초록 ▼

Blanket을 포함한 미래형 핵융합로의 구조재료로 활용하기 위한 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiC_f/SiC)의 제조 및 복잡한 형상을 구현하기 위하여,1) 열분해 탄소층의 SiC 섬유 표면에의 형성, 2) 희토류 원소의 SiC_f/SiC 소결조제 적용, 3) 전기영동법 및 진공침착법을 이용한 기지상의 SiC 직조섬유에의 침착, 4) 150 mm × 150 mm의 평판형 대면적 SiC_f/SiC 제조, 5) 직경 20 mm 튜브형 SiC_f/SiC 제조

Blanket을 포함한 미래형 핵융합로의 구조재료로 활용하기 위한 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiC_f/SiC)의 제조 및 복잡한 형상을 구현하기 위하여,1) 열분해 탄소층의 SiC 섬유 표면에의 형성, 2) 희토류 원소의 SiC_f/SiC 소결조제 적용, 3) 전기영동법 및 진공침착법을 이용한 기지상의 SiC 직조섬유에의 침착, 4) 150 mm × 150 mm의 평판형 대면적 SiC_f/SiC 제조, 5) 직경 20 mm 튜브형 SiC_f/SiC 제조, 6) MAX상, 고분자 전구체 및 SiC green tape을 이용한 접합에 관한 연구를 수행하고 본 보고서에 설명함

(출처 : 요약서 3p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
Research on the fabrication and joining of SiC_f/SiC for the structural applications of fusion reactor in terms of 1) formation of PyC layer on the SiC fiber, 2) application of rare-earth additives for the sintering of SiC_f/SiC, 3) infiltration of the SiC-b

Purpose & Contents
Research on the fabrication and joining of SiC_f/SiC for the structural applications of fusion reactor in terms of 1) formation of PyC layer on the SiC fiber, 2) application of rare-earth additives for the sintering of SiC_f/SiC, 3) infiltration of the SiC-based matrix phase into the voids of SiC fabrics using electrophoretic deposition and vacuum infiltration, 4) fabrication of large-sized 150 mm × 150 mm plate, 5) fabrication of tubular SiC_f/SiC having 20 mm diameter, and 6) joining of the SiC_f/SiC will be performed. A density > 97% (=3.11g/㎤), a flexural strength > 600 MPa and a matrix grain size < 1 μm are the final goals of this research.

Results
By performing the research on the fabrication and joining of SiC_f/SiC for 3 years, the following results were obtained:
● By developing PyC coating method on the SiC fiber to confer the toughness for the SiC_f/SiC composites, 100-600 nm thick PyC layer on the SiC fiber using phenolic resin was formed.

● By applying Al₂O₃-Sc₂O₃ sintering additive using DC- and AC-EPD as well as Sc-nitrate sintering additive using vacuum infiltration for SiC_f/SiC, 97% density (3.11 g/㎤) and matrix grain size of 1 μm by DC- and AC-EPD was obtained.

● By performing the research on the dispersion, effective infiltration using DC- & AC-EPD and vacuum infiltration as well as sintering, the optimum hot pressing (1750℃, 20 MPa for 2 hours) was chosen to minimize the damage of SiC fiber.

● Fabrication of large size 120×120 ㎟, 150×150 ㎟ and 200×200 ㎟ planar composite and tubular composite having 20 mm diameter by designing a special mold were peformed.

● SiC_f/SiC joining using preceramic polymer, SiC green tape and MAX phase was performed.

● Completion of the machining such as hole and surface finishing and joining of each part to realize a complex shaped SiC_f/SiC heat exchanger.

● Evaluation of the proton irradiation effects on the microstructural and mechanical properties of SiC_f/SiC composites prepared using 3 different types of sintering additives.

● Based on the above approaches, the SiC_f/SiC composites having density > 97% (=3.11g/㎤), flexural strength > 500 MPa, and matrix grain size < 200 nm could be fabricated.

Expected Contribution
This research is on the fabrication of SiC_f/SiC, which has excellent thermal and mechanical properties, to use in future fusion reactor, thermal exchanger as well as aerospace areas. In addition, this can be used for ceramic gas turbine and high functional radiation heater, whereby the impact of this research will be significant.

Because the import of SiC_f/SiC is prevented owing to the national security reason, the research is essential for the development of fusion reactor components.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 6
• 목차 ... 6
• 1. 연구 개발 과제의 개요 ... 7
• 1-1. 연구 개발 목적 ... 7
• 1-2. 연구 개발의 필요성 ... 7
• 1-3. 연구 개발 범위 ... 9
• 2. 국내외 기술 개발 현황 ... 11
• 3. 연구 수행 내용 및 결과 ... 13
• 3.1 연구개발 추진 전략, 체계 및 일정 ... 13
• 3.2 SiC 섬유에의 열분해 탄소층 (PyC) 코팅법 연구 ... 19
• 3.3 열간가압 소결조건 확보 ... 22
• 3.4 Al2O3+희토류 조제 적용실험 결과 ... 23
• 3.5 효율적인 기지상 침착법 연구 ... 27
• 3.6 대면적 평판형 SiCf/SiC 복합체 제조 결과 ... 37
• 3.7 튜브형 몰드 개발 및 복합체 제조 결과 ... 39
• 3.8 SiCf/SiC 복합체의 가공에 대한 연구 결과 ... 44
• 3.9 SiCf/SiC 복합체의 접합에 대한 연구 결과 ... 45
• 3.10 SiCf/SiC 복합체에 대한 양성자 조사의 영향 ... 52
• 3.11 연구개발성과 ... 57
• 3.12 기술적 성과 ... 63
• 3.13 경제적 성과 ... 64
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 65
• 4-1. 목표 달성도 ... 65
• 4-2. 관련 분야 기여도 ... 67
• 5. 연구 결과의 활용 계획 ... 67
• 6. 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 68
• 7. 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 68
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구 시설·장비 현황 ... 68
• 9. 연구 개발 과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행실적 ... 69
• 10. 연구 개발 과제의 대표적 연구 실적 ... 70
• 11. 기타 사항 ... 70
• 12. 참고 문헌 ... 71
• 끝페이지 ... 74