KR100327822B1 - 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법 - Google Patents

섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 섬유강화 탄화규소 기지 복합체 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조 방법은 섬유 보강재위에 화학기상증착법으로 열분해 탄소를 중간층으로 하는 공정과, 상기 중간층위에 화학기상침착법으로 베타 탄화규소 휘스커를 형성하는 공정과, 화학기상침착법으로 베타 탄화규소 기지를 형성하는 공정으로 이루워진다. 상기의 화학기상침착법으로 형성된 베타 탄화규소 휘스커는 침착전에 섬유 프리폼이 가지고 있는 기공의 크기 및 부피 분율을 감소시키며, 베타 탄화규소 기지의 성장에 필요한 구조적 골격을 형성하여 반응 기체의 침착에 따른 베타 탄화규소 기지의 균일한 침착을 용이하게 만들어 준다. 그러므로, 종래의 베타 탄화규소 기지만을 형성하는 단일공정보다 베타 탄화규소 휘스커를 형성한 후에 베타 탄화규소 기지를 형성하는 연속공정을 통해 보다 더 낮은 기공율과 높은 밀도의 섬유강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법{Method of fabricating high density fiber reinforced SiC matrix composite by Chemical vapor infiltration process}
본 발명은 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 복합체의 기공율 및 기공 크기를 감소시키며, 밀도를 증진시킬 수 있는 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체를 제조할 경우, 섬유 보강재가 가혹한 공정조건으로 인해서 기계적, 열적, 화학적으로 손상되어 그 특성과 기능이 상실되기 쉽다. 이런 섬유 보강재의 손상을 피하기 위해 섬유 프리폼(preform) 내에 반응 가스를 침착(infiltration)시켜 기지를 형성시키는 화학기상침착법(Chemical Vapor Infiltration) 방법이 널리 사용되고 있다.
상기 화학기상 침착법에는 등온·등압 화학기상침착법(ICVI), 온도구배 화학기상침착법(TGCVI), 압력구배 화학기상침착법(PGCVI), 온도 및 압력 구배 화학기상침착법(PTGCVI), 펄스 화학기상침착법(Pulsed flow CVI)등이 있다. 이중에서, 등온·등압 화학기상침착법은 한 반응로내에서 복잡한 형상의 제품을 여러 종류로 대량 생산할 수 있기 때문에 상업적으로 널리 이용되고 있다. 그러나, 종래의 제조 방법은 도 1의 (가)에 도시한 바와 같이 탄화규소(SiC)의 화학기상침착에 의한 화학적 손상을 방지하기 위해 섬유 보강재(20)에 탄화수소(hydrocarbon) 가스를 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 열분해 탄소(Pyrolytic carbon)를 코팅(22)한 후, 도 1의 (나)에 도시한 바와 같이, 등온·등압 화학증착침착법을 이용하여, 탄화규소 기지(24)를 형성하게 되면, 프리폼 표면이 먼저 막혀 프리폼 내부에 기지물질의 침착이 되지 않아, 내부에 커다란 기공들이 존재하여, 밀도의 저하를 가져왔다. 따라서, 막힌 기공을 열어주기 위해 표면연마 등의 방법을 사용함으로써 공정횟수의 증가와 공정시간의 증가를 가져오게 되는 등 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 기존의 등온·등압 화학기상침착법에서 발생하는 높은 기공율과 그로 인한 낮은 밀도를 해결하여 낮은 기공율과 높은 밀도를 가지는 탄소 섬유 탄화규소 기지 복합체를 제조하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 섬유 보강재위에 화학기상증착법을 이용하여 열분해 탄소의 중간층을 형성하는 공정과, 상기 중간층 위에 화학기상침착법을 이용하여 베타 탄화규소 휘스커를 형성하는 공정과, 연속 공정으로 화학기상침착법을 이용하여 베타 탄화규소 기지를 형성하는 공정을 포함하여 구성하는 것을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조방법을 도시한 단면도
도 2는 본 발명에 의한 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조방법을 도시한 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 섬유 보강재
(2) : 열분해 탄소 코팅층
(3) : 베타 탄화규소 휘스커
(4) : 탄화 규소 기지
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조방법을 도시한 단면도이다.
섬유 보강재(1)위에 화학기상증착법을 이용하여 열분해 탄소 코팅층(2)인 중간층을 형성하는 공정과, 상기 중간층 위에 화학기상침착법을 이용하여 베타 탄화규소 휘스커(3)를 형성하는 공정과, 연속 공정으로 화학기상침착법을 이용하여 베타 탄화규소 기지(4)를 형성하는 공정을 포함하는 것으로 구성되어진 것이다.
본 발명의 작용은 다음과 같다.
종래의 등온·등압 화학기상침착법을 이용하여 생기는 내부의 높은 기공율을 낮추기 위해, 베타(β)-탄화규소 휘스커(whisker)를 침착시킨 후, 연속 공정으로 베타 탄화규소 기지를 침착시켜 기공율을 낮추고, 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 섬유 강화 탄화규소 기지 복합체 제조 방법은, 도 2에 도시한 바와 같다.
도 2의 (가)도에서 섬유 보강재(1)가 탄화규소의 화학기상침착에 의한 화학적 손상을 방지하기 위해 섬유 보강재에 탄화수소 (hydrocarbon)가스를 이용하여 화학기상증착법으로 열분해 탄소를 코팅층(2)인 것을 중간층으로 한다.
상기 중간층의 두께는 0.1∼1㎛인 열분해 탄소이다.
다음으로 (나)도에서 화학기상침착법으로 베타 탄화규소 휘스커(3)를 성장시킨다. 이러한 탄화규소 휘스커(3) 침착은 침착전에 섬유 프리폼이 가지고 있는 기공의 부피 분율 및 기공 크기를 감소시키며, 베타 탄화규소 기지(4)의 성장에 필요한 구조적 골격을 형성하여 반응 기체의 침착에 따른 베타 탄화규소 기지(4)의 균일 침착을 용이하게 만들어 준다.
마지막으로, (다)도는 (나)도의 연속공정으로 화학기상침착법으로 베타 탄화규소 기지(4)를 성장시켜 종래의 베타 탄화규소 기지(4)만을 형성하는 단일공정보다 베타 탄화규소 휘스커(3)를 형성한 후에 베타 탄화규소 기지를 형성하는 연속공정을 통해 보다 더 낮은 기공율과 높은 밀도의 섬유강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체를 제조할 수 있는 것이다.
상기 화학기상침착법은 소스로서 메틸트리클로로실렌(CH3SiCl3, MTS)이며, 수소가스를 운반기체로 하며, 수소, 질소 또는 알곤 가스 희석기체로 한다. 1000℃∼1400℃의 침착온도와 5torr∼100torr의 진공조건을 만족해야 한다.
(변형예, 응용예 및 법적 해석)
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
그러므로 본 발명은 탄화규소 휘스커를 이용하여 복합체의 밀도를 증진시킬 수 있으며, 기공율을 낮출 수 있는 효과가 있으며 표면 연마 등의 공정이 필요치않으므로 공정시간의 단축 및 공정 비용의 절감을 가져오는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (5)

  1. 섬유 보강재(1)위에 화학기상증착법을 이용하여 열분해 탄소 코팅층(2)인 중간층을 형성하는 공정과, 상기 중간층 위에 화학기상침착법을 이용하여 베타 탄화규소 휘스커(3)를 형성하는 공정과, 연속 공정으로 화학기상침착법을 이용하여 베타 탄화규소 기지(4)를 형성하는 공정을 포함하는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서;
    열분해 탄소 코팅층(2)인 중간층의 두께는 0.1∼1㎛인 열분해 탄소인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서;
    화학기상침착법으로 베타 탄화규소 휘스커(3)를 성장시키되, 상기 탄화규소 휘스커(3) 침착은 침착전에 섬유 프리폼이 가지고 있는 기공의 부피 분율 및 기공 크기를 감소시키는 것과, 베타 탄화규소 기지(4)의 성장에 필요한 구조적 골격을 형성하여 반응 기체의 침착에 따른 베타 탄화규소 기지(4)의 균일 침착을 용이하게만들어 주도록 구성되어진 것을 특징으로 하는 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서;
    화학기상침착법은 소스로서 메틸트리클로로실렌(CH3SiCl3, MTS)이며, 수소가스를 운반기체로 하며, 수소, 질소 또는 알곤 가스 희석기체로 하는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서;
    화학기상침착법은 1000℃∼1400℃의 침착온도와 5torr∼100torr의 진공조건을 만족시키는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 섬유 강화 화학기상침착 탄화규소 기지 복합체의 제조 방법.
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