탄화붕소와 방전 플라즈마 소결을 이용한 고강도 ZrB2 세라믹스의 제조

전문가 제언

 

 

 

○ 초고온 세라믹스는 2000℃ 이상의 고온에서 열적, 기계적으로 안정한 재료로 차세대 우주 왕복선, 차세대 극초음속 여객기(SST) 등에 사용되는 재료이다. 로켓 노즐이나 항공기 앞 가장자리 등의 극한환경에 적용될 수 있는 세라믹스를 국산화 하는 것은 국가안보 및 자주국방이라는 측면뿐만 아니라 소재연구 분야 특히 구조 세라믹스에서도 새로운 성장 동력이 될 것이다.

 

○ ZrB2는 3000℃가 넘는 융점과 우수한 고온물성 때문에 우주선 선체나 발사체 노즐 등에 응용하기 위한 연구가 진행되어 왔다. 그러나 1300℃이상에서 B2O3 휘발 등에 의한 고온물성이 약해지는 단점이 있다. ZrB2분말합성 및 소결공정에서 가장 문제가 되는 것은 산소오염이며 이런 산화 불순물은 소결 시에 입자와 기공의 성장을 촉진시켜 입자의 물질 확산과 치밀화를 방해한다.

 

○ ZrB2의 합성연구는 ZrO2의 borothermal reduction을 이용하여 가능한 저온에서 합성하는 것을 목적으로 하고 있다. 본고에서는 무정형 붕소보다 가격이 1/20정도인 B4C를 환원제로 사용하여 입도와 첨가량을 변화시켜 환원성을 검토하였다. B4C의 입자표면 및 입계, 입내에 대한 영향도 현미경 관찰로 검토하였다. 최소 산소와 탄소함유량의 ZrB2는 B4C 0.25wt%일 때였다. ZrO2와 B4C의 입도가 작을수록 대체적으로 경도와 굽힘강도가 커지는 경향이 있으나 파괴인성에 대한 결과가 없다.

 

○ 2009 년경에는 미국 Sandia 국립연구소 및 Missouri-Rolla 대학에서 초고온 세라믹스 복합재료의 연구가 활발히 이루어졌다. 현재는 이태리, 일본 중국까지도 ZrB2의 재료물성 및 산화 저항성 증가에 대한 연구를 진행하고 있다. 국내에서는 한국 세라믹기술원, 부산대학, KAIST 등에서 ZrB2에 관한 연구가 진행되고 있다. 2009년부터 미래창조과학부에서 시작된 우주기술개발사업의 일환으로 한양대에서 2014년 발표한 초내열/초고온 세라믹스 복합재료 제조기술이 가장 최초의 포괄적 연구결과이다. 앞으로는 ZrB2-MoSi2(ZrSi2 또는 Al3BC3)와 같은 복합체로 파괴인성을 높여나가는 연구가 진행되어야할 것이다.

 

 

저자

David Pham, Joseph Houston Dycus et al.

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

99(8)

잡지명

J. of the American Ceramic Society

과학기술
표준분류

재료

페이지

2585~2592

분석자

김*호

분석물

• 탄화붕소와 방전 플라즈마 소결을 이용한 고강도 ZrB2 세라믹스의 제조.pdf [538,214 byte]

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