KR101322792B1 - 균일한 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄화규소 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ⅰ) 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 인위적으로 조절하는 단계; 및 ⅱ) 상기 폴리카보실란 섬유를 열처리하는 단계를 포함하는 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법을 제공한다. 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 인위적으로 조절한 후 열처리함으로써, 상대적으로 낮은 온도에서 휘발되는 일산화규소 또는 일산화탄소의 양을 최대화하여, 균일한 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 용이하고 효율적으로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 탄화규소 섬유는 기존의 유기 또는 무기 소재가 접근하기 힘든 극한 환경에 이용될 수 있는 소재로서 광범위한 적용 가능성을 가질 수 있다.

Description

균일한 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄화규소 섬유{MANUFACTURING METHOD OF SILICON CARBIDE FIBER HAVING UNIFORM NANOPORE STRUCTURE AND SILICON CARBIDE FIBER THEREBY}
본 발명은 탄화규소 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일한 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄화규소 섬유에 관한 것이다.
탄화규소(silicon carbide, SiC) 섬유는 대표적인 비산화물계 세라믹 소재로 고온에서의 내열성, 내산화성 및 내화학성이 우수하여 고온 고압의 열악한 환경에서 이용될 수 있는 구조재로 그 중요성이 더욱 커지고 있다.
또한, 섬유의 구조나 형상의 차별화를 통해 촉매 및 촉매 지지체, 고온 단열 소재, 디젤 필터 소재 등으로의 응용이 기대된다. 특히, 고온의 극한 환경용 필터 소재, 예를 들어 고온에서의 산성 가스(acidic gas)의 여과 회수 등 기존의 유기 또는 무기 소재가 접근하기 힘든 극한 환경에 이용될 수 있는 소재로 그 가능성이 매우 크다.
일반적으로 탄화규소 섬유는 폴리카보실란(polycarbosilane)을 건식 또는 습식 방사하여 섬유상으로 만든 후, 폴리카보실란 섬유를 불융화 및 고온 열처리함으로써 제조된다.
이러한 섬유화 과정에 따라 섬유 직경, 단면 형태, 섬유 형태를 다양하게 변화시킬 수 있다. 또한, 불융화 및 열처리 공정을 제어함으로써, 탄화규소 섬유의 결정 구조를 비정질, 반결정질 또는 완전결정질 등으로 변화시킬 수도 있다.
그러나, 이러한 구조 내에서 섬유내 기공 구조 및 크기를 탄화규소 섬유의 사용목적 및 대상에 따라 원하는 대로 제어하는 것은 매우 어렵다.
따라서, 탄화규소 섬유를 특히 촉매, 필터 소재 등의 다양한 분야에 적절하게 응용하기 위하여, 섬유내 기공 구조를 균일한 나노다공 구조로 형성할 수 있는 효율적이고 경제적이면서도 용이한 탄화규소 섬유의 제조방법이 요구된다.
본 발명은 극한 환경에서의 촉매, 필터 소재 등의 다양한 분야에 이용될 수 있도록, 사용 목적 및 대상에 따라 기공 구조 및 크기가 제어된 균일한 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 효율적이고 용이하게 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 탄화규소 섬유를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 ⅰ) 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 인위적으로 조절하는 단계; 및 ⅱ) 상기 폴리카보실란 섬유를 열처리하는 단계를 포함하는 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 상기 방법에 의하여 제조된 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 제공한다.
본 발명에 따르면, 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 인위적으로 조절한 후 열처리함으로써, 상대적으로 낮은 온도에서 휘발되는 일산화규소 또는 일산화탄소의 양을 최대화하여, 균일한 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 용이하고 효율적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 사용 목적 및 대상에 따라 탄화규소 섬유가 적합한 기공 구조 및 크기를 갖도록 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 인위적으로 조절함으로써 탄화규소 섬유의 응용 가능성을 최대화할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 제조된 탄화규소 섬유는 기존의 유기 또는 무기 소재가 접근하기 힘든 극한 환경에 이용될 수 있는 소재로서 광범위한 적용 가능성을 가질 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 탄화규소 섬유의 미세구조를 나타내는 사진.
도 2는 실시예 2에서 제조된 탄화규소 섬유의 미세구조를 나타내는 사진.
도 3은 실시예 3에서 제조된 탄화규소 섬유의 미세구조를 나타내는 사진.
도 4는 실시예 4에서 제조된 탄화규소 섬유의 미세구조를 나타내는 사긴.
도 5는 시험예 1에서 측정된 불융화 온도에 따른 중량 증가율(%)을 나타내는 그래프(a), 및 각각 80℃ 및 140℃에서 불융화한 폴리카보실란 섬유의 미세구조를 나타내는 사진(b, c).
도 6은 시험예 2에서 측정된 실시예 1의 불융화 처리된 폴리카보실란 섬유의 XPS 그래프(a) 및 미세구조를 나타내는 사진(b).
도 7은 시험예 2에서 측정된 실시예 4의 불융화 처리된 폴리카보실란 섬유의 XPS 그래프(a) 및 미세구조를 나타내는 사진(b).
이하, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법은 ⅰ) 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 인위적으로 조절하는 단계; 및 ⅱ) 상기 폴리카보실란 섬유를 열처리하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서는, 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 인위적으로 조절함으로써, 후속 열처리시 상대적으로 낮은 온도에서 휘발되는 일산화규소 또는 일산화탄소의 양을 최대화하여, 탄화규소 섬유의 기공 구조를 균일한 나노다공 구조로 형성할 수 있다. 또한, 사용 목적 및 조건 등에 따라 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 적절하게 조절하여, 다양한 기공 구조 및 크기를 갖는 탄화규소 섬유를 제조할 수 있다. 나아가, 이와 같이 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율이 조절된 폴리카보실란을 열처리하는 단계에서 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발량을 최대화함으로써, 최종 생성물인 탄화규소 섬유 내의 기공 구조를 균일한 나노다공 구조로 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 제조하기 위한 출발물질은 폴리카보실란(polycarbosilane, PCS) 섬유이다.
폴리카보실란 섬유는 폴리카보실란을 가열하여 용융시키는 단계; 및 용융된 폴리카보실란을 방사하여 섬유상으로 형성하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 형성될 수 있다.
폴리카보실란은 고분자이므로 분자량에 따라 융점이 달라지므로, 이용된 폴리카보실란에 따라 융점 이상의 온도로 가열함으로써 용융시킬 수 있다. 예를 들어, 분자량이 약 2500~3500 범위인 폴리카보실란을 사용하는 경우, 융점인 약 200~240℃의 온도 범위로 가열함으로써 폴리카보실란을 용융시킬 수 있다.
용융된 폴리카보실란은 예를 들어 노즐을 통하여 방사함으로써 섬유상으로 형성할 수 있다.
폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 인위적으로 조절하는 단계는 폴리카보실란 섬유를 불융화 처리하는 것을 포함할 수 있다. 탄화규소 섬유의 기공 구조를 균일한 나노다공 구조로 형성하기 위해서, 불융화 방법 및 조건을 조절하여, 후속 열처리 단계에서 일산화규소 또는 일산화탄소 등의 휘발량을 최대화할 수 있다.
폴리카보실란 섬유의 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 가교제와 반응시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서는 산소, 할라이드 기체 및 황으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
일 형태에서, 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 공기 중 140~300℃의 온도에서 6~48시간 동안 열처리함으로써 이루어지는 것이 바람직하며, 180~200℃의 온도에서 12~48시간 동안 열처리하는 것을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 온도 범위 미만인 경우에는 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율이 적절하지 않아 최종 생성되는 탄화규소 섬유의 기공 구조를 균일한 나노다공 구조로 형성할 수 없고, 상기 온도 범위를 초과하는 경우에는 후속 열처리 단계에서 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발량이 과대하여 온전한 섬유상을 제조할 수 없으며, 오히려 물성 저하, 공정 복잡성 등의 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 시간 범위 미만인 경우에는 폴리카보실란 섬유의 산소 비율이 지나치게 작아져 후속 열처리 단계에서 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발량이 적어지므로, 기공 크기가 지나치게 적어지고 균일한 나노다공 구조를 형성하기 어려우며, 상기 시간 범위를 초과하는 경우에는 시간 증가에 따른 효과 향상을 기대할 수 없으며, 오히려 물성 저하 등의 문제점이 발생할 수 있다.
다른 형태에서, 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 할라이드 기체와 반응시킴으로써 이루어지는 것이 바람직하다.
할라이드 기체는 불소, 염소, 브롬 및 요오드 기체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 이용할 수 있다.
폴리카보실란 섬유와 할라이드 기체와의 반응은 50~200℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또 다른 형태에서, 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 황과 반응시킴으로써 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 불융화 처리에 의하여 사용 목적 및 대상에 따라 탄화규소 섬유가 적합한 기공 구조 및 크기를 갖도록 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 인위적으로 조절할 수 있다.
다음으로, 실리콘, 탄소 및 산소의 비율이 조절된 폴리카보실란 섬유를 열처리하여 원하는 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 형성한다.
실리콘, 탄소 및 산소의 비율이 조절된 폴리카보실란 섬유를 열처리하는 단계는 상대적으로 낮은 온도에서 휘발되는 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발량을 최대화하여 나노다공 구조의 탄화규소 섬유를 형성하는 것이다. 탄화규소 섬유의 기공 구조를 균일한 나노다공 구조로 형성하기 위해서는 열처리 온도 및 시간을 최적화하여 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발량을 증가시킴으로써 적절한 구조 및 크기의 나노기공을 균일하게 형성하는 것이 중요하다.
이러한 열처리 단계는 1400~1800℃의 온도에서 10분 내지 5시간 동안 이루어지는 것이 탄화규소 섬유 내에 최대한 많은 기공을 균일하게 형성하도록 소결하는 관점에서 바람직하며, 1500~1700℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 이루어지는 것이 더욱 바람직하며, 특히 기공 크기를 50㎚ 이하로 제어하기 위해서는 약 1500℃의 온도에서 30분 내지 1시간 동안 이루어지는 것이 특히 바람직하다.
열처리 단계에서, 상기 온도 범위 미만인 경우에는 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발이 일어나지 않으므로 기공이 형성되지 않아, 결국 탄화규소 섬유의 기공 구조가 균일한 나노다공 구조로 형성되지 못하며, 상기 온도 범위를 초과하는 경우에는 입자간 소결이 진행되어 기공이 오히려 기공이 감소하고 입계가 커져 결정질이 증가하므로 나노다공 구조로 형성되지 않는 문제점이 있다.
또한, 상기 시간 범위 미만인 경우에는 균일한 나노다공 구조를 형성하기에 충분할 정도로 일산화규소 또는 일산화탄소가 휘발되지 못하며, 상기 시간 범위를 초과하는 경우에는 소결에 의한 치밀화가 일어나 기공이 감소하여 나노다공 구조로 형성되지 않는 문제점이 있다.
열처리는 불활성 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 탄화규소 섬유 제조방법에 따르면, 불융화에 의하여 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 적절하게 조절하고, 후속 열처리 단계에서 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발량을 최대화함으로써 최종 생성물인 탄화규소 섬유 내의 기공 구조를 균일한 나노다공 구조로 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 이러한 제조방법에 의하여 제조된 균일한 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 제공한다.
나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 기공은 약 30~100㎚의 크기를 가질 수 있다.
이와 같이 제조된 균일한 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유는 촉매, 필터 소재 등의 다양한 분야, 특히 기존 소재가 적용되기 어려운 극한 환겨에서의 광범위한 분야에 적절하게 응용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1
폴리카보실란(PCS, 분자량 2500~3500)을 200~240℃의 온도로 가열하고, 용융된 상태에서 직경 50㎛의 노즐을 통과하게 하여 폴리카보실란 섬유를 형성하였다.
이어서, 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 조절하기 위하여 폴리카보실란 섬유를 180℃의 온도에서 20시간 동안 공기중에서 열처리하여 불융화하였다. 이와 같이 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율이 인위적으로 조절된 폴리카보실란 섬유를 불활성 분위기에서 1600℃에서 1시간 동안 열처리하여 탄화규소 섬유를 제조하였다. 제조된 탄화규소 섬유의 미세구조 사진을 도 1에 나타낸다. 도 1로부터, 탄화규소 섬유의 기공 구조가 나노다공 구조로 형성되었음을 확인할 수 있다.
실시예 2
폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 조절하기 위하여 폴리카보실란 섬유를 190℃의 온도에서 20시간 동안 공기중에서 열처리하여 불융화한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 탄화규소 섬유를 제조하였다. 제조된 탄화규소 섬유의 미세구조 사진을 도 2에 나타낸다. 도 2로부터, 탄화규소 섬유의 기공 구조가 나노다공 구조로 형성되었음을 확인할 수 있다.
실시예 3
폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 조절하기 위하여 폴리카보실란 섬유를 200℃의 온도에서 20시간 동안 공기중에서 열처리하여 불융화한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 탄화규소 섬유를 제조하였다. 제조된 탄화규소 섬유의 미세구조 사진을 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터, 탄화규소 섬유의 기공 구조가 나노다공 구조로 형성되었음을 확인할 수 있다.
실시예 4
실시예 1과 동일하게 제조된 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 조절하기 위하여 밀폐된 오븐에 넣고, 진공 펌프를 이용하여 진공 상태를 조성한 후에 질소 가스 및 할라이드 기체(I2)를 밀폐된 오븐에 주입한다. 이후, 오븐의 온도를 100℃로 가열하여 할라이드 기체(I2)와 질소 가스의 부피비가 약 10:90이 되도록 조정한 후, 폴리카보실란 섬유와 반응시켜 불융화하였다. 이와 같이 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율이 인위적으로 조절된 폴리카보실란 섬유를 1500℃의 온도에서 1시간 동안 열처리하여 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 제조하였다.
제조된 탄화규소 섬유의 사진을 도 4에 나타낸다. 도 4로부터, 상기 불융화 처리에 의하여 결정질 탄화규소가 과대하게 성장함과 동시에 50㎚의 기공 크기를 갖는 나노다공 구조의 탄화규소 섬유를 확인할 수 있다. 따라서, 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 조절함으로써 다양한 기공 구조의 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유를 제조할 수 있다.
시험예 1
폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 조절하기 위하여 폴리카보실란 섬유를 공기 중에서 각각 80℃, 100℃, 140℃, 180℃, 190℃, 200℃에서 불융화한 후, 불융화 시간(경화 시간)에 따른 중량 증가율(%)을 측정하여, 도 5(a)에 나타낸다. 도 5(b) 및 5(c)는 각각 80℃ 및 140℃에서 불융화한 폴리카보실란 섬유의 미세구조를 나타내는 사진이다.
도 5로부터, 150~220℃, 특히 180~200℃의 온도에서 폴리카보실란 섬유를 불융화시킴으로써 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 적절하게 조절하여, 후속 열처리 공정에서 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발량을 최대화함으로써, 탄화규소 섬유의 기공 구조가 균일한 나노다공 구조로 잘 형성됨을 확인할 수 있다.
시험예 2
실시예 1 및 실시예 4에서 수행된 폴리카보실란 섬유의 불융화 처리에 의하여 불융화된 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 함량을 측정하여 비교하였다.
도 6은 실시예 1의 공기 중에서 불융화 처리된 폴리카보실란 섬유의 XPS 그래프(a) 및 폴리카보실란 섬유의 미세구조를 나타내는 사진(b)이며, 도 7은 실시예 4의 할라이드 기체 중에서 불융화 처리된 폴리카보실란 섬유의 XPS 그래프(a) 및 폴리카보실란 섬유의 미세구조를 나타내는 사진(b)이다.
각 경우 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 함량을 비교하여 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 1 실시예 4
탄소(C) 25.3 46.75
산소(O) 34.6 3.74
실리콘(Si) 40.1 49.51
상기 도 6, 7 및 표 1로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 있어서는 불융화 처리에 의하여 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 적절하게 조절함으로써, 후속 열처리 공정에서 일산화규소 또는 일산화탄소의 휘발량을 최대화함으로써, 탄화규소 섬유의 기공 구조가 균일한 나노다공 구조로 잘 형성됨을 확인할 수 있다. 또한, 불융화 처리 방법 및 조건을 조절함으로써 탄화규소 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소 간의 비율을 조절하여 다양한 기공 구조 및 크기를 갖는 나노다공 구조의 탄화규소 섬유를 제조할 수 있다.
상기 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (14)

  1. ⅰ) 폴리카보실란 섬유의 실리콘, 탄소 및 산소의 비율을 인위적으로 조절하는 단계; 및
    ⅱ) 상기 폴리카보실란 섬유를 열처리하는 단계를 포함하고,
    상기 ⅰ)단계는 폴리카보실란 섬유를 불융화 처리하는 것을 포함하며,
    상기 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 가교제와 반응시키는 것을 포함하는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 공기 중 140~300℃의 온도에서 6~48시간 동안 열처리하는 것을 포함하는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 공기 중 180~200℃의 온도에서 12~48시간 동안 열처리하는 것을 포함하는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 할라이드 기체와 반응시키는 것을 포함하는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반응은 50~200℃의 온도에서 이루어지는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 불융화 처리는 폴리카보실란 섬유를 황과 반응시키는 것을 포함하는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 ⅱ)단계의 열처리는 1400~1800℃의 온도에서 10분 내지 5시간 동안 이루어지는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 ⅱ)단계의 열처리는 1500~1700℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 이루어지는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 ⅱ)단계의 열처리는 불활성 분위기에서 이루어지는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폴리카보실란 섬유는,
    폴리카보실란을 가열하여 용융시키는 단계; 및
    용융된 폴리카보실란을 방사하여 섬유상으로 형성하는 단계를 포함하는
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유.
  12. 제11항에 있어서,
    기공 크기가 30~100㎚인
    나노다공 구조를 갖는 탄화규소 섬유.
  13. 삭제
  14. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210146759A (ko) * 2020-05-27 2021-12-06 (주) 대호아이앤티 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101454338B1 (ko) * 2013-10-18 2014-10-27 한국세라믹기술원 균일한 나노다공성 구조를 갖는 탄화규소 섬유의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020093180A (ko) * 2001-06-07 2002-12-16 주식회사 나노테크닉스 탄화규소 단섬유의 제조방법
JP2007022823A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化珪素系多孔質成形体の製造方法
KR100684648B1 (ko) * 2006-02-03 2007-02-22 요업기술원 폴리카보실란으로부터 반결정형 실리콘 카바이드 섬유를제조하는 방법
KR20080099632A (ko) * 2007-05-10 2008-11-13 요업기술원 기공율이 제어된 탄화규소 마이크로 튜브 제조법 및 그튜브

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020093180A (ko) * 2001-06-07 2002-12-16 주식회사 나노테크닉스 탄화규소 단섬유의 제조방법
JP2007022823A (ja) * 2005-07-13 2007-02-01 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化珪素系多孔質成形体の製造方法
KR100684648B1 (ko) * 2006-02-03 2007-02-22 요업기술원 폴리카보실란으로부터 반결정형 실리콘 카바이드 섬유를제조하는 방법
KR20080099632A (ko) * 2007-05-10 2008-11-13 요업기술원 기공율이 제어된 탄화규소 마이크로 튜브 제조법 및 그튜브

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210146759A (ko) * 2020-05-27 2021-12-06 (주) 대호아이앤티 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체
KR102451432B1 (ko) * 2020-05-27 2022-10-07 (주) 대호아이앤티 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체의 제조방법 및 그에 의해 제조된 실리콘-탄소계 세라믹 섬유 로프형 발열체

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