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복합소재 영역에서의 탄화규소(SiC) 나노섬유 응용

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작성자 한국화학섬유협회 작성일21-05-14 18:55 조회1,632회

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화섬정보 5. 14

 

탄화규소(SiC) 나노섬유(이하 나노SiC섬유)는 높은 지향성(highly oriented)*을 보유한 단결정(單結晶) 섬유의 일종으로 결정체 구조가 금강석과 비슷하며, 성분이 균일하고 이물질이 적어 전기와 화학물질에 대한 안정성이 우수하며, 높은 용점 및 강도를 보유하여 고온 복합소재의 보강재로 활용할 수 있음.

 

현재 나노SiC섬유의 제조법은 화학 기상 증착법(CVD)*, 탄소열환원법, 열증발법 등이 있으며, 대부분의 생산과정에서 니켈(Ni), 란탄(La), 철(Fe) 등의 금속 촉매제가 사용되고 있음. 탄화규소 섬유 복합소재(이하 SiCf 복합소재)는 탄화규소 섬유, 레이어, 매트릭스 3부분으로 구성된 복합소재로 탄화규소 고유의 내고온성을 보유한 동시에 섬유와의 결합으로 강도가 대폭 증가함. 이에 따라 SiCf 복합소재는 1200 ℃ 이상의 온도에서 성질이 안정적이므로 항공 엔진 분야의 고온 복합소재로 활용이 가능함.

 

그러나 SiCf 복합소재를 장기간 사용하게 되면 매트릭스 부분에 천공과 균열이 발생하는 문제점이 발생하고 있으며, 동 소재를 차세대 엔진의 소재로 사용하기 위해서는 내피로성을 강화하여 제품의 수명을 연장하는 것이 필수적임.

 

내피로성 부문의 해결방안으로 나노SiC섬유를 SiCf 복합소재에 결합한 결과, 장기간의 외부충격으로 인해 발생한 균열이 나노섬유 부분에서 내부로 확대되지 않는다는 사실이 발견되었으며, 균열과 천공이 소재의 표면부분에서 그쳐 복합소재의 내피로성이 대폭 확대됨.

 

이와 같이 나노SiC섬유는 향후 SiCf 복합소재가 내고온성 제품 영역에서 사용이 확대되는데 중요한 역할을 할 것으로 보임.H

 

*지향성: 분자의 체인과 전하 등의 분포가 일정하지 않을 때 외부 전기장 또는 힘의 작용하에 일정한 방향으로 전환되는 성질

*화학 기상 증착법(Chemical Vapour Deposition): 박막 형성 기술의 대표적 방법 중 하나로 가스 반응 및 이온 등을 이용하여 웨이퍼나 기판에 피복하여 증착하는 방법

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(좌) 나노SiC섬유 (우) SiCf 복합소재

자료: 中国复合材料学会

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