3단계 반응 열간가압에 의한 B4C-ZrB2 세라믹스

전문가 제언

○ 탄화붕소(B4C)는 다이아몬드와 입방정계 질화붕소(cBN)에 이어 세 번째로 경도가 높은 재료로 어떠한 경질재료 보다 마모 환경에서 우수한 성능을 나타낸다. 또한 밀도 2.52g/cm3을 가진 B4C는 1,300℃ 이상의 온도에서 경도 35-45GPa를 나타내어 다이아몬드나 질화붕소보다도 높다. 이외에도 B4C는 상대적으로 높은 중성자 흡수능을 갖고 있기 때문에 원자로에도 응용되고 있다.

 

○ B4C가 갖는 장점에도 불구하고, 소결성, 파괴인성, 가공성이 우수하지 않아 이를 개선시킬 목적으로 초고온 재료를 첨가한 복합재료가 주목 받고 있다. 본고는 B, C, Zr 또는 ZrO2 분말로부터 열역학적 해석을 통하여 도출한 1,000℃, 1,650℃, 2,000℃의 세 온도 단계에서 반응 열간가압 소결하여 파괴인성이 4MPam1/2 정도인 B4C-ZrB2 세라믹스를 제조할 수 있었다. 보고되고 있는 B4C의 파괴인성 값은 2-3MPam1/2의 범위에 있다.

 

○ 2000년대 중반에 B4C-TiB2와 같은 세라믹스 복합재료에 대한 관심이 급격하게 증가된 이후 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 2010년대에 들어와서 B4C-ZrB2 원료 혼합물보다 B4C-ZrO2, B4C-ZrO2-C, ZrC-B 등의 혼합물을 in-situ 반응법으로 제조한 B4C-ZrB2 세라믹스가 치밀성, 파괴인성과 같은 특성이 우수하다고 보고되고 있다. 본고도 이러한 추세에 따른 결과이다. 세계적으로 미국이 기술개발을 선도하고 영국, 일본 등이 따르나 최근 중국의 활동이 매우 활발하다.

 

○ 한국은 B4C 복합재료에 대한 연구가 2000년대 초반에 시작된 바 있으나 B4C-Al 또는 B4C-Al2O3 정도에 그쳤고, 후반부터 초고온 세라믹스 복합재료에 대한 관심이 커지면서 B4C-ZrB2 복합재료의 합성이 시도된 바 있다. 그러나 더 의미 있는 B4C-ZrB2 세라믹스 복합재료를 제조하기 위하여 필요한 고도의 기술을 응용할 수 있는 수준에는 미치지 못한다. 일반 산업은 물론 국방, 항공우주 분야 등의 기술 발전을 위해서 관심을 가져야 할 분야이다.

 

 

저자

W.GuO, L. Wu, Y.You, H. Lin, G. Zhang

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

36()

잡지명

Journal of the European ceramic society

과학기술
표준분류

재료

페이지

951~957

분석자

정*생

분석물

• 3단계 반응 열간가압에 의한 B4C-ZrB2 세라믹스.pdf [430,566 byte]

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