• 기계와재료
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• v.21 no.4
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• pp.30-37
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• 2010

최근 산업의 고도화에 따른 부품 소재의 고성능화에 따라 기존의 고온 세라믹의 한계를 극복하기 위한 노력으로 초고온 세라믹 재료에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 초고온 세라믹은 대부분 붕화물이나 탄화물인 비산화물 세라믹으로 3000도 이상의 녹는점을 갖으며 2000도 부근에서는 사용을 목표로 하고 있다. 이 재료는 다른 세라믹들과 마찬가지로 취성파괴 거동을 나타내며, 이를 보완하기 위한 섬유강화 복합재료화도 활발히 진행되고 있다. 본고에서는 고온용 세라믹 장섬유와 세라믹 복합재료, 그리고 초고온 세라믹의 개발 현황과 산업화 전망을 정리하였다. 또한 초고온 세라믹의 발전 방향을 전망하였으며, 재료연구소에서 수행중인 초고온 세라믹의 연구 활동에 대해 간략히 언급하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.135-135
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• 2016

차세대 가스터빈 엔진 및 초음속 항공기 내 고온부의 온도가 증가함에 따라, 기존의 초내열합금 기반 소재를 사용하기 어려워지고 있다. 초고온 세라믹스는 높은 기계적 물성, 화학적 안정성 등 우수한 고온 특성을 가지고 있어 기존의 초고온 소재를 대체 할 수 있는 물질로 부상되고 있다. 하지만 기존의 금속 기반 소재 대비 높은 밀도로 인하여 초고온 세라믹 단일체를 비행체 부품에 적용하기에는 어려움이 있다. 이에 초고온 세라믹스와 탄소섬유를 포함하는 세라믹 복합체(Ceramic Matrix Composite, CMC)를 제작하여 동등한 기계적 물성을 보이면서 무게를 감소시키는 연구들이 진행 중에 있다. 초고온 세라믹스가 함침 된 세라믹 복합체의 경우 우수한 내삭마, 내산화 특성을 보이지만, 장시간 고온에 노출되어 탄소 섬유가 드러나게 되면 급격한 산화로 인해 소재 특성의 열화가 진행되는 단점을 가지고 있다. 따라서, 탄소 섬유가 드러나지 않도록 복합체 표면에 코팅층을 형성하여 세라믹 복합체 모재를 보호하는 방법이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 진공 플라즈마 용사 공정을 이용하여 다양한 공정조건 하에서 초고온 세라믹 코팅층을 형성하였다. 수십 마이크론 크기 분포를 갖는 HfC 분말을 Ar 유송 가스를 이용하여 플라즈마 화염 내부로 투입하였다. 플라즈마 화염 가스는 Ar 과 H2를 혼합하여 구성되었으며, 분위기 가스로는 N2를 사용하였다. 코팅에 사용된 모재로는 ZrB2 단일체와 SiC가 미량 포함된 HfC 단일체를 사용하였다. 다양한 공정 조건하에서 형성된 HfC 코팅층의 두께, 미세 조직구조를 SEM을 이용하여 관찰하였으며, XRD를 이용하여 형성된 HfC 코팅층의 결정구조를 분석하였다.

• Composites Research
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• v.30 no.2
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• pp.94-101
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• 2017

Ultra-high temperature ceramics (UHTC) such as $ZrB_2$, ZrC, $HfB_2$, HfC and TaC has been recently actively investigated for the application as components such as nose-cone, rocket nozzle and leading edge of hypersonic systems. However, the application has been limited by various reasons. The brittleness of the materials and consequent low thermal shock resistance is one of the reasons. The property can be improved through the fabrication of ceramic matrix composites. In this paper, the concept of UHTC and the fabrication process and testing of UHTC-based ceramic matrix composites (UHTC-CMC) were briefly reviewed. Also, international activities regarding the fabrication of UHTC-CMC were summarized and a UHTC-CMC project, which was performed in Korea, was introduced.

• Composites Research
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• v.35 no.4
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• pp.261-268
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• 2022

Ultra-high temperature ceramics (UHTC) such as ZrB₂, ZrC, HfB₂, HfC and TaC have been recently investigated for the application to hyper-sonic systems such as nose-cone, rocket nozzle and leading edge. In this paper, the recent research results about UHTC have been reviewed. Domestic and international research results about UHTC mainly during the last 5 years were briefly summarized. Also, the results of C³HARME project, which was one of the Horizon 2020 program in EU, to get over the problems of UHTC such as brittleness through the fabrication of ultra-high temperature ceramic matrix composites (UHTCMC) were briefly introduced.

• Ceramist
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• v.4 no.3
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• pp.113-121
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• 2001

• Composites Research
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• v.35 no.3
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• pp.201-215
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• 2022

This paper presents the development of thin and lightweight ultra-high temperature radar-absorbing ceramic composites composed of an aluminosilicate ceramic matrix-based geopolymer reinforced ceramic fiber and sendust magnetic nanoparticles in X-band frequency range (8.2~12.4 GHz). The dielectric properties with regard to complex permittivity of ceramic/sendust-aluminosilicate composites were proportional to the size of sendust magnetic nanoparticle with high magnetic characteristic properties as flake shape and its concentrations in the target frequency range. The characteristic microstructures, element composition, phase identification, and thermal stability were examined by SEM, EDS, VSM and TGA, respectively. The fabricated total thicknesses of the proposed single slab ultra-high temperature radar absorber correspond to 1.585 mm, respectively, exhibiting their excellent EM absorption performance. The behavior of ultra-high temperature EM wave absorption properties was verified to the developed free-space measurement system linked with high temperature furnace for X-band from 25℃ to 1,000℃.

• Ceramist
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• v.4 no.3
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• pp.122-127
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• 2001

나노복합재료는 기계적, 전기적, 전자기적 특성을 향상하거나 새로운 기능을 갖는 신소재를 제조할 수 있는 가능성으로 인하여 많은 주목을 받고 있다. 우수한 특성을 갖는 나노복합재료의 제조에 있어서 주의할 점은, 나노복합재료가 다른 세라믹재료에 비하여 제조공정에 민감하게 영향을 받는다는 것이다. 출발원료, 혼합방법, 건조방법 등의 선택에 따라서 특성이 향상될 수도 있고 역으로 저하될 수도 있다. 이러한 현상은, 초미립자의 비표면적이 크기 때문에 균일한 분산이 어렵고 응집이 발생하기 쉽기 때문이라 생각된다. $Si_3N_4/SiC$ 나노복합재료의 경우는 고온강도와 열피로에 대한 저항성이 획기적으로 향상되어 $1400^{\circ}C$ 이상에서도 사용할 수 있는 초고온재료로로서의 가능성을 갖고 있다. 그러나 이러한 나노복합재료의 실용화를 위해서는 제조공정이 단순하고, 경제성이 있는 신 공정의 개발과 GPS 소결 등에 관하여 보다 많은 연구가 필요하다. 그러나 계속적인 환경오염에 관한 국제적 규제의 강화, 국제 원유가의 상승 등은 열기관의 열효율 향상을 위해서 초고온에서 사용할 수 있는 나노복합재료와 같은 재료를 요구할 것이며, 또한 정보통신산업 발전에 따른 소형화, 고 기능화는 우수한 특성과 새로운 기능을 갖는 나노복합재료의 개발과 실용화를 앞당기는 계기가 될 것으로 생각된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.134-134
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• 2016

CMC(Ceramic Matrix Composites)는 $1500^{\circ}C$ 이상의 고온에서 내열성, 내산화성, 내식성이 우수하여, 초음속 비행체, 가스터빈 엔진 및 원자로용 초고온 부품 등에 수요가 증가하고 있다. 하지만 이러한 특성은 비산소 환경에 국한되는 것으로 약 $400^{\circ}C$ 이상의 산화 분위기에는 탄소섬유가 산화되는 문제로 인하여 적용의 한계를 가지고 있다. 따라서 CMC의 적용범위 확대를 위하여 내산화 코팅으로 CMC의 초고온 산화특성을 개선하는 것이 필수적이며, 장시간 초고온 산화환경 분위기에서 사용되기 위하여 안정적인 코팅기술이 최근 기술개발의 핵심현안으로 부각되고 있다. 본 연구에서는 pack cementation 공정을 이용하여 내산화성이 우수한 SiC 코팅층을 제조하였다. Pack cementation 공정에 사용된 코팅 분말은 57wt.% SiC, 30wt.% Si, 3wt.% B, 10wt.% Al2O3의 비율로 혼합된 것이다. 실험은 3D 직조된 CMC 모재를 혼합분말 내에 침적한 후, Ar 분위기에서 $1600^{\circ}C$, 4~12시간 반응시켜 수 마이크론 두께의 SiC 코팅층을 형성하였다. 더 우수한 산화 특성을 부여하기 위하여 pack 처리된 CMC 표면에 초고온 세라믹인 TaC 소재를 진공플라즈마 코팅 공정으로 적층시켰다. 제조된 코팅층을 SEM, XRD를 이용하여 미세구조 및 결정구조를 분석하였으며, pack cementation에 따른 내산화 특성을 비교 분석하고자 $2000^{\circ}C$에서 산화 실험을 진행하였다. 산화 실험 이후 미세구조 및 결정구조 분석으로 산화거동을 규명하고자 하였다.

• Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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• v.10 no.4
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• pp.125-131
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• 2007

This paper considers the mechanical properties test results of the ceramic fiber reinforced plastic using hyper temperature. These materials were developed to make antenna cover which should not only protect antenna from high temperature and high pressure but also transmit and receive radio frequency for hypersonic missile. So the bending strength tests under the room temperature and the hyper temperature for new materials were done to evaluate of their performances. Also, the conductivity, specific heat, diffusivity and density were tested.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.9 no.4
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• pp.410-414
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• 1996

기존의 초고압 옥외절연물은 세라믹을 소재로한 porcelain이었지만 최근 신소재기술의 발달로 내열성, 내후성, 내트래킹성 등이 우수한 고분자 재료들이 개발됨에 따라 구미 선진국을 중심으로 이들의 전기절연물분야 적용이 크게 증가하고 있다. 인발(pultrusion)공법으로 glass fiber와 수지를 결합시켜 고강도 무결점의 FRP절연봉이나 tube를 만들 수가 있다. 절연물에서 요구되는 구조재로서의 기계적 특성은 FRP복합재료가 충족시킬 수 있는데 이러한 봉을 core재로 하여 절연물의 표면전기특성을 만족하도록 고무로 된 shed를 씌우고 양쪽 끝에 금구류를 부착하여 composite insulator를 만들 수가 있다. composite insulator는 여러개의 shed를 한번에 진공사출하거나 shed를 금형에서 찍어 조립하여 제작할 수가 있는데 지금까지 검토되어 온 어떤 고분자 절연물보다 특성이 우수하고 장점이 많기 때문에 상업적 가치를 인정받고 있다. 본 고에서는 옥외용 절연물의 절연성능과 섬락사고기구를 요약하고 고분자신소재 절연물인 composite insulator의 장점, 국내외 개발현황, 평가방법등을 정리하였다.