KR101623914B1 - Method for fabrication of high density SiCf/SiC composites with homogeneous microstructure - Google Patents

Method for fabrication of high density SiCf/SiC composites with homogeneous microstructure Download PDF

Info

Publication number
KR101623914B1
KR101623914B1 KR1020140073556A KR20140073556A KR101623914B1 KR 101623914 B1 KR101623914 B1 KR 101623914B1 KR 1020140073556 A KR1020140073556 A KR 1020140073556A KR 20140073556 A KR20140073556 A KR 20140073556A KR 101623914 B1 KR101623914 B1 KR 101623914B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon carbide
preform
composite
sic
circumferential surface
Prior art date
Application number
KR1020140073556A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150144873A (en
Inventor
박지연
김원주
김대종
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020140073556A priority Critical patent/KR101623914B1/en
Publication of KR20150144873A publication Critical patent/KR20150144873A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101623914B1 publication Critical patent/KR101623914B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844Coating fibres
    • C04B35/62857Coating fibres with non-oxide ceramics
    • C04B35/6286Carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62897Coatings characterised by their thickness
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32Carbides
    • C23C16/325Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

본 발명은 균일한 미세구조를 가지는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 튜브형태인 탄화규소(SiC) 섬유 프리폼을 준비하는 단계(단계 1); 및 상기 튜브형태인 탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키면서, 프리폼의 외주면 및 내주면으로 원료기체를 공급하여 프리폼 내부에 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키는 단계(단계 2);를 포함하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법은, 미세구조의 균일성이 향상된 고밀도의 복합체를 빠른 시간 내에 제조할 수 있는바, 종래의 제조방법과 비교하여 제조공정에 소비되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 복합체는 가스터빈, 우주항공 및 차세대 원자로의 고강도/고인성 구조 재료로서 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for preparing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite having a uniform microstructure, and more particularly, to a method for manufacturing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite having a uniform microstructure, comprising the steps of: (1) preparing a tubular silicon carbide (SiC) And a step (2) of forming a silicon carbide matrix phase in the preform by supplying the raw material gas to the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the preform while rotating the tubular silicon carbide fiber preform, A process for producing a silicon carbide composite (SiC f / SiC) is provided. The method for producing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite according to the present invention can produce a high-density composite having improved microstructure uniformity in a short period of time. As compared with the conventional manufacturing method, There is an effect that can be saved. In addition, the composites produced in accordance with the present invention can be used as high strength / high toughness structural materials in gas turbines, aerospace and next generation reactors.

Description

균일한 미세구조를 가지는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)의 제조방법{Method for fabrication of high density SiCf/SiC composites with homogeneous microstructure}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide (SiCf / SiC) composite having a uniform microstructure,

본 발명은 균일한 미세구조를 가지는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 회전하는 탄화규소 복합체의 내주면 및 외주면으로 원료기체를 공급하여 프리폼 내부에 탄화규소 기지상을 침착시켜 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite (SiCf / SiC) having a uniform microstructure, more specifically, to a method for producing a silicon carbide fiber- (SiCf / SiC) by depositing a silicon matrix onto a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite (SiCf / SiC).

산업구조의 고도화 및 에너지 효율 향상에 대한 요구로 초고온 등의 극한 환경에서 기능을 발휘하는 소재에 대한 요구가 급증하고 있다. 세라믹스 섬유강화 복합소재는 초고온 등의 극한 환경에서도 고강도, 고인성, 내식성 및 고신뢰도 특성을 유지하는 소재로 자동차용 디젤분진필터, 우주, 항공, 원자력 등의 산업분야에 핵심 소재로 인식되고 있다. 섬유강화 복합소재가 극한 환경에서 우수한 성능을 발휘하기 위해서는 고강도의 내열 세라믹스 섬유가 기본요소가 되며, 이러한 세라믹스 섬유를 원하는 형태로 직조하여 치밀화하는 방법이 필요하다.
With the demand for higher industrial structure and improved energy efficiency, there is a growing demand for materials that function in extreme environments such as ultra-high temperatures. Ceramics fiber reinforced composites are recognized as key materials in industries such as diesel particulate filters for automobiles, space, aviation, and nuclear power, which maintain high strength, high toughness, corrosion resistance and high reliability characteristics even in extreme environments such as ultra-high temperatures. For fiber-reinforced composites to exhibit superior performance in extreme environments, high-strength heat-resistant ceramics fibers become a basic element, and a method of weaving and densifying such ceramics fibers into desired shapes is needed.

한편, 탄화규소 (SiC)는 우수한 열적, 기계적 특성을 보유하는 세라믹 재료로 1891년 E. G. Acheson에 의하여 발견된 이래, 전기화학적인 방법과 기상화학증착법 (CVD) 등을 활용하여 분말로 제조되고 있다.On the other hand, silicon carbide (SiC) is a ceramic material possessing excellent thermal and mechanical properties. Since its discovery by E. G. Acheson in 1891, it has been made into powder using an electrochemical method and a vapor phase chemical vapor deposition (CVD) method.

탄화규소 섬유는 1970년대 중반에 미국의 NASA, Textron 및 Dow Corning 사가 연계하여 Sylamic™ 섬유를 개발하였으며, 일본에서는 Nippon Carbon사가 극저 산소함유 NiCalon™ 섬유를 개발하였으며, Ube사에서는 전구체 고분자의 개질을 통하여 완전결정화 섬유 Tyranno™를 제조하였다. 특히 Tyranno™ 섬유는 C/Si의 화학양론 비가 1.08로서 거의 1 에 가까우며, 무산소 분위기에서 1900 ℃ 까지, 산소 분위기에서는 1000 ℃ 까지 안정성을 보여주어 내열성이 요구되는 우주, 항공, 원자력 등의 산업분야에 적합한 섬유로 알려져 있다.
Silicon carbide fibers were developed by NASA, Textron and Dow Corning in the United States in the mid 1970s to develop Sylamic ™ fibers. In Japan, Nippon Carbon developed ultra low oxygen content NiCalon ™ fibers. Ube modified the precursor polymers A fully crystallized fiber Tyranno ™ was prepared. In particular, Tyranno ™ fiber has a stoichiometric ratio of C / Si of 1.08, which is close to 1, and shows stability in anoxic atmosphere to 1900 ° C and in oxygen atmosphere to 1000 ° C. It is known as a suitable fiber.

다만, 우주, 항공, 원자력 등의 산업분야 분야로의 적용을 위해서는 고밀도 및 높은 기계적 강도가 요구되며, 탄화규소 분말을 이용하여 고밀도 세라믹을 제조하더라도 기계적인 강도 측면에서 취성 파괴를 일으키는 단점이 있다. However, high density and high mechanical strength are required for application to industrial fields such as space, aviation, and nuclear power, and even if high-density ceramics are produced by using silicon carbide powder, there is a disadvantage that brittle fracture occurs in terms of mechanical strength.

이때, 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체 (SiCf/SiC)는 우수한 열적, 기계적 특성으로 인하여 고온 극한 환경에서도 사용이 가능한 장점이 있다. 이에, 우주항공용 고온용 소재 및 가스터빈용 구조재료뿐만 아니라, 우수한 내방사선성 소재로 제4세대 원자로 및 미래형 핵융합로의 구조재료로도 이용될 수 있다.
At this time, the silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite (SiC f / SiC) has an advantage that it can be used in a high temperature and extreme environment due to its excellent thermal and mechanical characteristics. Therefore, it can be used not only as a high temperature material for space use and structural materials for gas turbines, but also as an excellent radiation resistant material as a fourth generation reactor and a structural material of a future fusion reactor.

한편, 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)를 제조하는 방법으로는 화학기상침착법(CVI: chemical vapor infiltration), 고분자 함침 후 열분해법 (PIP: polymer impregnation and pyrolysis), 반응소결법(RS: reaction sintering), NITE법(nano-infiltrated transient eutectoid) 및 이들을 조합한 방법들이 알려져 있으며,As a method for producing silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite (SiC f / SiC), there are chemical vapor infiltration (CVI), polymer impregnation and pyrolysis (PIP), reaction sintering RS: reaction sintering), NITE (nano-infiltrated transient eutectoid), and combinations thereof.

일례로써 대한민국 공개특허 제10-2001-0087910호에서는 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법, 즉 화학기상침착법을 통해 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)를 제조하는 방법이 개시된 바 있다.
For example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2001-0087910 discloses a method for producing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite (SiC f / SiC) through a method of producing a fiber reinforced chemical vapor deposition silicon carbide base matrix composite, that is, Have been disclosed.

이때, 상기의 선행특허에서도 개시된 바 있는 화학기상침착법은 1000 ℃ 내외의 온도에서 기체를 출발물질로 하여 SiC 섬유 사이에 SiC 기지상을 증착시키므로 화학양론비를 가지는 SiC를 쉽게 얻을 수 있는 장점이 있으며, SiC 섬유 사이에 기지상을 채워 넣음에 따라 고온에서 섬유의 손상을 최소화할 수 있으며, 불순물이 최소인 우수한 고온특성을 지닌 복합체를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 고밀도로 SiC 기지상을 증착시키기 위해서는 수십 시간의 가동시간이 필요하며, 잔류기공이 존재할 수 있고, 제조단가가 높다는 단점이 있다. 특히, SiC 기지상의 증착 시 복합체의 표면에 우선적으로 기지상이 증착됨으로써, SiC 섬유 내부로의 원활한 침착이 어렵고, SiC 기지상이 증착되는 대상 부품의 두께가 두꺼울 경우 고밀도의 복합체를 제조하기 어려운 문제가 있다. At this time, the chemical vapor deposition method disclosed in the above-mentioned prior patents is advantageous in that SiC having a stoichiometric ratio can be easily obtained because the SiC matrix is deposited between SiC fibers using gas as a starting material at a temperature of about 1000 캜 , It is possible to minimize the damage of the fiber at a high temperature by filling the matrix phase between the SiC fibers and to produce a composite having a high temperature characteristic with a minimum of impurities. However, in order to deposit a SiC matrix in a high density, it is necessary to operate for several tens of hours, residual pores may be present, and manufacturing cost is high. In particular, there is a problem in that it is difficult to deposit into the SiC fiber by deposition of the matrix on the surface of the composite in the deposition on the SiC substrate, and it is difficult to produce a high-density composite when the thickness of the SiC matrix is large .

따라서, SiC 기지상을 빠른시간 내에 고밀도로 증착시키는 경우, 제품의 특성 향상 및 제조단가의 감소효과를 기대할 수 있는바, 이를 달성할 수 있는 제조공정이 요구되고 있다.
Therefore, when the SiC matrix is deposited at a high density within a short period of time, improvement of the characteristics of the product and reduction of the manufacturing cost can be expected, and a manufacturing process capable of achieving this is required.

이에, 본 발명자들은, 상기와 같이 통상의 화학기상침착에서 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 방법을 연구하던 중, 튜브 형태의 탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키며 프리폼의 내주면 및 외주면으로 원료기체를 공급하여 프리폼 내부에 탄화규소 기지상을 침착시킴으로써, 균일한 미세구조를 갖는 탄화규소 섬유 강화 탄화규소 복합체를 빠른 시간 내에 제조할 수 있는 제조방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention have been studying a method for solving the problems caused by the conventional chemical vapor deposition as described above. The inventors of the present invention have found that, when a tubular silicon carbide fiber preform is rotated and a raw material gas is supplied to the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the preform, A silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite having a uniform microstructure can be produced in a short period of time by depositing a silicon carbide base phase in the interior of the silicon carbide base.

대한민국 공개특허 제10-2001-0087910호Korean Patent Publication No. 10-2001-0087910

본 발명의 목적은 균일한 미세구조를 가지는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체를 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a method for producing a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite having a uniform microstructure and a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite produced thereby.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,

튜브형태인 탄화규소(SiC) 섬유 프리폼을 준비하는 단계(단계 1); 및Preparing a silicon carbide (SiC) fiber preform in the form of a tube (step 1); And

상기 튜브형태인 탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키면서, 프리폼의 외주면 및 내주면으로 원료기체를 공급하여 프리폼 내부에 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키는 단계(단계 2);를 포함하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)의 제조방법을 제공한다.
(Step 2) of forming a silicon carbide matrix phase in the preform by supplying the raw material gas to the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the preform while rotating the tubular silicon carbide fiber preform while rotating the silicon carbide fiber preform; Silicon composite (SiC f / SiC).

또한, 본 발명은 In addition,

튜브형태인 탄화규소(SiC) 섬유 프리폼을 고정하는 홀더(holder);A holder for fixing a silicon carbide (SiC) fiber preform in a tubular form;

상기 홀더에 고정된 탄화규소 섬유 프리폼의 내주면 및 외주면과 일정간격으로 이격되어 구비되며, 상기 탄화규소 섬유 프리폼의 내주면 및 외주면으로 기상의 유기실리콘화합물을 공급하는 원료기체 공급부; 및A raw material gas supply unit which is spaced apart from an inner circumferential surface and an outer circumferential surface of the silicon carbide fiber preform fixed to the holder at a predetermined interval and supplies the gaseous organosilicon compound to the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the silicon carbide fiber preform; And

상기 홀더의 일단부와 연결되어 상기 홀더를 회전시키는 홀더 회전부;를 포함하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조장치를 제공한다.
And a holder rotating part connected to one end of the holder to rotate the holder. The present invention also provides an apparatus for manufacturing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite.

나아가, 본 발명은Further,

제조방법을 통해 제조되는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체를 제공하며,The present invention provides a silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite produced by a manufacturing method,

상기 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체를 포함하는 구조재료, 특히 원자로, 항공우주, 방위산업, 에너지 산업용 고온 구조재료를 제공한다.
Structural materials comprising the silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composites, especially high temperature structural materials for the nuclear reactor, aerospace, defense, and energy industries.

본 발명에 따른 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법은, 미세구조의 균일성이 향상된 고밀도의 복합체를 빠른 시간 내에 제조할 수 있는바, 종래의 제조방법과 비교하여 제조공정에 소비되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 복합체는 가스터빈, 우주항공 및 차세대 원자로의 고강도/고인성 구조 재료로서 사용될 수 있다.
The method for producing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite according to the present invention can produce a high-density composite having improved microstructure uniformity in a short period of time. As compared with the conventional manufacturing method, There is an effect that can be saved. In addition, the composites produced in accordance with the present invention can be used as high strength / high toughness structural materials in gas turbines, aerospace and next generation reactors.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법을 수행할 수 있는 제조장치를 나타낸 개념도이고;
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 복합체의 단면을 나타낸 사진이고,
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 복합체의 압환압축강도를 측정한 그래프이다.
1 is a conceptual view showing a manufacturing apparatus capable of carrying out the manufacturing method according to the present invention;
2 is a photograph showing a cross section of the composite prepared in Example 1 and Comparative Example 1 according to the present invention,
3 is a graph showing the compression compression strength of the composite prepared in Example 1 and Comparative Example 1 according to the present invention.

본 발명은, According to the present invention,

튜브형태인 탄화규소(SiC) 섬유 프리폼을 준비하는 단계(단계 1); 및Preparing a silicon carbide (SiC) fiber preform in the form of a tube (step 1); And

상기 튜브형태인 탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키면서, 프리폼의 외주면 및 내주면으로 원료기체를 공급하여 프리폼 내부에 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키는 단계(단계 2);를 포함하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)의 제조방법을 제공한다.
(Step 2) of forming a silicon carbide matrix phase in the preform by supplying the raw material gas to the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the preform while rotating the tubular silicon carbide fiber preform while rotating the silicon carbide fiber preform; Silicon composite (SiC f / SiC).

이하, 본 발명에 따른 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the method for producing the silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite according to the present invention will be described in detail for each step.

본 발명에 따른 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법에 있어서, 단계 1은 튜브형태인 탄화규소(SiC) 섬유 프리폼을 준비하는 단계이다.In the method for producing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite according to the present invention, step 1 is a step of preparing a silicon carbide (SiC) fiber preform in the form of a tube.

상기 단계 1의 탄화규소 섬유 프리폼은 본 발명에서 제조하고자 하는 복합체의 지지체로써, 상기 탄화규소 섬유 프리폼은 다공성을 나타내어 내부로 탄화규소 기지상을 용이하게 침착시킬 수 있다. The silicon carbide fiber preform of step 1 is a support of the composite to be produced in the present invention. The silicon carbide fiber preform exhibits porosity and can easily deposit the silicon carbide base.

이때, 상기 단계 1의 탄화규소 섬유 프리폼은 탄화규소로 이루어진 섬유를 직접 직조하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 탄화규소 섬유를 필라멘트 권선(filament winding)이나 브레이딩(braiding)하여 제조될 수 있다. 그러나, 상기 탄화규소 섬유 프리폼이 이에 제한되는 것은 아니며, 다공성의 특성을 나타내는 튜브형태의 프리폼을 제조할 수 있는 통상의 방법을 통해 프리폼을 제조할 수 있다.
At this time, the silicon carbide fiber preform of step 1 may be manufactured by directly weaving a fiber made of silicon carbide, preferably by filament winding or braiding silicon carbide fiber. However, the silicon carbide fiber preform is not limited thereto, and the preform can be produced by a conventional method of producing a tube-shaped preform exhibiting porous properties.

한편, 상기 단계 1의 탄화규소 섬유 프리폼은 튜브형태로 준비될 수 있으며, 상기 튜브형태인 탄화규소 섬유 프리폼의 내경은 10 내지 300 mm일 수 있으며, 프리폼의 내경은 그 용도에 따라 적절히 변경될 수 있다.
The silicon carbide fiber preform in step 1 may be prepared in the form of a tube. The inner diameter of the tubular silicon carbide fiber preform may be 10 to 300 mm, and the inner diameter of the preform may be suitably changed have.

본 발명에 따른 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 튜브형태인 탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키면서, 프리폼의 외주면 및 내주면으로 원료기체를 공급하여 프리폼 내부에 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키는 단계이다.In the method of manufacturing the silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite according to the present invention, the raw material gas is supplied to the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the preform while rotating the tubular silicon carbide fiber preform, matrix phase.

상기 단계 2를 통해 탄화규소 기지상을 형성시킴으로써, 밀도 구배가 최소화된 고밀도의 탄화규소 기지상을 제조할 수 있으며 강도가 향상될 수 있다. 또한, 탄화규소 기지(matrix)에 응력이 가해져 균열이 전파될 때, 계면과 섬유가 에너지를 흡수하여 세라믹의 파괴인성을 향상시킬 수 있는바, 종래기술에서의 단미 (monolith) 세라믹의 취성 파괴 결점을 해결할 수 있다.
By forming the silicon carbide base matrix through the step 2, a high density silicon carbide base matrix with a minimized density gradient can be produced and the strength can be improved. Further, when a stress is applied to a silicon carbide matrix and a crack propagates, the interface and the fiber absorb energy and the fracture toughness of the ceramic can be improved. As a result, the brittle fracture defect of the monolith ceramic Can be solved.

한편, 일반적인 화학기상침착 등의 기존 제조방법으로 탄화규소 기지상을 형성시키는 경우, 프리폼 내부로 기지물질이 침착되어 밀도가 높아짐에 따라 원료물질의 공급경로가 차단되어 더 이상의 침착이 수행되지 않는 막힘 현상이 필연적으로 발생하는 문제가 있었다. 또한, 이러한 문제를 방지하기 위하여, 가능한 낮은 온도에서 저농도의 원료물질을 공급하여 화학기상침착을 수행하는 방법이 모색되었으나, 이 경우 수십 시간에 걸쳐서 공정을 수행하여야 하는바, 제조비용 측면에서 큰 손실이 발생하는 문제가 있다. On the other hand, in the case of forming a silicon carbide base matrix by a conventional manufacturing method such as chemical vapor deposition, the supply path of the raw material is blocked as the density of the base material is increased due to deposition of the base material into the preform, There has been a problem that necessarily arises. In order to prevent such a problem, a method of performing chemical vapor deposition by supplying a low-concentration raw material at a low temperature as possible has been sought. However, in this case, the process must be performed over several hours, There is a problem that occurs.

이때, 상기 단계 2에서는 탄화규소 프리폼을 회전하면서 프리폼의 내부에 탄화규소 기지상을 형성시킴으로써, 종래보다 빠른 시간 내에 탄화규소 기지상을 프리폼 표면에 침착시킴으로써, 이러한 비용적인 손실을 방지하고, 복합체의 균일성 향상 및 고밀도의 복합체를 제조할 수 있다.
At this time, in step 2, the silicon carbide preform is rotated to form a silicon carbide base matrix in the interior of the preform, thereby depositing the silicon carbide base matrix onto the surface of the preform in a time faster than in the prior art, thereby preventing such cost loss, Improvement and a high-density composite can be produced.

한편, 상기 단계 2에서 형성시키는 탄화규소 기지상(matrix phase)은 화학기상침착을 통해 프리폼의 내부에 형성될 수 있다. Meanwhile, the silicon carbide matrix phase formed in step 2 may be formed in the interior of the preform through chemical vapor deposition.

한편, 일례로써 상기 화학기상침착은,On the other hand, the chemical vapor deposition, for example,

실리콘 및 탄소를 포함하는 유기실리콘화합물을 프리폼의 외주면 및 내주면 으로 원료기체를 공급하는 단계(단계 a); 및Supplying an organosilicon compound containing silicon and carbon to the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the preform (step a); And

공급된 유기실리콘화합물으로부터 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키는 단계(단계 b);를 포함하는 공정으로 수행될 수 있다.
And forming a silicon carbide matrix phase from the supplied organosilicon compound (step b).

이때, 상기 단계 a에서 원료물질로서 사용되는 유기실리콘화합물은 메틸트리클로로실란(Methyltrichlorosilane), 디메틸트리클로로실란(Dimethyltrichlorosilane), 에틸트리클로로실란(ethyltrichlorosilane)와 같이 실리콘 및 탄소를 포함하는 화합물을 사용할 수 있으나, 상기 원료물질이 이에 제한되는 것은 아니며 화학기상침착을 통해 탄화규소를 형성할 수 있는 적절한 물질을 사용할 수 있다.
At this time, the organosilicon compound used as the raw material in the step a may be a compound containing silicon and carbon such as methyltrichlorosilane, dimethyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, However, the raw materials are not limited thereto, and suitable materials capable of forming silicon carbide through chemical vapor deposition can be used.

또한, 상기 화학기상침착은 900 내지 1600 ℃의 온도, 1 내지 760 torr의 압력 조건 하에서 수행될 수 있다. 만약 상기 화학기상침착이 상기 온도 범위를 벗어난 조건에서 수행되는 경우에는 비화학양론비를 가지는 탄화규소가 형성될 수 있으며, 강도저하 및 고온 특성의 감소를 초래할 수 있는 문제가 있다.The chemical vapor deposition may be performed at a temperature of 900 to 1600 占 폚 and a pressure of 1 to 760 torr. If the chemical vapor deposition is carried out at a temperature outside the above-described range, silicon carbide having a non-stoichiometric ratio may be formed, which may cause a decrease in strength and a decrease in high temperature characteristics.

또한, 압력 범위를 벗어난 조건에서 상기 화학기상침착이 수행되는 경우에도화학정량비가 1인 상을 형성하기 어려운 문제가 있다.
Further, even when the chemical vapor deposition is performed under a condition outside the pressure range, there is a problem that it is difficult to form a phase having a chemical quantitation ratio of 1.

한편, 본 발명의 제조방법을 통해 프리폼을 회전시키면서 화학기상침착을 수행하는 경우에는 공정시간을 단축할 수 있는바, 궁극적으로는 공정비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
On the other hand, in the case of carrying out the chemical vapor deposition while rotating the preform through the manufacturing method of the present invention, the process time can be shortened, and ultimately, the process cost can be remarkably reduced.

본 발명에 따른 상기 단계 2에 있어서, 상기 탄화규소 섬유 프리폼은 0.001 내지 60 rpm의 속도로 회전하는 것이 바람직하다. 만약 상기 탄화규소 섬유 프리폼의 회전속도가 상기 범위를 만족하지 못하는 경우에는 제조되는 복합체의 밀도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
In the step 2 according to the present invention, the silicon carbide fiber preform preferably rotates at a speed of 0.001 to 60 rpm. If the rotational speed of the silicon carbide fiber preform does not satisfy the above range, the density of the composite to be produced may be lowered.

본 발명에 따른 복합체 제조방법은, 상기 단계 2의 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키기 전, 탄화규소 섬유 프리폼의 표면으로 열분해탄소(PyC), 질화보론(BN) 또는 열분해탄소 및 탄화규소를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있으며,The pyrolytic carbon (PyC), the boron nitride (BN) or the pyrolytic carbon and the silicon carbide are added to the surface of the silicon carbide fiber preform before the silicon carbide matrix phase of the step 2 is formed. Coating,

상기 열분해 탄소 및 탄화규소를 순차적으로 반복 코팅하여, 열분해 탄소와 탄화규소가 번갈아 층을 이룬 다층구조층을 코팅할 수 있다.The pyrolytic carbon and the silicon carbide may be sequentially and repeatedly coated to coat the multi-layered structure layer in which the pyrolytic carbon and the silicon carbide are alternately layered.

상기 열분해탄소(PyC), 질화보론(BN), 열분해 탄소와 탄화규소의 코팅층은 최종적으로 제조되는 복합체의 기계적강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.The coating layer of pyrolytic carbon (PyC), boron nitride (BN), pyrolytic carbon and silicon carbide can improve the mechanical strength and toughness of the composite to be finally produced.

이때, 상기 코팅층은 20 내지 1000 nm의 두께로 코팅되는 프리폼 섬유의 표면에 코팅될 수 있다. 만약 상기 코팅층의 두께가 상기 범위 미만인 경우에는 취성파괴가 발생할 수 있고, 상기 두께 범위를 초과하는 경우에는 복합체의 강도가 감소하는 문제가 있다.
At this time, the coating layer may be coated on the surface of the preform fiber coated with a thickness of 20 to 1000 nm. If the thickness of the coating layer is less than the above range, brittle fracture may occur. If the thickness exceeds the above range, the strength of the composite decreases.

또한, 본 발명은In addition,

튜브형태인 탄화규소(SiC) 섬유 프리폼을 고정하는 홀더(holder);A holder for fixing a silicon carbide (SiC) fiber preform in a tubular form;

상기 홀더에 고정된 탄화규소 섬유 프리폼의 내주면 및 외주면과 일정간격으로 이격되어 구비되며, 상기 탄화규소 섬유 프리폼의 내주면 및 외주면으로 기상의 유기실리콘화합물을 공급하는 원료기체 공급부; 및A raw material gas supply unit which is spaced apart from an inner circumferential surface and an outer circumferential surface of the silicon carbide fiber preform fixed to the holder at a predetermined interval and supplies the gaseous organosilicon compound to the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the silicon carbide fiber preform; And

상기 홀더의 일단부와 연결되어 상기 홀더를 회전시키는 홀더 회전부;를 포함하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조장치를 제공한다.
And a holder rotating part connected to one end of the holder to rotate the holder. The present invention also provides an apparatus for manufacturing a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite.

이때, 상기 제조장치를 개략적으로 도시한 그림을 도 1에 나타내었으며, 이하 도면을 참조하여 상기 제조장치를 상세히 설명한다.
1 is a schematic view of the manufacturing apparatus, and the manufacturing apparatus will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시한 바와 같이, 복합체의 지지체로 사용되는 튜브형태의 탄화규소 섬유 프리폼(1)은, 그 일단부가 홀더(2)에 고정된다. 홀더에 고정된 상기 프리폼의 내부에 탄화규소 기지상을 형성시키기 위하여, 상기 프리폼의 내주면 및 외주면과 일정간격으로 이격되어 원료기체 공급부(3, 4)가 구비될 수 있으며, 상기 원료기체 공급부를 통해 기상의 유기실리콘화합물을 상기 프리폼의 내주면 및 외주면을 통하여 프리폼 내부에 침착시킬 수 있다. 또한, 홀더에 고정된 상기 프리폼을 회전시키기 위하여, 상기 홀더의 일단부로는 홀더를 회전시키기 위한 홀더 회전부(5)가 연결될 수 있다. 상기 홀더 회전부를 통해 홀더를 회전시킴으로써, 홀더에 고정된 탄화규소 프리폼이 회전하게 되며, 이를 통해 탄화규소 프리폼을 회전시키면서 탄화규소 기지상을 프리폼 섬유 표면에 형성시킬 수 있다.
As shown in Fig. 1, one end of the tubular silicon carbide fiber preform 1 used as a support of the composite is fixed to the holder 2. Fig. The raw material gas supplying units 3 and 4 may be provided at predetermined intervals from the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the preform so as to form a silicon carbide base matrix in the interior of the preform fixed to the holder, Of the organosilicon compound can be deposited inside the preform through the inner and outer circumferential surfaces of the preform. In order to rotate the preform fixed to the holder, a holder rotation part 5 for rotating the holder may be connected to one end of the holder. By rotating the holder through the holder rotation part, the silicon carbide preform fixed to the holder is rotated, and the silicon carbide base matrix phase can be formed on the surface of the preform fiber while rotating the silicon carbide preform.

이때, 상기 홀더 회전부는 0.001 내지 60 rpm의 속도로 회전하는 것이 바람직하다. 만약 상기 홀더 회전부가 상기 범위를 벗어나는 속도로 회전하는 경우에는, 탄화규소 섬유 프리폼의 회전속도가 너무 느리거나 또는 너무 빠른 이유로 인하여, 제조되는 복합체의 밀도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
At this time, the holder rotation part preferably rotates at a speed of 0.001 to 60 rpm. If the holder rotation part rotates at a speed out of the range, there may occur a problem that the density of the composite to be manufactured is lowered due to the reason that the rotation speed of the silicon carbide fiber preform is too slow or too fast.

나아가, 본 발명은 제조방법을 통해 제조되는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체를 제공하며, Further, the present invention provides a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite produced by a manufacturing method,

상기의 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체를 포함하는 구조재료를 제공한다.
And a structural material comprising the above silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite.

본 발명에 따라 제조되는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체는, 상기한 바와 같이 프리폼을 회전시키면서 탄화규소 기지상을 표면에 침착시켜 제조된 것으로써, 종래의 복합체와 비교하여 제조시간이 단축됨에 따라 상대적으로 공정비용이 저렴하고, 이러한 이유로 시중에 낮은 비용으로 공급될 수 있는 장점이 있다. 또한, 종래의 복합체보다 더욱 고밀도로 제조되어 기계적 강도가 더욱 우수한 장점이 있다.The silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite prepared according to the present invention is manufactured by depositing a silicon carbide base matrix on the surface while rotating the preform as described above. As a result, the production time is shortened as compared with the conventional composite, The process cost is low, and for this reason, there is an advantage that it can be supplied at low cost in the market. In addition, there is an advantage in that the composite is manufactured at a higher density than the conventional composite, and the mechanical strength is further improved.

한편, 원자로 분야, 특히 원자로를 구성하는 구조재료 분야에서는 고온에서의 안정성, 우수한 내방사선성 및 우수한 기계적 강도가 요구된다. 이때, 상기 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체를 포함하는 구조재료는 이와 같이 원자로의 노심 구조재료 분야에서 요구하는 고온 안정성, 우수한 내방사선성 및 우수한 기계적 강도를 모두 만족할 수 있다. On the other hand, stability in high temperature, excellent radiation resistance and excellent mechanical strength are required in the field of nuclear reactors, particularly in the field of structural materials constituting reactors. At this time, the structural material including the silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite can satisfy all of the high temperature stability, excellent radiation resistance and excellent mechanical strength required in the core structural material field of a nuclear reactor.

나아가, 상기 구조재료는 원자로의 노심 구조재료뿐만 아니라, 항공우주산업, 방위산업, 에너지 산업 등에서도 고온 구조재료로써 사용될 수 있다.
Furthermore, the structural material can be used as a high temperature structural material in aerospace, defense, energy industries, etc., as well as core structural materials of nuclear reactors.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. It should be noted, however, that the following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<실시예 1> 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)의 제조 1Example 1 Production of silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite (SiC f / SiC) 1

단계 1 : 탄화규소(SiC) 섬유를 필라멘트 권선(filament winding) 법으로 섬유간 각도가 55도가 되도록 2층으로 권선하여 내경이 10 mm인 튜브형태 탄화규소 섬유 프리폼을 제조하였다.
Step 1: Silicon carbide (SiC) fibers were wound by filament winding in two layers at an interfiber angle of 55 degrees to produce a tubular silicon carbide fiber preform having an inner diameter of 10 mm.

단계 2 : 상기 단계 1에서 제조된 탄화규소 섬유 프리폼의 일단부를 도 1에 도시한 장치의 홀더에 고정시킨 후, 탄화규소 섬유 프리폼을 0.5 rpm의 속도로 회전시키면서 프리폼의 내주면 및 외주면으로 원료기체를 공급하여 프리폼 내부에 탄화규소 기지상을 침착시켰다.Step 2: One end of the silicon carbide fiber preform produced in the step 1 was fixed to a holder of the apparatus shown in Fig. 1, and the silicon carbide fiber preform was rotated at a speed of 0.5 rpm, and the raw material gas was introduced into the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the preform, And the silicon carbide phase was deposited inside the preform.

이때, 상기 탄화규소 기지상은 메틸트리클로로실란(MTS, CH3SiCl3)을 원료물질로 이용하여 1000 ℃의 온도, 10 torr의 압력 조건 하에서 프리폼의 내·외주면으로 각각 2.5시간 동안 공급하여 화학기상침착법을 통해 프리폼의 내부에 침착되었으며, 이를 통해 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)를 제조하였다.
At this time, the silicon carbide matrix phase was supplied to the inner and outer surfaces of the preform for 2.5 hours at a temperature of 1000 ° C and a pressure of 10 torr using methyltrichlorosilane (MTS, CH 3 SiCl 3 ) as a raw material, (SiCf / SiC) composites were prepared by the deposition method.

<실시예 2> 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)의 제조 2Example 2 Production of silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite (SiC f / SiC) 2

상기 실시예 1에 있어서, 단계 2의 탄화규소 기지상을 침착시키기 전, 프리폼의 내주면 및 외주면에 1100 ℃의 온도조건 하에서 열분해탄소 (PyC)를 200 nm의 두께로 형성시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)를 제조하였다.
In Example 1, except that pyrolytic carbon (PyC) was formed to a thickness of 200 nm on the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the preform at a temperature of 1100 캜 before the silicon carbide matrix phase of the step 2 was deposited, 1 to prepare a silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite (SiC f / SiC).

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

상기 실시예 2에 있어서, 단계 2의 탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키지 않고, 내·외주면으로 각각 2.5시간 동안 원료물질을 공급하여 화학기상침착을 수행하여 프리폼의 내부에 탄화규소 기지상을 침착시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)를 제조하였다.
Except that the silicon carbide fiber preform in Step 2 was not rotated and the raw material was supplied to the inner and outer circumferential surfaces for 2.5 hours to perform the chemical vapor deposition to deposit the silicon carbide base phase in the preform , A silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite (SiC f / SiC) was produced in the same manner as in Example 2.

<실험예 1> 복합체의 밀도 측정<Experimental Example 1> Measurement of density of composite

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체들의 밀도를 아르키메데스법을 통해 측정하였다.The density of the silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composites prepared in the above Examples and Comparative Examples was measured by the Archimedes method.

탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키지 않고, 화학기상침착을 수행하여 제조된 비교예 1의 복합체는 밀도가 약 1.78 g/cm3 으로 측정되었다. The composite of Comparative Example 1 prepared by performing the chemical vapor deposition without rotating the silicon carbide fiber preform was measured to have a density of about 1.78 g / cm 3 .

반면, 본 발명에 따른 실시예 2에서 프리폼을 회전시키며 탄화규소 기지상을 침착시키는 경우, 동일조건에서 수행되었음에도 불구하고 회전없이 기지상이 침착된 비교예 1과 비교하여 복합체의 밀도가 약 5 내지 10%이상 향상되는 것을 알 수 있다.
On the other hand, when the preform is rotated and the silicon carbide phase is deposited in the second embodiment according to the present invention, the density of the composite is about 5 to 10% as compared with Comparative Example 1 in which the matrix is deposited without rotation, Or more.

<실험예 2> 복합체의 단면 분석&Lt; Experimental Example 2 >

실시예 2 및 비교예 1의 복합체 단면을 분석하기 위하여, 비파괴 방법인 micro-CT(Computed Tomography)를 이용하여 복합체의 길이 방향으로 절단된 단면을 관찰하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.In order to analyze the cross-section of the composite of Example 2 and Comparative Example 1, cross sections cut in the longitudinal direction of the composite were observed using micro-CT (Computed Tomography), which is a non-destructive method, and the results are shown in FIG.

도 2에 나타낸 바와 같이, 탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키며 기지상을 침착시킨 실시예 2의 복합체는 서로 상반된 위치의 절단면(a와 b면) 모두 균질도가 높은 것을 알 수 있는 반면,As shown in Fig. 2, the composite of Example 2 in which the silicon carbide fiber preform is rotated and the matrix phase is deposited shows that the cut surfaces (a and b sides) at positions opposite to each other have high homogeneity,

비교예 1의 복합체 단면은 프리폼의 회전이 수행되지 않음에 따라, 오랜시간 화학기상침착이 수행되었음에도 불구하고, 상대적으로 단면의 균질도가 떨어지는 것을 알 수 있다. The composite cross section of Comparative Example 1 shows that the homogeneity of the cross section is relatively low despite the fact that the preform is not rotated and the chemical vapor deposition is performed for a long time.

따라서, 상기의 분석결과로부터 본 발명의 제조방법을 통해 균질도가 우수한 고밀도의 복합체를 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
From the above analysis results, it can be seen that a high-density composite having excellent homogeneity can be produced through the production method of the present invention.

<실험예 3> 복합체의 압축강도 분석Experimental Example 3: Compressive Strength Analysis of Composite

실시예 2 및 비교예 1의 복합체가 나타내는 기계적 특성을 분석하기 위하여, 만능시험기를 통해 복합체의 압환압축강도를 분석하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to analyze the mechanical properties of the composite of Example 2 and Comparative Example 1, the compression strength of the composite was analyzed through a universal testing machine, and the results are shown in FIG.

도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 2 및 비교예 1의 복합체 모두 섬유 강화 복합체의 파괴거동을 나타내는 하중-변위 곡선을 나타내었다. 이때, 본 발명의 실시예 2에서 제조된 복합체는 374 MPa의 압환압축강도값을 나타낸 반면, 비교예 1의 복합체는 258 MPa의 압환압축강도값을 나타내었으며, 이로부터 본 발명에 따라 제조되는 복합체는 종래기술에서의 복합체보다 더욱 고강도의 특성을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
As shown in Fig. 3, the composite of Example 2 and Comparative Example 1 showed a load-displacement curve showing the fracture behavior of the fiber-reinforced composite. At this time, the composite prepared in Example 2 of the present invention showed a compression compression strength value of 374 MPa, while the composite of Comparative Example 1 showed a compression compression strength value of 258 MPa, from which the composite prepared according to the present invention Can exhibit a higher strength characteristic than the composite in the prior art.

1 : 탄화규소 프리폼
2 : 홀더(holder)
3, 4 : 원료기체 공급부
5 : 홀더 회전부
1: Silicon carbide preform
2: holder
3, 4: Feed gas supply unit
5:

Claims (13)

튜브형태인 탄화규소(SiC) 섬유 프리폼을 준비하는 단계(단계 1); 및
상기 튜브형태인 탄화규소 섬유 프리폼을 회전시키면서, 프리폼의 외주면 및 내주면으로 원료기체를 공급하여 프리폼 내부에 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키는 단계(단계 2);를 포함하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체(SiCf/SiC)의 제조방법.
Preparing a silicon carbide (SiC) fiber preform in the form of a tube (step 1); And
(Step 2) of forming a silicon carbide matrix phase in the preform by supplying the raw material gas to the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the preform while rotating the tubular silicon carbide fiber preform while rotating the silicon carbide fiber preform; Silicon composite (SiC f / SiC).
제1항에 있어서, 상기 단계 1의 탄화규소 섬유 프리폼은 탄화규소 섬유를 필라멘트 권선(filament winding) 또는 브레이딩(braiding)하여 제조되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
2. The method of claim 1, wherein the silicon carbide fiber preform of step 1 is fabricated by filament winding or braiding silicon carbide fibers.
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 탄화규소 기지상(matrix phase)은 화학기상침착을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
2. The method of claim 1, wherein the silicon carbide matrix phase of step 2 is formed through chemical vapor deposition.
제3항에 있어서, 상기 화학기상침착은,
실리콘 및 탄소를 포함하는 유기실리콘화합물을 프리폼의 외주면 및 내주면 으로 원료기체를 공급하는 단계(단계 a); 및
공급된 유기실리콘화합물으로부터 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키는 단계(단계 b);를 포함하는 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
4. The method of claim 3, wherein the chemical vapor deposition comprises:
Supplying an organosilicon compound containing silicon and carbon to the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the preform (step a); And
And forming a silicon carbide matrix phase from the supplied organosilicon compound (step b). &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제4항에 있어서, 상기 유기실리콘화합물은 메틸트리클로로실란(Methyltrichlorosilane), 디메틸트리클로로실란(Dimethyltrichlorosilane) 및 에틸트리클로로실란(ethyltrichlorosilane)을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
The method of claim 4, wherein the organosilicon compound is at least one selected from the group consisting of methyltrichlorosilane, dimethyltrichlorosilane, and ethyltrichlorosilane. Method of manufacturing fiber reinforced silicon carbide composites.
제3항에 있어서, 상기 화학기상침착은 900 내지 1600 ℃의 온도, 1 내지 760 torr의 압력 조건 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
4. The method of claim 3, wherein the chemical vapor deposition is performed at a temperature of 900 to 1600 DEG C and a pressure of 1 to 760 torr.
제1항에 있어서, 상기 탄화규소 섬유 프리폼은 0.001 내지 60 rpm의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the silicon carbide fiber preform rotates at a speed of 0.001 to 60 rpm.
제1항에 있어서, 상기 제조방법은 단계 2의 탄화규소 기지상(matrix phase)을 형성시키기 전, 탄화규소 섬유 프리폼의 표면으로 열분해탄소(PyC); 질화보론(BN); 또는 열분해탄소 및 탄화규소의 조합;을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the pyrolytic carbon (PyC) is added to the surface of the silicon carbide fiber preform before forming the silicon carbide matrix phase of step 2; Boron nitride (BN); Or a combination of pyrolytic carbon and silicon carbide on the surface of the silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite.
제8항에 있어서, 상기 열분해탄소 및 탄화규소의 조합으로 코팅하는 것은 열분해탄소 및 탄화규소를 순차적으로 반복 코팅하여 열분해 탄소와 탄화규소가 번갈아 층을 이룬 다층구조층를 코팅하는 것임을 특징으로 하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
The method according to claim 8, wherein the coating of the pyrolytic carbon and the silicon carbide is performed by sequentially coating the pyrolytic carbon and the silicon carbide repeatedly to coat the multilayered structure layer in which the pyrolytic carbon and the silicon carbide are alternately layered. Method of manufacturing fiber reinforced silicon carbide composites.
제8항에 있어서, 상기 코팅은 50 내지 1000 nm의 두께로 수행되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조방법.
9. The method of claim 8, wherein the coating is performed at a thickness of 50 to 1000 nm.
튜브형태인 탄화규소(SiC) 섬유 프리폼을 고정하는 홀더(holder);
상기 홀더에 고정된 탄화규소 섬유 프리폼의 내주면 및 외주면과 일정간격으로 이격되어 구비되며, 상기 탄화규소 섬유 프리폼의 내주면 및 외주면으로 기상의 유기실리콘화합물을 공급하는 원료기체 공급부; 및
상기 홀더의 일단부와 연결되어 상기 홀더를 회전시키는 홀더 회전부;를 포함하는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체의 제조장치.
A holder for fixing a silicon carbide (SiC) fiber preform in a tubular form;
A raw material gas supply unit which is spaced apart from an inner circumferential surface and an outer circumferential surface of the silicon carbide fiber preform fixed to the holder at a predetermined interval and supplies the gaseous organosilicon compound to the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the silicon carbide fiber preform; And
And a holder rotating part connected to one end of the holder to rotate the holder.
제1항의 제조방법을 통해 제조되는 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체.
A silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite produced by the manufacturing method of claim 1.
제12항의 탄화규소 섬유강화 탄화규소 복합체를 포함하는 구조재료(Structure Material).A structural material comprising the silicon carbide fiber-reinforced silicon carbide composite of claim 12.
KR1020140073556A 2014-06-17 2014-06-17 Method for fabrication of high density SiCf/SiC composites with homogeneous microstructure KR101623914B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140073556A KR101623914B1 (en) 2014-06-17 2014-06-17 Method for fabrication of high density SiCf/SiC composites with homogeneous microstructure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140073556A KR101623914B1 (en) 2014-06-17 2014-06-17 Method for fabrication of high density SiCf/SiC composites with homogeneous microstructure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150144873A KR20150144873A (en) 2015-12-29
KR101623914B1 true KR101623914B1 (en) 2016-05-25

Family

ID=56114595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140073556A KR101623914B1 (en) 2014-06-17 2014-06-17 Method for fabrication of high density SiCf/SiC composites with homogeneous microstructure

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101623914B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102153918B1 (en) * 2018-10-29 2020-09-09 한국원자력연구원 Method for preparing high density silicon carbide composite by uniform growth of sic nanowire using chemical vapor deposition and silicon carbide composite prepared by the same
CN116462513A (en) * 2023-03-08 2023-07-21 中国航空制造技术研究院 Preparation method of thin-wall plate SiC/SiC composite material component
KR102621975B1 (en) * 2023-06-22 2024-01-10 국방과학연구소 Ceramic composite for Radar absorbing at high temperature and the manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150144873A (en) 2015-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6954685B2 (en) Silicon Carbide Fiber Reinforced Silicon Carbide Composite
JP3143086B2 (en) SiC composite sleeve and method of manufacturing the same
JP6170160B2 (en) CMC parts manufacturing method
EP2639211B1 (en) Sic ceramic material and sic ceramic structure, and production method for same
EP2308811A1 (en) Hybred polymer CVI composites
CN108863418B (en) Long fiber-reinforced silicon carbide member, method for producing same, and nuclear reactor structural member
US20140272373A1 (en) Ceramic matrix composite and method and article of manufacture
US10793478B2 (en) Single phase fiber reinforced ceramic matrix composites
Liang et al. Microstructure and properties of 2D-Cf/SiC composite fabricated by combination of CVI and PIP process with SiC particle as inert fillers
KR101623914B1 (en) Method for fabrication of high density SiCf/SiC composites with homogeneous microstructure
KR20140132705A (en) Part made of cmc
JP6467290B2 (en) Ceramic composite material
JP6862280B2 (en) Method for manufacturing SiC / SiC composite material
KR102153918B1 (en) Method for preparing high density silicon carbide composite by uniform growth of sic nanowire using chemical vapor deposition and silicon carbide composite prepared by the same
JP7011512B2 (en) Method for manufacturing SiC fiber reinforced SiC composite material
Wang et al. Fabrication, microstructures and properties of SiCf/SiC composites prepared with two kinds of SiC fibers as reinforcements
RU2575863C1 (en) Method to manufacture ceramic tube for fuel element shell
JP7085388B2 (en) Method for manufacturing SiC fiber reinforced SiC composite material
JP6719333B2 (en) Long fiber reinforced silicon carbide member and method for producing the same
WO2015016072A1 (en) Ceramic composite material and production method for ceramic composite material
CN113748096A (en) Method for manufacturing CMC component
KR101540306B1 (en) Method for manufacturing SiCf/SiC composites
JP7343360B2 (en) Ceramic composite material and its manufacturing method
JP2017088418A (en) Method for producing SiC fiber-reinforced SiC composite material
Naslain Processing of non-oxide ceramic matrix composites: an overview

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant