평가서...45