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산화하프늄과 탄화규소계 초고온 세라믹의 내산화성 및 기계적 특성

전문가 제언: ○ 기계구조 세라믹스는 압축강도, 경도, 고온강도, 내마모성, 내식성, 저밀도, 저열팽창성 등의 특성을 이용하여 고응력, 고온, 극저온, 초고속, 우주환경과 같은 극한 조건에서 사용되는 핵심 소재이다. 내열성, 내마모성, 그리고 고강도를 이용하여 자동차 엔진, 버너노즐, 고온열교환기, 가스터빈 엔진, 세라믹 베어링, 디젤엔진, 절삭 공구 등 많은 기계, 반도체용 부품 및 소재로 활용되고 있다.

○ 구조세라믹스는 산화물계인 Al2O3, ZrO2와 비산화물인 Si3N4, SiC계 등이 대표적 상용화 제품이다. 고도로 정제된 합성원료를 사용하고, 고온소성과 치밀화하는 기술을 이용함으로써 세라믹스가 가지는 고유특성이 발현하게 된다. 그 중에서 Y2O3 등의 안정제를 첨가한 ZrO2는 정방정에서 단사정으로 상변태를 이용하여 고강도와 고인성을 얻고 있는 것을 이미 알려져 있다.

○ 하프늄(Hf)은 천이금속 원소로 Ti이나 Zr과 동족 원소이다. Hf의 산화물, 탄화물 및 붕화물 등은 Zr의 화합물과 같이 고융점 화합물로 초고온 재료로서 유력한 후보이나 지금까지 연구는 미미한 편이었다. HfO2 세라믹스가 ZrO2 세라믹스와 유사한 특성은 상변태 거동에 있다. HfO2 세라믹스는 온도 변화에 따라서 ZrO2와 같이 단사정？정방정？입방정으로 상변태를 나타낸다. 상변태 온도는 대략 ZrO2보다 600℃ 정도 높아, 우수한 열적 특성을 나타낼 가능성이 높다. 이 문헌은 HfO2-SiC 복합 세라믹스 개발에 대해 설명하고 있다.

○ 구조용 세라믹스 기술을 특허출원으로 보면 일본, 미국, 유럽이 선두그룹에 있으며, 국내 기술은 매우 열세이다. 국내 구조용 세라믹스의 시장은 기계가공, 코팅시장이 약 5,000억원, 배기가스 정화장치 3,700억원, 내마모재/연마재3,000억원 등으로 1.2조원 대의 시장을 형성하고 있다. 국내 업체들 중 매출규모가 있는 기업은 쌍용 머티리얼, 대구텍, 코미코, SKC솔믹스 등 몇 개에 불과한 실정이다. 구조용 세라믹스 분야는 새로운 소재나 제품개발이 없이는 선진국과 경쟁이 어려워 연구개발이 절실한 분야이다.

저자: Yutaka SHINODA, et al
자료유형: 학술정보