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세라믹스 가공 중에 발생한 균열치유

전문가 제언: ○ 세라믹스 재료는 주로 원자간 결합이 강한 공유결합으로 구성되어 있고, 이러한 강한 결합으로 인하여 금속에 비하여 내열성, 내식성, 내마모성 등이 우수하여 고온이나 고강도를 요하는 구조용 재료로 다양한 분야에서 각광을 받고 있다. 그러나 세라믹스는 취성재료이며, 금속에 비하여 인성이 매우 낮다.

○ 따라서 가공이 어려운 것은 물론이고, 가공 시에 결함 발생률이 높은 문제가 있다. 또한 소성 중의 생성된 내부결함 때문에 세라믹스의 신뢰성이 떨어지고 실제 이용에 한계가 있게 된다. 이러한 문제를 극복하기 위한 방법으로 ① 미세조직 제어와 섬유입자 분산에 의한 고인성화, ② 비파괴검사에 의한 결함검출 및 보수, ③ 재료에 균열치유(crack healing)능력을 부여하는 방법이 제안되어 있다.

○ 일반적으로 구조용 세라믹스의 균열 발생은 제조, 가공 및 사용 중에서 발생한다. 결함이 발생된 부분을 중심으로 강도가 크게 저하되며 제품의 신뢰성에 문제가 발생하게 된다. 이러한 균열을 사용 중에 자기 스스로 치유할 수 있고, 강도회복이 된다면 제품의 수명연장이나 신뢰성 회복에 크게 기여하게 될 것이다.

○ 이 문헌은 기계 가공 시에 발생하는 균열을 치유하는 방법에 대하여 설명하고 있다. 소재에 탄화규소를 혼합하여 산화반응을 이용하는 방법과, 탄화규소 위스커의 섬유를 사용하여 복합화 하는 방법에 대하여 실험하였다. 모두 상당한 효과와 강도 회복에 대한 성과를 나타내고 있다. 근래에 모든 재료에 대하여 자기치유에 대한 연구가 많이 진행되고 학술회의도 열리고 있어 이 분야도 하나의 학문으로 발전할 것으로 기대되고 있다.

○ 구조용 세라믹스의 시장규모는 처음 기대를 모았던 세라믹엔진 개발이 답보상태에 머무르면서 처음 예상과는 달리 성장이 매우 느리게 되고 있다. 그러나 용도확대와 새로운 나노기술이나 신뢰성 향상을 위한 방법 등이 연구되고 있어 향후 10년이 중요한 시기라고 생각된다.

저자: ANDO Kotoji, ONO Masato, TAKAHASHI Koji
자료유형: 학술정보