복합 재료 보강에 사용되는 실리콘 카바이드 파이버

실리콘 카바이드 섬유는 탄소와 실리콘을 주성분으로 하는 고성능 세라믹 소재의 일종입니다. 형태학적으로 수염과 연속 탄화규소 섬유로 구분되며 고온 산화 저항성, 고경도, 고강도, 높은 열 안정성, 내식성, 저밀도 등의 장점을 가지고 있습니다.

탄소 섬유에 비해 실리콘 카바이드 섬유는 극한 조건에서도 우수한 성능을 유지할 수 있습니다. 우수한 성능으로 인해 항공 우주, 군사 무기 및 장비와 같은 첨단 기술 분야에서 많은 관심을 받고 있으며 일반적으로 고온 내성 소재 및 보강재로 사용됩니다. 또한, 제조 기술의 발달로 탄화규소 섬유의 적용은 첨단 스포츠 장비, 자동차 폐가스 집진 및 기타 민간 산업 측면으로 점차 확대되고 있습니다.

실리콘 카바이드 매트릭스 복합재

과학 기술의 발전과 함께 항공 우주, 군사 무기 및 장비 분야에서 고온 재료의 성능에 대한 더 높은 요구 사항이 제시되었습니다. 고온 재료는 고온 환경에서 고강도, 고탄성, 우수한 내화학성, 내크리프성, 내산화성, 내피로성 및 기타 우수한 특성을 가져야 합니다. 실리콘 카바이드 섬유는 이러한 측면에서 우수한 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 세라믹 및 금속 매트릭스와의 호환성이 우수하여 이러한 분야에서 주목을 받고 있으며 복합 재료를 강화하는 데 사용됩니다.

* 세라믹 매트릭스 복합재

세라믹 매트릭스 복합재는 세라믹 매트릭스에 보강재를 도입하여, 도입된 보강재를 분산상으로, 세라믹 매트릭스를 연속상으로 하여 형성된 복합재를 말합니다. 현재 탄화규소 강화 세라믹 매트릭스 복합재 제조에는 주로 CVD 방법과 활성 탄소 섬유 전환 방법이 사용됩니다.

항공 우주 분야에서 세라믹 매트릭스 복합재는 주로 테일 노즐 부품, 연소실, 애프터버너, 터빈 외륜, 가이드 베인, 로터 블레이드 등을 포함한 엔진 핫 엔드 부품에 사용됩니다. 이러한 부품에는 고성능의 고온 소재가 필요합니다.

* 금속 매트릭스 복합재

금속 매트릭스 복합재는 금속 재료와 비금속 재료의 특성을 모두 가지고 있습니다. 단일 소재에 비해 내마모성, 인성, 열팽창성, 전기 전도성 등 기계적 및 물리적 특성이 우수합니다.

탄화규소 섬유로 강화된 금속 매트릭스 복합재는 비강도, 비강성, 열팽창 계수, 열전도도 및 내마모성 측면에서 더 나은 성능을 가지며 자격을 갖춘 금속 매트릭스 복합재를 쉽게 생산할 수 있습니다. 또한 붕소 섬유에 비해 생산 비용이 저렴하고 항공 우주, 군사 무기 및 장비, 스포츠 장비 및 자동차와 같은 민간 산업에서 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다.

금속 매트릭스 복합재의 일반적인 제조 방법에는 분말 야금, 분무 증착 기술, 주조 방법, 고 에너지 초음파 재결합 방법, 현장 재결합 방법 등이 있으며 분말 야금 방법이 처음 사용되었습니다. 기술 원리와 공정의 차이로 인해 이러한 준비 방법으로 생산 된 복합재의 특성이 다르며 각 방법에는 약간의 결함이 있습니다. 예를 들어, 스프레이 증착 기술은 준비 주기가 짧고 생산 효율이 높지만 고가의 장비, 높은 다공성 및 큰 원료 손실과 같은 단점도 있습니다.

일반적인 실리콘 카바이드 금속 매트릭스 복합재에는 실리콘 카바이드 강화 알루미늄 매트릭스 복합재, 실리콘 카바이드 강화 티타늄 매트릭스 복합재, 실리콘 카바이드 강화 마그네슘 매트릭스 복합재, 실리콘 카바이드 강화 구리 매트릭스 복합재 등이 포함되며 실리콘 카바이드 강화 티타늄 매트릭스와 알루미늄 매트릭스 복합재에 대한 많은 연구가 있습니다.

수십 년간의 연구 개발 끝에 실리콘 카바이드 섬유의 제조 방법과 특성이 크게 개선되었습니다. 그 중 전구체 전환 방법의 제조 기술은 비교적 성숙하고 활성탄 섬유 전환 방법은 실리콘 카바이드 섬유의 산업 생산을 실현하는 중요한 연구 방향입니다. 또한 실리콘 카바이드 섬유 강화 세라믹 매트릭스 및 금속 매트릭스 복합재의 적용은 항공 우주 및 군사 분야에서 민간 산업 분야로 점차 확대되고 있습니다.