초록 ▼

□ 연구개요
탄화규소 기반 세라믹 재료는 우수한 기계적 특성 특히, 고온강도, 내열성, 내부식성, 내마모성 등의 우수한 구조 재료적 특성을 가지고 있기 때문에 엔진부품, 열교환기 및 노즐 등의 기계구조용 재료나 반도체 제조 장치용 재료로서 널리 이용되고 있다. 그러나 세라믹스의 낮은 물성과 비싼 제조가격은 기대보다는 응용에 제한을 받고 있다. 그러므로 기존 세라믹스의 물성 향상 및 세라믹스 제품을 저렴한 가격으로 만들기 위해 지속적인 노력은 반드시 필요하다. 본 연구에서는 Si 금속의 고온에서의 모세관 압을 이용하여 보다 간단

□ 연구개요
탄화규소 기반 세라믹 재료는 우수한 기계적 특성 특히, 고온강도, 내열성, 내부식성, 내마모성 등의 우수한 구조 재료적 특성을 가지고 있기 때문에 엔진부품, 열교환기 및 노즐 등의 기계구조용 재료나 반도체 제조 장치용 재료로서 널리 이용되고 있다. 그러나 세라믹스의 낮은 물성과 비싼 제조가격은 기대보다는 응용에 제한을 받고 있다. 그러므로 기존 세라믹스의 물성 향상 및 세라믹스 제품을 저렴한 가격으로 만들기 위해 지속적인 노력은 반드시 필요하다. 본 연구에서는 Si 금속의 고온에서의 모세관 압을 이용하여 보다 간단하고 편리한 공정으로 고강도의 반응소결 SiC 세라믹라스를 제조하고 이를 손쉽게 접합할 수 있는 기술을 개발하고 이 과정에서 잔류 Si가 없는 SiC 반응체를 다시 재소결하여 소결 SiC와 같은 밀도의 SiC의 제조가능성을 확인하였다. 또한 Si의 self infiltration 법을 이용하여 복잡한 형상의 반응 소결 탄화규소 제조에 있어 필수적으로 요구되는 접합을 진행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
재결정탄화규소의 경우 소결 시 수축이 일어나지 않기 때문에 초기 성형체의 밀도가 최종밀도를 좌우한다고 볼 수 있다. 따라서 C 또는 SiC/C으로 이루어진 혼합분말에 함침통로 확보를 위해 resin을 첨가하여 성형체를 제조하였고 혼합분말들의 부피 및 밀도를 각각 고려하여 고정된 부피 내에서 함침과정을 통해 C이 완전히 반응하여 SiC가 형성될 수 있는 성형밀도를 계산하였다. 마찬가지로 용융 Si이 함침되어 SiC를 최대로 형성할 수 있는 성형밀도를 계산하여 성형밀도를 향상시켰다. 이렇게 Si의 모세관 현상에 따른 적절한 함침조건을 확인하였고 시작분말의 입자크기 및 성형 정도를 조절하여 잔류 Si 양을 최소화하고 반응 형성된 SiC 입자크기를 최소화 하였다. 또한 잔류 Si이 없고 기공을 포함한 SiC 소결체를 제조한 후 이를 재소결하여 재결정화를 통해 동일한 밀도(2.7g/ml) 및 154MPa의 강도를 갖는 재결정탄화규소를 제조하였다. 반응소결 접합의 경우 접합층에 별개의 접합재 첨가 없이 모재내의 Si의 모세관 현상을 이용하는 방법으로 self infiltration을 진행하였다. 이 과정에서 filler로써 Carbon 종이를 이용하여 용융 Si의 함침을 더 활성화하여 추가적인 Si 첨가 없이 자체적으로 접합을 할 수 있었다. 강도는 모재강도에 상응하는 246MPa의 평균값을 얻었다.

□ 연구개발결과의 중요성
재결정탄화규소 제조의 경우 고온에서의 강성을 유지하기 위해 일반적으로 100um 크기의 굵은 입자를 갖는 고가의 SiC분말을 시작원료로 사용한다. 이렇게 제조된 재결정탄화규소의 밀도는 약 2.5g/ml 정도로 알려져 있다. 본 연구에서는 상대적으로 저렴한 C분말과 Si의 함침을 이용하여 SiC 분말을 경제적으로 제조하였고 이 때의 성형밀도를 약 2.8g/ml까지 높임으로써 2.8g/ml 의 향상된 최종밀도를 얻을 수 있었고 결과적으로 강도도 높아지는 효과를 가져왔다. 또한 소결온도도 2200℃로 비교적 낮춰서 공정을 진행했다는 점에서 장점이 있다. 접합의 경우 접합과정을 단순화하여 자체적으로 접합시켰고 물성도 뛰어났다는 점에서 편리한 접합공정으로 고려되어진다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 3
• 1) 재결정탄화규소의 제조 ... 3
• 2) 반응소결 탄화규소의 제조 ... 9
• 3) 반응소결 탄화규소의 접합 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 끝페이지 ... 19