초록 ▼

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
초고온 탄소복합재료의 개발을 위해 전기영동 및 방전식모법을 이용한 카본나노튜브/카본섬유 하이브리화 기술, 고밀도 C/C 복합재료 제작에서의 탄화 및 고밀도화 연구, 고성능 SiC 기지재의 액상소결 제조공정 개발등을 수행하고자 함. 또한 EBC 코팅 공정 확립 및 밀착성평가와 고온 산화 특성 평가를 수행하고 산소차단성 기능성막의 액상법 및 기상법제조기술개발 및 특성평가를 수행하고자 함. 뿐만 아니라 탄소-탄소 복합소재의 비파괴평가를 위한 새로운 기법을 연구하고, 초음파의 3D 영상 프로그램과 주사

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
초고온 탄소복합재료의 개발을 위해 전기영동 및 방전식모법을 이용한 카본나노튜브/카본섬유 하이브리화 기술, 고밀도 C/C 복합재료 제작에서의 탄화 및 고밀도화 연구, 고성능 SiC 기지재의 액상소결 제조공정 개발등을 수행하고자 함. 또한 EBC 코팅 공정 확립 및 밀착성평가와 고온 산화 특성 평가를 수행하고 산소차단성 기능성막의 액상법 및 기상법제조기술개발 및 특성평가를 수행하고자 함. 뿐만 아니라 탄소-탄소 복합소재의 비파괴평가를 위한 새로운 기법을 연구하고, 초음파의 3D 영상 프로그램과 주사 시스템의 설계 및 제작하고자 함.
초고온 세라믹 재료의 개발과 관련하여 Planetary mill을 이용한 상용 ZrB₂ 분말의 저오염, 미분쇄 조건을 개발함. 세계 최초로 ZrSi₂ 전구체를 사용하여 ZrB₂-SiC 나노 혼합분말을 제조하여 초고온 세라믹스 원료 합성의 원천기술을 확보함. 소결조제를 사용하지 않고 초고온 세라믹스인 ZrB₂의 초저온 소결을 세계 최초로 달성함. 100-200nm의 미세한 SiC를 갖는 ZrB₂-SiC 나노복합체를 세계 최초로 치밀화에 성공함. 이렇듯 초고온 세라믹스 분야의 원료 합성, 치밀화 및 복합재료 제조 분야에서 원천기술들을 확보함. SiC 분야에서는 저온 소결용 소결조제인 Al₃BC₃ 및 Al₄SiC₄ 분말의 대량합성 방법을 개발하였으며, 이를 통하여 기존의 결과 보다 합성량 100배 증가, 합성 온도450도 감소, 합성시간 1/10로 단축 등의 성과를 달성하였다. 또한 분산조건의 최적화를 통하여 50.5 vol%의 높은 농도를 갖는 수계 SiC 슬러리를 제조하였다.
초고온 금속재료 기술개발에서는 전세계적으로 개발이 진행 중인 제 4세대 및 5세대 단결정용 모델합금을 설계/제조하여, 응고거동, 미세구조, 상변태 연구를 통해 첨가원소의 영향을 분석하였고, 고가의 PGM 금속원소인 Ru 재활용을 위한 전해용해 기술에 대한 연구를 위탁연구로 수행하였음. 아울러, 기존의 니켈계 합금 대체를 위한 Co기 석출강화형 합금의 기초연구와 초고온 기계적 특성 평가 장비구축에 대한 기반연구를 수행하였음.
극저온 고분자 복합재료 개발을 위해 극저온용 열전도도 측정 장비의 구축과 함께 극저온용 복합재료의 열팽창 계수 및 열전도도 예측 모델을 개발하고, 고분자 수지의 조성 설계를 통해 극저온에서 최적화된 고분자 수지의 물성을 확보하고자 함.

Abstract ▼

In the development of ultra-high temperature carbon composites, CNT/carbon fiber reinforcements have been fabricated by electrophoretic deposition method. In order to enhance the through-thickness property of the composites, preforms of 2.5-dimensional fiber architecture have been developed using z-

In the development of ultra-high temperature carbon composites, CNT/carbon fiber reinforcements have been fabricated by electrophoretic deposition method. In order to enhance the through-thickness property of the composites, preforms of 2.5-dimensional fiber architecture have been developed using z-pinning method. Carbon/phenol composites via RTM process were carbonized at 1000℃, and subsequently densified via pressurized impregnation and carbonization process at 1800℃. Coating technic of protecting the oxidation of Carbon/Carbon composite substrate for ultra high temperature established the development of Environmental Barrier Coating. Fabrication technology of oxidation/heat resistant coating for the carbon composite aiming ultra high temperature application was developed using liquid process and vapor process. NDE methods are needed to determine the homogeneity, durability of materials and they can be extremely useful in assuring the performance of composite material. In this research, one of the objectives is to develop optimal performance for NDE in C/C composit materials.
A novel milling technique of commercially available ZrB₂ powder in order to reduce the contamination during pulverization below 1 wt% was developed. ZrB₂-SiC nano powder mixture (30 - 100nm) and dense ZrB₂-SiC nano composites (100-200nm) were successfully obtained by the reactions of a precursor mixture composed of ZrSi₂-B₄C-C. Ultra-low temperature sintering of ZrB₂ (1450oC) was achived without using sintering additives. In addition, the scale-up (400g/day) of the synthesis technique of fine Al₃BC₃ and Al₄SiC₄ powder having sub-micrometer in size was attained by using spark plasma sintering (SPS) method, and the preparation of highly concentrated aqueous SiC slurry (50.5 vol%) was investigated.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 10
• 목 차 ... 12
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 16
• 제 1 절 초고온 탄소 복합재료 및 코팅기술 개발 ... 16
• 1. 초고온 탄소 복합재료 개발 ... 16
• 가. 전기영동에 의한 나노재료 부착 ... 16
• 나. 방전식모 공정에 의한 CNT 부착 ... 17
• 다. 탄소/탄소 복합재료의 제조 및 기계적 특성 ... 18
• 라. 초미립자를 이용한 C/SiC 복합재료의 액상소결공정 개발 ... 19
• 2. 탄소계 복합재료용 초고온 EBC 코팅기술 개발 ... 20
• 가. 탄소계 복합재료용 초고온 EBC 내산화성향상 ... 20
• 나. 액상법을 이용한 산소차단성기능성막 재조기술개발 ... 22
• 3. 탄소-탄소 복합소재 비파괴 평가기술 개발 ... 23
• 가. 탄소-탄소 복합소재에서 초음파 전파특성 평가 ... 23
• 나. 측정센서 위치 제어기 및 3-D 영상 프로그램 개발 ... 26
• 제 2 절 초고온 세라믹 재료 개발 ... 27
• 1. 소결조제를 사용하지 않은 ZrB2 분말의 저온소결 ... 27
• 2. 미세하게 분쇄된 고순도 ZrB2 분말 제조 ... 28
• 3. ZrSi2-B4C-C를 이용한 nano-ZrB2-SiC 혼합 분말 제조 ... 29
• 4. ZrSi2, B4C 및 C를 전구체로 사용한 ZrB2-SiC 나노 복합재료의 방전 플라즈마 소결 ... 30
• 5. 스파크 플라즈마 소결 (SPS)에 의한 세라믹 분말 대량 합성용 금형 개발 ... 31
• 6. SiC 분말의 분산 최적화 연구 ... 32
• 제 3 절 초고온 금속재료 기술 개발 ... 32
• 1. Cr 첨가량에 따른 합금의 열물리적 특성 및 응고 미세조직 변화 ... 32
• 2. Re 및 Cr 첨가에 따른 용질원소의 편석거동 ... 34
• 3. Cr 첨가 초내열합금 설계 시 미량원소의 영향 ... 35
• 4. Co기 석출강화형 초내열합금에 대한 기초 연구 ... 36
• 5. 초내열합금으로부터 알칼리 용해/분별 휘발을 통한 루테늄 회수 기술 ... 37
• 제 4 절 극저온 고분자 복합재료 개발 ... 38
• 1. 10K(LHe)급 극저온 열전도도 및 열팽창 계수 동시 측정 시험 장비 구축 ... 38
• 2. 유한요소 역해석법에 의한 열팽창 계수 예측 모델 및 비등방성 연구 ... 39
• 3. 상용성에 따른 극저온 에폭시 수지의 저온 물성 연구 ... 40
• 4. 나노입자 정량적 분산상태 정의 및 분산도 평가 ... 40
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 41
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 42
• 제 6 장 참고문헌 ... 43