KR101331403B1 - 그라파이트 상에 실리콘카바이드를 코팅하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그라파이트 상에 실리콘카바이드를 코팅하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 그라파이트 표면에 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리페닐카보실란 용액을 코팅하는 공정을 포함하는 실리콘카바이드 코팅 형성방법을 제공한다. 본 발명에 따라 제조된 실리콘카바이드가 코팅된 그라파이트는 결정성이 높고 균열이 없이 코팅되어 내산화성이 증진되어 800℃ 이상의 고온에서 공기 등의 산화 분위기에 노출되는 부품에 사용이 가능하다.
Description
본 발명은 그라파이트 상에 실리콘카바이드를 코팅하는 방법에 관한 것이다.
그라파이트 재료는 비강도가 높고, 열 충격과 부식에 대단히 강하며 높은 열전도율과 전기전도율을 갖춘 소재로 가공이 용이하여 반도체, 태양전지 산업에 열처리 지그(JIG), 발열체, 단열재 등 부품으로 사용량이 증가하고 있는 추세이다.
그러나 그라파이트 재료는 400℃ 이상의 온도에서 산화가 진행되어 물리적 특성이 급격히 감소하는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 그라파이트의 산화방지 처리방법이 여러 가지로 검토되고 있다.
그라파이트의 산화방지를 위한 코팅방법으로는 화학기상증착공정(CVD)을 이용한 실리콘카바이드(SiC), 질화규소(Si3N4), 뮬라이트(Mullite) 등의 코팅 및 플라즈마 용사를 통한 마그네시아(MgO), 알루미나(Al2O3) 및 산화크롬(Cr2O3) 등의 코팅이 활발히 진행되고 있다.
그러나 상기 플라즈마 용사(Plasma spraying)에 의한 코팅 방법은 재료와의 접착이 불량하여 박리가 일어나기 쉬우므로 코팅층을 두껍게 하지 않으면 안되는 단점이 있다.
한편, 실리콘카바이드가 피복된 그라파이트 표면은 실리콘과 카바이드로 강한 공유 결합을 하고 있으므로 2000℃ 이상의 온도에서도 물리적 성질이나 화학적 성분상의 변화가 없는 성분으로 기존 그라파이트에 비하여 강도, 경도, 내마모성, 내산화성이 우수하여 주된 코팅재료로 사용되고 있다.
일반적으로 실리콘카바이드를 그라파이트 표면에 코팅하는 방법으로는 유기 규소 화합물을 이용한 화학증착법 또는 용융 규소나 규소 가스의 침투를 이용한 방법 및 일산화규소(SiO2) 가스에 의한 기체-고체 반응 방법 등이 있다.
화학증착법으로 실리콘카바이드를 코팅하는 경우 메틸트리클로로실란(Methyltrichrolosilane: MTS)이 주로 전구체로 사용되고 있는데, 이 때 메틸트리클로로실란 전구체에서 염소성분을 제거하기 위하여 수소가스를 함께 흘려보내는 공정으로 인하여 고온에서 수소가스 사용시 화재 발생 등의 위험요소를 가지고 있으며 또한 부산물로 나오는 염산(HCl)가스의 부식성 때문에 장비의 부식 및 최종제품에 염소오염문제 등의 이유로 취급의 어려움이 많이 따른다.
SiC는 이러한 내산화성 특성을 만족시켜 줄 만한 소재 중의 하나이지만, 비산화물 세라믹으로 용사코팅 등으로 코팅이 불가능하며 함침, 스핀 코팅에 적합한 전구체 물질이 알려지지 않았으므로 그 뛰어난 특성을 알고 있으면서도 지금까지 사용이 제한되어 왔었다. 프리세라믹 폴리머 중 폴리카보실란은 염소를 함유하지 않는 환경 친화형 SiC 전구체로서 이를 불활성 분위기 하에서 600 내지 800℃로 열처리 할 경우 SiC로의 전환이 이루어지고, 또한 상온에서 용재에 녹였을 경우 액상상태로의 존재가 가능하므로 액상을 함침, 스핀방법을 이용하여 그라파이트에 코팅, 열처리하는 경우 내화학성 및 내마모성이 뛰어난 실리콘카바이드가 코팅된 그라파이트 형성이 가능하다.
국내 공개특허번호 제10-2009-0036180호에서는 이와 같은 폴리페닐카보실란 용액을 이용하여 그라파이트 표면에 코팅 후 열처리하여 그라파이트 내산화성을 증진시키는 내용이 기술되어 있다. 그러나 폴리페닐카보실란은 유무기 전환과정을 거쳐 세라믹으로 전환되는 과정에서 수율이 60% 정도 이하이므로 1200℃ 이상에서 열처리하는 경우 부피감소에 따른 균열을 피할 수 없게 된다. 코팅층에 균열이 있는 경우 내산화성이 장시간 유지되기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 그라파이트 표면에 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리페닐카보실란 용액을 코팅하는 공정을 포함하는 실리콘카바이드 코팅 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전하고 효과적인 방법을 통하여 그라파이트 표면에 결정성이 우수하고 균열이 없는 실리콘카바이드를 코팅하는 방법을 제공하고, 결정성이 우수한 실리콘카바이드로 코팅된 그라파이트는 균열이 없이 코팅되어 내산화성이 증진되어 800℃ 이상의 고온에서 공기 등 산화 분위기에 노출 되는 소재로 사용이 가능한 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리카보실란 용액을 제조하는 단계(S1); 상기 폴리카보실란 용액을 그라파이트 표면에 코팅하여 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 단계(S2); 상기 코팅된 그라파이트를 열경화하는 불용화 단계(S3); 및 상기 열경화한 그라파이트를 열처리하는 소성 단계(S4);를 포함하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 실리콘카바이드 나노분말은 입도가 100 내지 500㎚인 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 상기 폴리카보실란 용액은 실리콘카바이드 나노분말을 5 내지 20중량%로 포함하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 폴리카보실란 용액은 폴리카보실란을 10 내지 30중량%로 포함하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 폴리카보실란은 중량평균분자량이 2000 내지 6000인 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 실리콘카바이드 코팅층은 1 내지 100㎛인 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 S1 단계에서 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리카보실란 용액은 폴리카보실란을 용매에 녹인 용액에 실리콘카바이드 나노분말을 분산시켜 제조되는 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 S3 단계에서 불용화 공정은 200 내지 400℃에서 10분 내지 1시간 동안 실시하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 S4 단계에서 소성 공정은 1100 내지 1500℃에서 30분 내지 3시간 동안 실시하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 S4 단계에서 소성 공정은 불활성 가스 또는 진공 분위기에서 실시하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법이다.
본 발명에 따른 그라파이트 상에 실리콘카바이드를 코팅하는 방법은 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리카보실란 용액을 그라파이트 표면에 코팅하여 그라파이트 표면에 결정성이 우수하고 균열이 없이 실리콘카바이드를 코팅할 수 있으며, 이러한 방법으로 제조된 결정성이 우수한 실리콘카바이드로 코팅된 그라파이트는 내산화성이 증진되어 800℃ 이상의 고온에서 공기 등 산화 분위기에 노출 되는 소재로 사용이 가능한 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리페닐카보실란의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트 상에 코팅된 실리콘카바이드를 X-ray 회절분석기로 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트의 표면을 500배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트의 단면을 10,000배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 그라파이트의 표면을 500배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 그라파이트의 단면을 5,000배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트 상에 코팅된 실리콘카바이드를 X-ray 회절분석기로 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트의 표면을 500배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트의 단면을 10,000배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 그라파이트의 표면을 500배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 그라파이트의 단면을 5,000배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다.
본 발명의 일 구현예는 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리카보실란 용액을 제조하는 단계(S1); 상기 폴리카보실란 용액을 그라파이트 표면에 코팅하여 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 단계(S2); 상기 코팅된 그라파이트를 열경화하는 불용화 단계(S3); 및 상기 열경화한 그라파이트를 열처리하는 소성 단계(S4);를 포함하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법을 제공하는 것이다.
먼저, 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리카보실란 용액을 제조한다(S1).
상기 실리콘카바이드 나노분말은 입도가 100 내지 500㎚인 것이 바람직하다. 상기 실리콘카바이드 나노분말의 입도가 상기 범위 내에 있는 경우 세라믹 충진율을 높여 균열이 없는 실리콘카바이드 코팅층을 얻을 수 있는 장점을 가진다. 실리콘카바이드 나노분말은 입도가 100㎚ 보다 작은 경우는 세라믹 충진율이 낮고 500㎚보다 큰 경우는 폴리카보실란 용액에 분산이 안되고 빠르게 침강되어 균일한 실리콘카바이드 코팅층을 얻을 수 없는 단점이 있다.
상기 폴리카보실란 용액은 실리콘카바이드 나노분말을 5 내지 20중량%로 포함할 수 있다. 상기 실리콘카바이드 나노분말의 중량이 5중량% 보다 작은 경우는 세라믹 충진율이 낮고 20 중량% 보다 큰 경우는 폴리카보실란 용액에 분산이 안되고 빠르게 침강되어 균일한 코팅층을 얻을 수 없는 단점이 있다.
본 발명에서는 상술한 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리카보실란 용액을 그라파이트 표면에 코팅하여 1000℃ 이상으로 열처리를 하여도 균열이 발생하지 않으며 결정성을 가져, 내산화성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 실리콘카바이드가 피복된 그라파이트는 피복이 안 된 그라파이트에 비하여 강도, 경도, 내마모성 및 내산화성이 우수하여 유용한 부품으로 사용되고 있다. 이러한 실리콘카바이드가 피복된 그라파이트를 제조하기 위하여 그라파이트 상에 실리콘카바이드를 피복하기 위한 방법으로는 일반적으로 실리콘카바이드의 전구체인 폴리카보실란을 용액상태로 제조하여 그라파이트를 폴리카보실란 용액에 함침시키거나 스핀방법으로 그라파이트 상에 폴리카보실란 용액을 코팅한 후 열처리하여 제조할 수 있다.
상기 그라파이트 상에 코팅된 폴리카보실란을 실리콘카바이드로 전환하기 위해서는 고온에서 열처리 공정을 실시해야 하는데, 이러한 열처리 공정을 실시하는 경우 폴리카보실란의 부피가 감소되어 균열이 발생되어 내산화성이 저하된다. 열처리 공정에 의한 균열을 막기 위하여 온도를 1000℃ 정도로 낮추어 실시하면 폴리카보실란가 실리콘카바이드로 전환되기는 하나, 실리콘카바이드의 결정성이 떨어져 비정질 코팅층이 형성되어 내산화성이 낮아지는 문제가 있다.
본 발명에서는 실리콘카바이드 나노분말을 포함한 폴리카보실란 용액을 그라파이트 상에 코팅하여 세라믹 수율을 증진시킴으로 인하여 1100℃ 이상의 고온에서도 열처리 공정을 실시하여도 균열이 발생하지 않고, 내산화성을 현저하게 향상시킬 수 있는 것이다.
상기 폴리카보실란 용액은 폴리카보실란을 10 내지 30중량%로 포함할 수 있다. 상기 폴리카보실란의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 코팅공정의 횟수를 줄일 수 있고, 실리콘카바이드 코팅층의 균열(crack)을 방지하는 효과가 있다.
상기 폴리카보실란으로는 폴리메틸카보실란, 폴리메틸페닐카보실란, 폴리페닐카보실란 및 폴리비닐카보실란으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 들 수 있으며, 전구체를 용이하게 제조할 수 있다는 점에서 폴리페닐카보실란을 사용하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리페닐카보실란의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 도 1에서 보는 바와 같이 상기 폴리페닐카보실란은 실리콘이 메틸렌에 의하여 연결되어 있고 말단에는 열적 안정성이 우수한 페닐기를 가지고 있어 400℃까지 열적으로 안정하며 물리적 성질이나 화학적 성분상의 변화가 없으며 핵산, 싸이클로 핵산, 톨루엔, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 클로로포름 등의 유기용매에 잘 녹아 고분자 함침 및 열분해 재료로 사용이 가능하다.
상기 폴리페닐카보실란의 전구체로는 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들면, 페닐트리클로로실란, 디페닐디클로로실란, 폴리디메틸실란, 폴리메틸페닐실란 등을 이용하여 제조할 수 있다. 이들 중 바람직하게는 폴리메틸페닐실란을 이용하여 제조할 수 있으며 이에 의한 폴리페닐카보실란의 제조방법은 본 발명이 속한 분야에서 널리 알려진 방법 중 임의로 선택하여 실시할 수 있으며, 한국특허 제10-2006-17755호를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 질소 등의 불활성 분위기하에서, 페닐메틸디클로로실란을 알칼리 금속, 바람직하게는 나트륨 금속으로 축합 반응시켜 폴리메틸페닐실란을 제조한다.
구체적으로는, 불활성 분위기하에서 크실렌(Xylene), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF), 톨루엔(Toluene) 등의 용매에 나트륨 금속을 잘게 썰어 넣은 후 가열 교반하여 나트륨 금속을 완전히 분산시키고, 여기에 페닐메틸디클로로실란을 주입 후 가열하여 중합체를 형성한 다음 잔여 금속 나트륨 및 용매를 제거함으로써 제조할 수 있다.
제조한 폴리메틸페닐실란을 고온 가압반응기를 이용하여 폴리페닐카보실란으로 전환할 수 있다. 전환 반응온도는 300 내지 350℃가 바람직하며 400 내지 450℃에서 중합함으로써 코팅에 적합한 분자량을 갖는 폴리페닐카보실란을 제조할 수 있다.
상기 폴리카보실란은 중량평균분자량이 2000 내지 6000인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2500 내지 4000을 가지는 것이 좋다. 상기 폴리카보실란의 분자량이 클수록 세라믹 수율이 높아져 열처리 후 두꺼운 실리콘카바이드 코팅층을 얻을 수 있으나 중량평균분자량이 6000을 초과하면 폴리카보실란이 분자량이 너무 커 유기용매에 대한 용해도가 떨어지게 되어 핵산 등의 유기용매에 완전히 용해되지 않는 문제가 있다. 상기 폴리카보실란의 분자량이 2000 미만인 경우는 실리콘카바이드 코팅층의 두께가 얇아 산화방지 효과를 얻기 힘들다.
상기 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리카보실란 용액은 폴리카보실란을 용매에 녹인 용액에 상술한 실리콘카바이드 나노분말을 분산시켜 제조될 수 있다.
상기 용매로는 유기용매로서 특별히 한정되지는 않으며 핵산, 싸이클로핵산, 테트라하이드로퓨란, 벤젠 등을 들 수 있다.
이어서, 상기 폴리카보실란 용액을 그라파이트 표면에 코팅하여 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 단계를 실시한다(S2).
상기 코팅공정은 통상적으로 본 발명이 속한 분야에서 널리 알려진 방법으로 채택하여 실시할 수 있으며, 일례로 함침법, 스프레이 코팅법, 스핀코팅법 등을 들 수 있다.
이때, 코팅공정을 실시한 후 건조공정을 더 실시할 수 있다. 상기 건조공정은 본 발명이 속한 분야에서 널리 알려진 방법으로 채택하여 실시할 수 있으며, 구체적으로 상온 내지 60℃에서 1 시간 내지 12시간 동안 실시하는 것이 용매를 완전히 제거 할 수 있다는 점에서 바람직하다.
상기 실리콘카바이드 코팅층은 1 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 상기 실리콘카바이드 코팅층의 두께가 상기 범위 내에 있는 경우 부착력이 우수하고 내산화성이 우수하다는 장점이 있다.
이어서, 상기 코팅된 그라파이트를 열경화하는 불용화 단계를 실시한다(S3).
상기 불용화 공정은 200 내지 400℃, 바람직하게는 250 내지 300℃에서 10분 내지 1시간 동안 실시할 수 있다.
이때 불용화 단계는 공기 중에서 이루어지는 것이 산소와 반응이 용이하여 Si-O-Si 결합 형성에 의해 불용화 가능하다는 면에서 바람직하다.
상기 온도 범위가 상기 범위 내에 있는 경우 폴리카보실란 경화가 가능한 최소한 온도라는 장점을 가지며, 상기 열경화를 상기 시간의 범위 내에서 실시하는 경우 폴리카보실란 경화가 가능한 최소한 시간이라는 장점이 있다. 특히, 상기 실리콘카아바이드 나노분말을 함유하는 폴리카보실란의 경화거동을 온도에 따라 검토해본 결과 열경화시키는 온도가 상기 범위 내에 있는 경우 표면이 딱딱해지면서 더 이상 유기용매에 용해되지 않아 경화가 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
상기 열경화한 그라파이트를 열처리하는 소성 단계를 실시한다(S4).
상기 소성 공정은 1100 내지 1500℃에서 30분 내지 3시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 상기 소성 단계는 유무기전환단계 역할을 하는 것으로 상기 온도 및 시간의 공정조건으로 실시하는 경우 최소한으로 열처리 조건으로 결정질 실리콘카바이드로 전환하는 장점이 있다. 특히, 열분석 장치 및 X-ray 회절분석기로 폴리카보실란의 거동을 살펴본 결과 상기 온도 범위인 1100 내지 1500℃, 바람직하게는 600 내지 800℃에서 유무기 전환이 일어나며 1200℃ 이상에서 결정화된 실리콘카아바이드가 형성되는 것을 알 수 있다.
상기 소성 공정은 불활성 가스 또는 진공 분위기에서 실시하는 것이 실리콘옥사이드 생성을 억제한다는 점에서 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 설명한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
중량평균분자량 3,000의 폴리페닐카보실란(polyphenylcarbosilane) 20g을 싸이클로핵산 80g에 녹인 후, 입도가 100㎚인 실리콘카바이드 나노분말 10g을 첨가하여 분산시켜 폴리페닐카보실란 용액을 제조하였다.
함침할 30㎜ × 30㎜ × 10㎜ 크기의 그라파이트 표면을 에탄올로 세척한 후 80℃에서 30분간 건조하였다. 이를 딥코터를 이용하여 상기 실리콘카바이드 나노분말이 분산된 폴리페닐카보실란 용액 100cc에 5분간 함침시키고 다시 이를 1㎜/sec로 끌어올린 후 250℃에서 30분 동안 공기 중에 열경화시켰다. 그 다음 아르곤 분위기 하에서 1200℃에서 60분간 열처리하여 결정성이 우수한 실리콘카바이드가 코팅된 그라파이트를 얻었다. 이러한 열처리 공정을 거친 그라파이트 상에 코팅된 실리콘카바이드를 X-ray 회절분석기로 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었으며, 수득된 그라파이트의 표면 및 단면을 전자현미경으로 촬영하여 그 결과를 도 2 및 3에 각각 나타내었다.
실시예
2
실리콘카바이드 나노분말의 함량을 5g으로 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예
3
실리콘카바이드 나노분말의 입도가 500㎚인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예
1
실리콘카바이드 나노분말을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예
2
코팅처리하지 않은 그라파이트를 아르곤 분위기 하에서 1200℃에서 60분간 열처리하였다.
비교예
3
실리콘카바이드 나노분말의 입도가 1㎛인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
특성 평가
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트 상에 코팅된 실리콘카바이드를 X-ray 회절분석기로 측정한 그래프이다. 도 2에서 보는 바와 같이, JCPDS 카드로 비교하여 본 결과 b-SiC 결정상임을 확인할 수 있었다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트의 표면을 500배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라파이트의 단면을 10,000배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다. 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 실리콘카아바이드 나노 분말이 분산되어 균열이 없는 코팅층이 형성되었음을 확인할 수 있었다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 그라파이트의 표면을 500배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이고, 도 6은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 그라파이트의 단면을 5,000배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진이다. 도 6에서 보는 바와 같이, 폴리페닐카보실란만을 사용하여 코팅한 경우는 표면에 많은 균열이 존재함을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 그라파이트에 대한 물성평가는 아래와 같은 방법으로 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 내산화도(%)
내산화도 테스트는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 그라파이트를 800℃에서 1시간 동안 공기분위기에서 산화시켜 중량의 차를 비교하였으며, 하기 식 1로 표시되는 식에 따라 내산화도를 측정하였다.
<식 1>
내산화도(%) = 산화 후 그라파이트 중량(wtf) / 초기 그라파이트 중량(wti)
(2) XRD 분석
XRD 분석은 X-ray 회절분석기(MAC Science Co. Ltd. MO3XMF, 일본)를 이용하였다.
| 구분 | 실리콘카바이드 코팅층의 두께 | 내산화도(%) |
| 실시예 1 | 1㎛ | 99 |
| 실시예 2 | 800㎚ | 95 |
| 실시예 3 | 2㎛ | 97 |
| 비교예 1 | 700㎚ | 80 |
| 비교예 2 | 코팅하지 않음 | 30 |
| 비교예 3 | 2.5㎛ | 85 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이 실시예 1 내지 3은 실리콘카바이드 코팅층이 보호막을 형성하여 내산화성이 현저하게 증가한 것을 알 수 있었다. 그러나 비교예 1 내지 3은 대부분의 그라파이트가 CO2로 산화되어 잔존량이 거의 없어 고온에서 안정하지 못함을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (10)
- 실리콘카바이드 나노분말을 5 내지 20중량% 포함하는 폴리카보실란 용액을 제조하는 단계(S1);
상기 폴리카보실란 용액을 그라파이트 표면에 코팅하여 실리콘카바이드 코팅층을 형성하는 단계(S2);
상기 코팅된 그라파이트를 열경화하는 불용화 단계(S3); 및
상기 열경화한 그라파이트를 열처리하는 소성 단계(S4);를 포함하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법. - 제1항에 있어서, 상기 실리콘카바이드 나노분말은 입도가 100 내지 500㎚인 실리콘카바이드의 코팅형성방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 폴리카보실란 용액은 폴리카보실란을 10 내지 30중량%로 포함하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리카보실란은 중량평균분자량이 2000 내지 6000인 실리콘카바이드의 코팅형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 실리콘카바이드 코팅층은 1 내지 100㎛인 실리콘카바이드의 코팅형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 S1 단계에서 실리콘카바이드 나노분말을 포함하는 폴리카보실란 용액은 폴리카보실란을 용매에 녹인 용액에 실리콘카바이드 나노분말을 분산시켜 제조되는 실리콘카바이드의 코팅형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 S3 단계에서 불용화 공정은 200 내지 400℃에서 10분 내지 1시간 동안 실시하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 S4 단계에서 소성 공정은 1100 내지 1500℃에서 30분 내지 3시간 동안 실시하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 S4 단계에서 소성 공정은 불활성 가스 또는 진공 분위기에서 실시하는 실리콘카바이드의 코팅형성방법.
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