초록 ▼

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
초고온 탄소복합재료의 개발을 위해 카본나노섬유/카본섬유 하이브리화 기술, 고성능 SiC 기지재의 액상소결 제조공정 개발, EBC 코팅 공정 확립, 고온 산화 특성 평가, 복합소재의 비파괴평가를 위한 새로운 기법을 연구하고자 함. 또한 EBC 코팅 공정 개발을 위하여 플라즈마 용사법을 이용한 다층 코팅 제조와 고온 산화 특성 평가를 수행하고 초고온 다층 코팅막의 열응력 해석과 특성 평가를 실시하고져 하였음. 뿐만 아니라 탄소-탄소 복합소재의 비파괴평가를 위한 새로운 기법을 연구하고, 투과법의 적용과

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
초고온 탄소복합재료의 개발을 위해 카본나노섬유/카본섬유 하이브리화 기술, 고성능 SiC 기지재의 액상소결 제조공정 개발, EBC 코팅 공정 확립, 고온 산화 특성 평가, 복합소재의 비파괴평가를 위한 새로운 기법을 연구하고자 함. 또한 EBC 코팅 공정 개발을 위하여 플라즈마 용사법을 이용한 다층 코팅 제조와 고온 산화 특성 평가를 수행하고 초고온 다층 코팅막의 열응력 해석과 특성 평가를 실시하고져 하였음. 뿐만 아니라 탄소-탄소 복합소재의 비파괴평가를 위한 새로운 기법을 연구하고, 투과법의 적용과 사용가능한 프로브 특성평가를 수행하고자 함.
초고온 세라믹 재료의 개발과 관련하여 nano-HfB₂를 대량으로 합성하는 공정을 개발함. 또한 ZrSi₂계 소결조제를 사용하여 HfB2를 1600℃에서 치밀화 시킴. 저렴한 지르콘을 사용하여 5-20nm 크기의 ZrB₂-SiC 나노 혼합분말을 제조하는 원천기술을 확보함. 이들 성과는 세계 최고 수준임. Al₄SiC₄를 사용하여 기존보다 150℃ 낮은 1600℃, 20MPa의 조건에서 섬유뽑힘 현상이 발생하는 SiC/SiC 복합재료를 제조함.
초고온 금속재료 기술개발에서는 제 4, 5세대 단결정합금 응고거동에 미치는 PGM원소(Ru)의 영향 규명과 2세대 단결정 초내열합금 기반 Ir 원소첨가의 영향을 규명하고 자 하였음. Neural network(NN) 컴퓨터계산 프로그램으로 제 4, 5세대 단결정합금을 설계하여 특성을 평가하였고, Ru-포함 단결정합금 크리프 데이터베이스를 확충하여 NN데이터모델링으로 차세대 단결정합금의 크리프수명을 예측하고자 하였음.
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. 뿐만 아니라 단섬유 복합재료의 계면 물성 평가 시험을 통해 섬유의 표면처리법에 따른 극저온계면 물성 향상 연구를 함께 진행함.

Abstract ▼

The ultra-high temperature carbon/carbon (C/C) composites were fabricated by utilizing the hybridization of CNF-carbon fiber reinforcements. Carbon fiber reinforced SiC matrix composites (Cf/SiC) were also fabricated by the Liquid Phase Sintering (LPS) process. In order to protect C/C composites fro

The ultra-high temperature carbon/carbon (C/C) composites were fabricated by utilizing the hybridization of CNF-carbon fiber reinforcements. Carbon fiber reinforced SiC matrix composites (Cf/SiC) were also fabricated by the Liquid Phase Sintering (LPS) process. In order to protect C/C composites from oxidation, the liquid process and vapor process have been developed. Thermal stress analysis was performed on multilayer coating based on SiC for ultra-high temperature and TBC/EBC multilayer coating based on mullite. The change in the thermal stress was investigated with a change in stacking sequence. 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 method of synthesizing nano-HfB2 powder (100-200nm) with rather large quantity (150g/day) were developed. ZrB₂-SiC nano powder mixture (5-20nm) was obtained by using ZrSiO₄ as starting material. Wet processing condition of ZrB2 and SiC were optimized in terms of corrosion resistance and dispersion. SiC/SiC composite having fiber pull-out behavior was prepared at 1600℃ under 20MPa pressure using Al₄SiC₄ sintering additive.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 9
• 목 차 ... 11
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 15
• 제 1 절 초고온 탄소 복합재료 및 코팅기술 개발 ... 15
• 1. 초고온 탄소 복합재료 개발 ... 15
• 가. CNF/carbon fiber Hybridization ... 15
• 나. 고밀도 3D 복합재 제조 ... 16
• 다. 탄소/탄소 복합재 제조 및 특성 시험 ... 16
• 라. 초미립자를 이용한 C/SiC 복합재료의 액상소결 공정 개발 ... 17
• 2. 탄소계 복합재료용 초고온 EBC 코팅기술 개발 ... 18
• 가. 탄소계 복합재료용 다층 코팅 공정개발 ... 18
• 나. 초고온 내열내산화성 다층 코팅막에 대한 열응력 해석 ... 20
• 3. 탄소-탄소 복합소재 비파괴 평가기술 개발 ... 21
• 가. 투과법의 구현방법 제안 및 적용 ... 21
• 나. 사용 가능한 프로브 특성평가와 선정 ... 23
• 제 2 절 초고온 세라믹재료 개발 ... 23
• 1. 초고온 세라믹스 개발 ... 23
• 가. 지르콘을 이용한 저렴한 나노 ZrB2-SiC 혼합 분말 제조 공정 개발 ... 23
• 나. 상용 ZrB2 분말의 고순도 분쇄 방법 개발 ... 24
• 다. nano HfB2 분말의 대량 생산 공정 및 저온소결 기술 개발 ... 25
• 라. ZrB2 의 저온 소결을 위한 새로운 조제 system 도입 ... 26
• 2. SiC/SiC 섬유강화 복합재료 ... 26
• 가. nano-SiC와 Al4SiC4 분말의 분산 및 부식 거동 최적화 ... 26
• 나. EPD (electropholetic deposition) 공정을 이용한 SiC 분말의 SiC 섬유 내 함침공정 개발 ... 27
• 다. 섬유 뽑힘 현상이 일어나는 SiC 섬유강화 SiC 복합재료 제조 ... 28
• 제 3 절 초고온 금속재료 기술 개발 ... 28
• 1. 제 2세대 단결정 초내열합금 기반 PGM 원소 첨가 합금 설계 ... 28
• 2. 제 4, 5세대 단결정합금 응고거동에 미치는 PGM 원소(Ru) 의 영향 ... 29
• 3. PGM 첨가 초내열합금 응고 미세편석의 정량화 기법 확립 ... 31
• 4. PGM 함유 초내열합금 데이터모델링 및 합금설계 ... 32
• 가. Ru 포함 단결정합금 크리프 데이터베이스 확충 ... 32
• 나. Neural Netowk 데이터 모델링 ... 32
• 다. NNADP (Neural Network Alloy Design Program) 에 의한 합금설계 ... 33
• 라. 후보합금 기계적 특성 평가 ... 34
• 제 4 절 극저온 고분자 복합재료 개발 ... 35
• 1. PDMS morphology 제어를 통한 에폭시 수지의 저온 물성 향상 ... 35
• 2. 후경화 온도에 따른 복합재 crack density 경향 연구 ... 36
• 3. 복합재 열전도도 측정 장치 구축 ... 37
• 4. 77K 급 극저온용 물성 시험용 cryostat 설계 ... 37
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 38
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 39
• 제 6 장 참고문헌 ... 39