초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ CMC 복합코팅 및 형상화 기술에서는 액상법으로 Boron 원소 함유 액상 전구체 기방 저가 코팅공정 개발을 목적으로 Boric Acid를 사용하여 BN 코팅층을 형성하는 기술을 개발하여 SiC 섬유 계면에 CVD 코팅 대비 저가/신속/대용량 코팅이 가능한 기술을 확보하였으며, 기상법으로는 LP-CVD 공정을 이용하여 BCl₃ 가스 기반 결정화도가 높은 고품위 BN 코팅층 형성 기술을 확립하였음.
○ CMC 기지상 치밀화 기술에서는 SiC/C 필러 분말과 알

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ CMC 복합코팅 및 형상화 기술에서는 액상법으로 Boron 원소 함유 액상 전구체 기방 저가 코팅공정 개발을 목적으로 Boric Acid를 사용하여 BN 코팅층을 형성하는 기술을 개발하여 SiC 섬유 계면에 CVD 코팅 대비 저가/신속/대용량 코팅이 가능한 기술을 확보하였으며, 기상법으로는 LP-CVD 공정을 이용하여 BCl₃ 가스 기반 결정화도가 높은 고품위 BN 코팅층 형성 기술을 확립하였음.
○ CMC 기지상 치밀화 기술에서는 SiC/C 필러 분말과 알코올 함량을 변화시킨 슬러리를 제조하여 필러 분말 입자강화에 의한 기지상 치밀화 및 물성 향상에 기여할 수 있는 최적 조성을 도출하였으며, 기상법이나 액상법에 의해 BN가 코팅된 UD SiC 섬유 프리프레그에 최적 조성 필러 슬러리를 함침하고 이를 적층-탈지-탄화-MI(Melt Infiltration)하는 공정으로 SiCf/SiC CMC 제조하는 기술을 확보하였음.
○ 고온 기본물성 평가에서는 1315℃ 온도에서 고온 인장강도를 측정하여 최고 199.6 MPa의 Ultimate Tensile Strength(UTS)을 얻어 목표를 초과 달성하였으며, 현재 CVD BN 코팅 및 SUP 4-4 필러 슬러리 조성 함유 LSI CMC 시편에 대해서 인장강도 측정 시와 동일한 온도조건에서 크립 파단저항성이 730시간 진행되고 있음.
○ 고온 내구물성 평가에서는 1315℃ 온도에서 저주기 및 고주기 피로 물성 모든 조건에서 정량적 목표를 초과 달성하였으며, 측정 결과 또한 일본 IHI社의 1100℃ 피로시험결과와 유사한 경향성을 보이고 있는 결과를 확보하였음.
○ 열-유동 성능해석에서는 기존 금속소재인 superalloy와 본 사업의 개발 CMC 소재를 적용하여 H-Class 조건에서 복합열전달 해석 결과, 재료에 따른 표면온도 분포값의 크기나 영역의 차이는 크지 않은 것으로 나타났음. 한편 superalloy 재료는 표면 최대 온도가 소재 허용치(1173K)를 초과하므로 냉각유량을 늘리고 현재 0.25mm인 TBC(Thermal Barrier Coating) 두께의 증가가 필요한 결과를 보였으나, CMC 소재는 표면 최대온도가 소재 허용치(1588K) 이내로 나타나 형상이나 냉각조건 변형 없이 사용이 가능한 결과를 얻었음.
○ 본 사업에서 개발된 CMC 소재는 현재 연구원 주요사업인 ‘직화식 초임계 CO₂ 발전용 초임계압 순산소 연소 핵심원천기술 개발’ 과제와 유기적으로 연계한 spin-off 기술을 도출하고 있으며, 이의 일환으로 초임계 순산소연소 가스터빈 연소기의 실제 연소환경 내에서 가스터빈 운전시험을 진행하여 800℃ 이상 온도에서 35분 연속운전을 성공적으로 마친 상태임.
○ 본 사업의 최종 성과물은 터빈 엔진용 CMC 소재의 경우, 미국 GE Aviation사와 프랑스 Safran Aircraft Engines(구, Snecma)사와의 합작회사인 CFM International사에서 상용 LEAF 엔진에 처음 적용시켜 15%의 효율상승 효과를 달성한 이후, GE Aviation에서 GE9X 엔진의 연소기 및 고압터빈 섹션에 CMC 소재를 통합적용시켜 상용화가 진행되고 있는 기술임.
○ 이와 같이 항공산업의 급격한 수요증가로 인해 상용・군용 항공기 시장은 2025년까지 7.5억달러로 성장되어 전 세계 CMC 시장의 성장엔진 역할이 확실시될 것으로 보고하고 있으며, 이에 부응하여 발전용 가스터빈 엔진 및 고온부품 소재 시장도 동반성장할 것으로 판단됨에 따라 최종성과물의 활용가능성이 크게 기대됨.

(출처 : 요약문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 9
• Chapter 1 일반현황 ... 10
• 연구과제 ROADMAP ... 10
• 최종목표 ... 11
• 정량적 목표 달성도 ... 11
• 핵심기술 평가방법 ... 12
• TRL 명세서 ... 13
• TRL 달성도 자체평가 의견서 ... 13
• Chapter 2 연구 결과 ... 14
• 연구수행 결과 1 ... 14
• 연구수행 결과 3 ... 16
• 연구수행 결과 4 ... 19
• Chapter 3 향후 추진계획 및 연구성과 활용성 ... 21
• 부록 - 참고자료 ... 23
• 끝페이지 ... 27