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고밀도 튜브형 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체용 몰드 장치

Mold Apparatus for the Fabrication of High Density Tube-shaped Silicon…

연구책임자 윤당혁 소속 영남대학교 신소재공학부
기술분류 첨단세라믹
키워드 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체, 튜브, 열간가압소결

기술의 개요

탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC, silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composites)는 우수한 화학적, 열적, 기계적 특성으로 인하여 고온 및 극한 환경에서 사용이 가능한 재료이다. 따라서 고온 열교환기 및 우주항공용 엔진 구조재료로 활용되고 있을 뿐만 아니라, 가스냉각형 4세대 원자로의 노심 구조재료 및 미래형 핵융합로의 내벽재료로의 활용이 기대되고 있다. 본 발명은 고밀도 튜브형 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)용 몰드 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간가압소결시 시편 파괴를 방지하고, 튜브 형태를 유지하며, 고밀도를 가지는 튜브형 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)를 제조하기 위한 몰드 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)뿐만 아니라, 성형이나 압출법을 적용하기 어려운 일반적인 세라믹 장섬유강화 세라믹 복합체(ceramic long fiber-reinforced ceramic composites)를 튜브 형태로 제작이 가능케 하는 몰드 장치를 제공한다.

 

경쟁기술대비 특장점

현재까지 열간가압소결법(hot press)을 이용하여 제작된 종래의 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)는 모두 평판 형태를 가지고 있다. 그러나 고온 열교환기 및 원자로의 구조재료로 활용하는데 최적의 형태인 튜브형 SiCf/SiC 복합체의 제조에 관한 기술은 아직 개발되지 않았다. 이는 상하 일방향으로만 압력이 가해지는 고온가압소결이 평판형 SiCf/SiC 복합체의 제조에는 적합하지만, 필수적인 측면방향으로 압력을 가해야 하는 튜브형 SiCf/SiC 복합체의 제조에는 적합하지 않아, 고밀도의 SiCf/SiC 복합체를 구현하기 어렵기 때문인 것으로 판단된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 1) 2차원으로 직조된 TyrannoTM-SA SiC 튜브형 프리폼의 공극사이로 SiC 분말과 Al2O3 Y2O3 소결조제로 이루어진 기지상을 초음파를 병행한 전기영동법을 이용하여 효율적으로 침착시키고, 2) 열간가압소결은 상하 일방향으로만 압력이 인가되므로, 고온에서 소결이 되지 않는 유동성이 있는 압력전달 매체를 사용하여 튜브형 SiCf/SiC 복합체의 측면 방향으로 압력을 전달시키고, 3) 상하 일방향의 압력을 효율적으로 튜브형 SiCf/SiC 복합체의 외부에 전달시키는 특수 몰드(mold)를 제작하여 95% 이상의 복합체 밀도를 보여주는 고밀도 튜브형 SiCf/SiC 복합체를 제작하였다.

 

특허현황

출원번호 : 10-2015-0041531 / 출원일자 : 2015.03.02

시장성 및 제품성

탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체는 초고온 조건에 적용이 가능한 재료이며, 가스터어빈, 고온 열 흡수기, 열교환기 및 원자로의 구조재료로의 활용 가능성이 높음. 하지만 현재 이를 활용한 제품시장은 매우 제한적임.

 

마케팅 희망기업 및 산학협력 희망유형

기술이전, 공동연구


   

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