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세라믹 모재 장섬유 강화 복합재료의 최신 동향

전문가 제언: ○ 21세기 가장 주목할 분야는 고온 핵융합로와 우주항공 분야라고 할 수 있다. 이런 분야에서 고에너지 효율 및 고신뢰성을 달성하기 위해서는 재료의 초경량화 및 초고온화를 이룰 수 있는 극한 환경용 소재 개발이 선행되어야 한다. 고온에서 사용이 가능한 섬유강화 복합 소재는 기존의 단일 세라믹스 단점인 취성파괴를 향상시키기 위해 개발되었다. 침식 저항성이 우수하여 고온 노출에 의한 열응력 균열과 크리프파괴에 대한 특성 향상을 통한 극한 환경용 소재로 각광을 받고 있다.

○ 비산화물계 세라믹 복합재료의 대표적인 것은 Cf/C, Cf/SiC, SiCf/SiC 등을 들 수 있다. Cf/C 복합재료는 공기 중 500℃ 이상에서 산화가 일어난다. 1970년대 중반에 SiC섬유가 개발된 후 SiCf/SiC 복합재료는 최고 2,000℃의 고온까지 사용할 수 있어 차세대 엔진 부품, 열병합 발전용 가스터빈 부품, 열교환기, 핵융합로 블랭킷 구조재료 등으로 연구개발이 진행되고 있다.

○ 본고에서 대학 및 각종 항공 및 우주관련 연구소에서 개발한 SiC 장섬유제조 방법을 소개하고 장, 단점도 열거하였다. 특히 SiCf/SiC 복합재료의 항공기 제트엔진에 대한 응용 예를 구체적으로 설명하고 있다. 미국과 프랑스의 합병회사인 CFM Internatioal이 개발 중인 LEAP엔진이 개발된다면 현재 모델보다 연료소비가 16% 낮아질 수 있다고 한다.

○ SiCf의 특징은 기존 제트엔진 부품에 사용하는 Ni합금에 비해 무게는 1/3, 내열 온도는 20%가 높고 강도는 2배로 골고루 좋은 특징을 가지고 있다. 세계적으로 SiCf를 제조하는 회사는 Nippon Carbon과 UBE industry뿐이다. GE사와 프랑스의 사프란은 일본 카본과 공동으로 합작 회사를 설립하여 약 60억 엔을 투자하여 공장을 건설하고 있다.

○ 국내 대학에서도 섬유강화 SiC 복합재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 그러나 차세대의 먹거리인 항공우주 및 핵 관련 발전소용 소재 개발은 재료연구소 및 한국항공우주 연구원 등이 중심이 되어 국가적 프로젝트로 진행되어야 경쟁력을 갖출 수 있을 것이라고 생각한다.

저자: Katsumi YOSHIDA
자료유형: 학술정보