KR101466910B1 - Fiber reinforced ceramic composite comprising oxidation barrier layer and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced ceramic composite material and a fiber-reinforced ceramic composite material produced by the same. The method comprises the steps of: producing a composite material by laminating a carbon fiber and by laminating an oxidation preventing layer on the surface thereof; dipping the composite material in a polymer resin; carbonizing the dipped composite material; and dissolving metal silicon in order to permeate into the carbonized composite material. The thickness of the oxidation preventing layer is thinner than the thickness of an inner carbon fiber layer.

Description

산화방지 층을 포함하는 섬유강화 세라믹 복합소재 및 이의 제조 방법 {Fiber reinforced ceramic composite comprising oxidation barrier layer and manufacturing method}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a fiber reinforced ceramic composite material,

본 발명은 산화방지 층을 포함하는 섬유강화 복합소재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber-reinforced composite material comprising an antioxidant layer and a method of manufacturing the same.

발전용 설비 및 항공기, 원자력 산업, 에너지 산업 및 쿡탑용 라디에이션 히터 등에 사용되는 세라믹 복합 소재는 열적, 구조적으로 특성이 우수하다. 이러한 복합 재료는 기지(matrix)의 특성을 향상시키기 위하여 섬유(fiber)를 강화시켜 제조한다. 섬유강화 세라믹 복합 소재는 고분자 수지로 이루어진 기지와 보강 섬유로 이루어진 소재로서, 가볍고 물성이 우수한 장점을 가진 소재이다. 상기 기지로는 천연 수지나 합성 고분자 등을 사용하며, 보강 섬유로는 유기 섬유 또는 탄소 섬유 같은 무기 섬유 등이 사용된다. Ceramic composite materials used for power generation facilities, aircraft, nuclear power industry, energy industry, and cook top radiating heaters have excellent thermal and structural characteristics. Such a composite material is produced by reinforcing a fiber to improve the characteristics of a matrix. Fiber-reinforced ceramic composite materials are materials made of polymeric resin matrix and reinforcing fibers, and are lightweight and have the advantage of excellent physical properties. As the base, natural resins or synthetic polymers are used. As the reinforcing fibers, inorganic fibers such as organic fibers or carbon fibers are used.

특히, 보강섬유로 통상 탄소(C)나 탄화규소(SiC)의 소재가 많이 사용되는데, 이러한 소재는 고온에서 장시간 노출될 때 산소와 반응하여 산화층이 형성되어 기존의 고유한 기계적 특성을 유지하지 못하는 문제가 있어 산화를 억제하기 위하여 산화방지 층을 적층하게 된다. 또한, 섬유강화 세라믹 복합 소재의 파괴 인성을 증진시키기 위하여 섬유 계면을 따라 균열의 경로를 변화시키는 것을 유도하기 위해 상대적으로 섬유보다 약한 기계적 특성을 갖는 소재를 적층하기도 한다. 이러한 적층에 의해 높은 온도에서도 산화저항성을 향상시킬 수 있으며, 복합 소재의 특성을 제어하는 것이 가능하고, 내산성 특징 및 우수한 기계적 특성을 갖게 하는 것이 가능하다. 즉, 종래의 섬유강화 세라믹 복합소재의 경우 500℃ 이상의 고온 산화 분위기에 노출될 경우 탄소 섬유가 산소와 반응하여 이산화탄소로 기화되어 열화되는 현상이 나타난다. 따라서 이러한 현상을 방지하기 위하여 표면에 내산화/내화학 적층을 실시하지만, 별도의 적층 장치 및 복잡한 화학 공정 등을 수행해야 하므로 제조 단가가 높아지는 단점이 있다. 또한, 형성된 적층층은 외부의 스크래치 및 충격에 약하며 고온과 상온을 반복하는 열피로에 의하여 적층층과 복합소재와의 박리현상이 발생하여 산화 저항성을 잃어버리게 된다.Particularly, as a reinforcing fiber, materials such as carbon (C) and silicon carbide (SiC) are often used. These materials react with oxygen when they are exposed at a high temperature for a long time and an oxide layer is formed, There is a problem, and an antioxidant layer is laminated in order to suppress oxidation. In order to improve the fracture toughness of the fiber-reinforced ceramic composite material, a material having a mechanical characteristic that is relatively weaker than that of the fiber may be laminated in order to induce a change in the path of the crack along the fiber interface. By such lamination, it is possible to improve the oxidation resistance even at a high temperature, to control the characteristics of the composite material, and to have the acid resistance characteristic and the excellent mechanical characteristic. That is, in the case of a conventional fiber-reinforced ceramic composite material, when exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere of 500 ° C or higher, carbon fiber reacts with oxygen and is vaporized by carbon dioxide and deteriorates. In order to prevent such a phenomenon, oxidation / chemical chemical lamination is performed on the surface, however, since a separate lamination apparatus and a complicated chemical process must be performed, the manufacturing cost is increased. Further, the formed laminated layer is weak against external scratches and impacts, and peeling phenomenon occurs between the laminated layer and the composite material due to thermal fatigue repeated at a high temperature and a normal temperature, so that oxidation resistance is lost.

본 발명은 500℃ 이상의 고온 또는 부식성 환경에서도 내부 복합소재의 손상이 발생하지 않도록 탄소섬유 표면에 산화방지 층을 포함하는 섬유강화 세라믹 복합소재 및 상기 산화방지 층을 포함하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a fiber reinforced ceramic composite material comprising an antioxidant layer on the surface of a carbon fiber so as not to cause damage to the internal composite material even at a high temperature or corrosive environment of 500 ° C or higher, And a method thereof.

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

(1)탄소섬유를 적층한 후 표면에 산화방지 층을 적층하여 복합소재를 제조하는 단계; (1) preparing a composite material by laminating an antioxidant layer on the surface after laminating carbon fibers;

(2)상기 복합소재를 고분자 수지에 함침하는 단계; (2) impregnating the composite material with the polymer resin;

(3)상기 함침된 복합소재를 탄화하는 단계; 및(3) carbonizing the impregnated composite material; And

(4)금속 실리콘을 용융하여 상기 탄화된 복합소재 내부에 침투시키는 단계를 포함하며,(4) melting metallic silicon and infiltrating the inside of the carbonized composite material,

상기 (1)단계에서 산화방지 층의 두께는 내부의 탄소섬유 층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법을 제공한다.Wherein the thickness of the antioxidant layer in the step (1) is thinner than the thickness of the carbon fiber layer.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 섬유강화 세라믹 복합소재를 제공한다.The present invention also provides a fiber-reinforced ceramic composite material produced by the above-described method.

본 발명의 탄소섬유 표면에 산화방지 층을 포함하는 섬유강화 세라믹 복합소재는 500℃ 이상의 고온 또는 부식성 환경에 노출될 경우 발생하는 내부 복합소재의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 제조 초기 단계에 상기 산화방지 층을 제조함으로써, 기존 적층 기술에 비하여 제조 단가를 절감할 수 있으며, 열 피로에 의한 박리 현상이 발생하지 않는다.The fiber-reinforced ceramic composite material including the antioxidant layer on the surface of the carbon fiber of the present invention can prevent the internal composite material from being damaged when exposed to a high temperature or corrosive environment of 500 ° C or more. Further, by manufacturing the antioxidant layer at an initial stage of manufacturing, the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional lamination technique, and the peeling phenomenon due to thermal fatigue does not occur.

도 1은 본 발명의 제조 방법으로 제조된 표면에 산화방지 층을 포함하는 섬유강화 세라믹 복합소재를 나타낸 모식도이다.
도 2의 (a)는 산화 전의 섬유강화 세라믹 복합소재, (b)는 산화 후의 실시예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재 및 (c)는 산화 후의 비교예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재의 사진이다.
도 3은 산화 시간에 따른 실시예 1 및 비교예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재의 밀도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 산화 시간에 따른 실시예 1 및 비교예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재의 기공 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 산화 시간에 따른 실시예 1 및 비교예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재의 따른 굽힘 강도 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a schematic view showing a fiber-reinforced ceramic composite material comprising an antioxidant layer on a surface thereof produced by the production method of the present invention.
Fig. 2 (a) is a fiber-reinforced ceramic composite material before oxidation, Fig. 2 (b) is a fiber-reinforced ceramic composite material of Example 1 after oxidation and Fig. 2 (c) is a photograph of a fiber-reinforced ceramic composite material of Comparative Example 1 after oxidation.
3 is a graph showing the density change of the fiber-reinforced ceramic composite material of Example 1 and Comparative Example 1 according to the oxidation time.
4 is a graph showing pore changes of the fiber-reinforced ceramic composite material of Example 1 and Comparative Example 1 according to the oxidation time.
5 is a graph showing changes in bending strength of the fiber-reinforced ceramic composite material according to Example 1 and Comparative Example 1 according to the oxidation time.

이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 탄소섬유 표면에 산화방지 층을 포함하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 500℃ 이상의 고온 및 부식성 환경에 노출되는 경우에도 내부 복합소재의 손상을 방지할 수 있는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a fiber-reinforced ceramic composite material comprising an antioxidant layer on a surface of a carbon fiber, and more particularly, to a method of manufacturing a composite material capable of preventing damage to an internal composite material even when exposed to a high- To a method for manufacturing a fiber-reinforced ceramic composite material.

상기 섬유강화 복합소재의 제조방법은The method for producing the fiber-reinforced composite material includes

(1)탄소섬유를 적층한 후 표면에 산화방지 층을 적층하여 복합소재를 제조하는 단계; (1) preparing a composite material by laminating an antioxidant layer on the surface after laminating carbon fibers;

(2)상기 복합소재를 고분자 수지에 함침하는 단계; (2) impregnating the composite material with the polymer resin;

(3)상기 함침된 복합소재를 탄화하는 단계; 및(3) carbonizing the impregnated composite material; And

(4)금속 실리콘을 용융하여 상기 탄화된 복합소재 내부에 침투시키는 단계를 포함하며,(4) melting metallic silicon and infiltrating the inside of the carbonized composite material,

상기 (1)단계에서 산화방지 층의 두께는 내부의 탄소섬유 층의 두께보다 얇아야 한다.
In the step (1), the thickness of the antioxidant layer should be smaller than the thickness of the carbon fiber layer.

상기 (1)단계는 탄소섬유를 적층한 후 표면에 산화방지 층을 적층하여 복합소재를 제조하는 단계이다.The step (1) is a step of laminating the carbon fibers and then laminating an antioxidant layer on the surface thereof to produce a composite material.

상기 탄소섬유는 산화 및 화학 저항성이 취약한 섬유이다. 상기 탄소섬유는 당 업계에서 이용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 그 중에서도 폴리아크릴로니트릴계 섬유, 레이온계 섬유 또는 피치계 섬유 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 탄소섬유의 제조 방법도 당 업계에서 이용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 상기 (2)단계에서 수행하는 고분자 함침 공정을 위하여 방적, 제적, 면조 등에 의하여 느슨하게 직조된 직포인 것이 바람직하다. 상기 탄소섬유는 2차원 직포의 적층에 의해 제조된 것이 보다 바람직하나, 3차원 또는 4차원으로 직조하여도 무방하다.The carbon fiber is a fiber having poor oxidation and chemical resistance. The carbon fiber is not particularly limited as long as it is used in the art, and among them, polyacrylonitrile-based fiber, rayon-based fiber or pitch-based fiber can be used. The method for producing the carbon fiber is not particularly limited as long as it is used in the art, but it is preferable that the woven fabric loosely woven by spinning, scouring, cotton, etc. for the polymer impregnation process performed in the step (2). It is more preferable that the carbon fibers are produced by lamination of two-dimensional woven fabrics, but they may be woven in three dimensions or four dimensions.

상기 산화방지 층으로 산화 및 화학 저항성이 우수한 섬유가 사용되며, 바람직하게는 탄화규소가 사용된다. 상기 산화방지 층을 탄소섬유 표면에 적층하여 복합소재를 제조하면, 500℃ 이상의 고온 및 부식성 환경에서 발생하는 열화 및 박리현상으로부터 내부의 복합소재를 보호할 수 있다. 상기 산화방지 층의 두께는 내부의 탐소섬유 층의 두께보다 얇아야 한다. 산화방지 층의 두께가 내부의 탄소섬유 층의 두께보다 두꺼울 경우 내외부의 열팽창 차이에 의한 파괴가 표면에서 유도 될 가능성이 크며, 이로 인해 외부의 산소가 침투 할 수 있는 균열이 발생되어 산화 저항성을 약화 시킨다.As the oxidation preventing layer, fibers having excellent oxidation and chemical resistance are used, and silicon carbide is preferably used. When the composite material is produced by laminating the antioxidant layer on the surface of the carbon fiber, the composite material can be protected from deterioration and peeling occurring in a high temperature and corrosive environment of 500 ° C or higher. The thickness of the antioxidant layer should be thinner than the thickness of the inner fiber layer. If the thickness of the antioxidant layer is thicker than the thickness of the internal carbon fiber layer, the fracture caused by the difference in thermal expansion between the inside and outside is likely to be induced on the surface, and cracks that can penetrate the outside oxygen are generated, .

상기 (2)단계는 복합소재를 고분자 수지에 함침하는 단계이다. 상기 고분자 수지는 페놀계 수지 및 피치로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자 수지이며, 바람직하게는 페놀계 수지이다. The step (2) is a step of impregnating the composite material with the polymer resin. The polymer resin is at least one polymer resin selected from the group consisting of a phenolic resin and a pitch, and is preferably a phenolic resin.

상기 고분자 수지를 함침하는 방법으로는 진공수지이송성형(VARTM: Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)방법, 수지이송성형(RTM: Resin Transfer Molding)방법 및 진공함침(VI: Vacuum Impregnation)방법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 한 가지 방법 및 프리프레그로 수행되는 것이 바람직하다.Examples of the method of impregnating the polymer resin include a method selected from the group consisting of a Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) method, a Resin Transfer Molding (RTM) method, and a Vacuum Impregnation (VI) It is preferable to carry out the method with one method and the prepreg.

본 발명의 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법은 상기 (2)단계를 수행한 이후에, 함침된 복합소재를 60 내지 200℃에서 경화시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 경화단계를 수행할 경우 함침된 복합소재의 형상을 고정시키는 효과가 발생한다.The method of manufacturing a fiber-reinforced ceramic composite material of the present invention preferably further comprises the step of curing the impregnated composite material at 60 to 200 ° C after the step (2). When the curing step is carried out, the effect of fixing the shape of the impregnated composite material occurs.

상기 (3)단계는 함침된 복합소재를 탄화하는 단계로 경화된 고분자의 유기물을 제거하여 탄소 성분만 존재하도록 하기 위하여 실시한다. 상기 탄화는 질소 또는 진공 분위기(10-2 torr 이상)에서 600 내지 2,200℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 1,000℃ 이하까지 0.05 내지 0.2℃/min으로 승온시키는 것이 보다 바람직하다. 상기 온도 범위에서 고분자 수지에 함유된 유기물을 연소시켜 탄소 성분만 남게 하여 탄화 공정을 수행할 수 있다.In the step (3), the impregnated composite material is carbonized, and the organic material of the cured polymer is removed so that only the carbon component is present. The carbonization is preferably performed at a temperature of 600 to 2,200 ° C in a nitrogen or vacuum atmosphere (10 -2 torr or more). Further, it is more preferable to raise the temperature to 1,000 ° C or less at 0.05 to 0.2 ° C / min. The carbonization process can be performed by burning the organic material contained in the polymer resin in the temperature range to leave only the carbon component.

상기 (4)단계는 금속 실리콘을 용융하여 탄화된 복합소재 내부에 침투하여 섬유강화 세라믹 복합소제를 제조하는 단계이다. 상기 (3)단계에서 탄화된 복합소재의 내부에 발생한 균열은 이후 침투되는 용융된 금속 실리콘의 통로가 된다. 상기 (4)단계는 복합소재 외부에 금속 실리콘을 충전시키고, 진공 분위기(10-1 torr 이상)에서 1,500 내지 1,700℃로 열처리하여 금속 실리콘을 용융시켜 탄소섬유 내부로 침투시키게 한다. 상기 온도 범위에서 금속 실리콘은 휘발되지 않고 용융되어 복합소재 내부로 원활하게 침투할 수 있다.
In the step (4), the metal silicon is melted and penetrated into the carbonized composite material to produce the fiber reinforced ceramic composite material. The cracks generated inside the carbonized composite material in the step (3) become the passages of molten metal silicon to be infiltrated thereafter. In the step (4), metallic silicon is filled in the outside of the composite material, and the metal silicon is melted by heating in a vacuum atmosphere (10 -1 torr or more) at 1,500 to 1,700 ° C to infiltrate the carbon fiber. In this temperature range, the metal silicon is melted without being volatilized and can penetrate smoothly into the composite material.

본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 섬유강화 세라믹 복합소재를 제공한다. 상기 섬유강화 세라믹 복합소재는 제조 초기 단계에 산화방지 층을 포함하여 별도의 추가를 위한 장치 및 복잡한 화학 공정을 거치지 않아 제조 단가를 절감할 수 있다. 또한, 500℃ 이상의 고온 및 부식성 환경에서도 내부의 복합소재를 보호할 수 있으며, 산화방지 층과 내부 탄소섬유와의 박리현상이 발생되지 않는다.
The present invention provides a fiber-reinforced ceramic composite material produced by the above production method. The fiber-reinforced ceramic composite material includes an antioxidant layer at an initial stage of manufacturing, and can be manufactured at a reduced cost since it is not subjected to an additional apparatus and a complicated chemical process. Further, the composite material can be protected even at a high temperature and corrosive environment of 500 DEG C or more, and no peeling phenomenon between the oxidation preventing layer and the inner carbon fibers is caused.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1. 표면에 산화방지 층을 포함하는 섬유강화 세라믹 복합소재 제조 1. Fabricated fiber-reinforced ceramic composites containing an antioxidant layer on the surface

탄화규소 2장, 탄소섬유 20장, 탄화규소 2장의 순서로 적층하여 강화섬유를 제조하였으며, 여기서 탄화규소 섬유가 산화방지 층의 역할을 수행한다. 상기 적층된 강화섬유 위에 페놀 수지의 흐름을 용이하게 하기 위하여 RDM(Resin Distribution Mat)을 적층하고, 복합소재의 표면을 매끄럽게 하기 위하여 필 플라이를 적층한 후 진공필름으로 배깅하였다. 진공수지이송성형(VARTM: Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)방법으로 진공 압력을 이용하여 페놀 수지를 적층 섬유 내부로 스며들게 하였고, 120℃의 온도로 경화시켜 섬유강화 복합소재를 제조하였다. 그 후 몰드에서 제거한 섬유강화 복합소재를 1000℃ 이상의 온도 및 불활성 분위기에서 탄화하여 섬유강화/탄소 복합소재로 변환시켰다. 1600℃의 진공 분위기에서 상기 섬유강화/탄소 복합소재에 용융된 규소를 내부로 침투시켜 탄소-규소 반응을 유도하여 최종적으로 섬유강화 세라믹 복합소재를 얻었다. 상기 섬유강화 세라믹 복합소재는 외부가 탄화규소 섬유강화/탄화규소 복합소재로 보호되는 탄소섬유/탄화규소 복합소재이다.
Two sheets of silicon carbide, 20 sheets of carbon fiber, and two sheets of silicon carbide were laminated in this order to produce reinforcing fibers, wherein the silicon carbide fibers serve as an antioxidant layer. In order to facilitate the flow of the phenolic resin on the laminated reinforcing fibers, RDM (Resin Distribution Mat) was laminated, and a fill ply was laminated to smooth the surface of the composite material, followed by battling with a vacuum film. Phenolic resin was impregnated into the laminated fiber using vacuum pressure by Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) method and cured at a temperature of 120 ℃ to prepare fiber reinforced composite material. Then, the fiber-reinforced composite material removed from the mold was carbonized at a temperature of 1000 ° C or higher and in an inert atmosphere to convert it into a fiber-reinforced / carbon composite material. The silicon-silicon reaction was induced by infiltrating the silicon into the fiber-reinforced / carbon composite material in a vacuum atmosphere at 1600 ° C to finally obtain a fiber-reinforced ceramic composite material. The fiber-reinforced ceramic composite material is a carbon fiber / silicon carbide composite material in which the outside is protected by a silicon carbide fiber reinforced / silicon carbide composite material.

비교예Comparative Example 1. 표면에 산화방지 층을 포함하지 않는 섬유강화 세라믹 복합소재 제조 1. Fabricated fiber-reinforced ceramic composite material without oxidation-resistant layer on the surface

상기 실시예 1의 탄화규소를 적층하는 단계를 제외하고는 동일하게 실시하여 산화방지 층이 없는 섬유강화 세라믹 복합소재를 제조하였다.
A fiber-reinforced ceramic composite material free from an oxidation-preventive layer was prepared in the same manner as in Example 1 except for the step of laminating silicon carbide.

실험예Experimental Example 1.  One. 실시예Example 1 및  1 and 비교예Comparative Example 1의 섬유강화 세라믹 복합소재의 산화 후의 물성 측정 1 Physical Properties of Fiber Reinforced Ceramic Composites after Oxidation

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 섬유강화 세라믹 복합소재를 1000℃의 산화 분위기에 노출시킨 후 표면을 관찰하였다. 산화방지 층을 포함하는 실시예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재는 산화방지 층에 의해 내부 탄소섬유가 그대로 남아있었지만, 산화방지 층을 포함하지 않는 비교예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재는 내부 탄소섬유를 모두 소실하여 큰 기공으로 남아 있는 것을 확인하였다.The surface of the fiber-reinforced ceramic composite material prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was exposed to an oxidizing atmosphere at 1000 캜. In the fiber-reinforced ceramic composite material of Example 1 including the antioxidant layer, the inner carbon fibers remained intact by the oxidation-preventive layer, but the fiber-reinforced ceramic composite material of Comparative Example 1 not containing the oxidation- And all of them were left as large pores.

또한, 산화 시간에 따른 밀도, 기공 및 굽힘 강도를 측정하였다. 산화방지 층이 포함된 실시예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재는 밀도의 감소가 매우 작았으며, 기공율도 크게 증가하지 않았다. 반면, 산화방지 층을 포함하지 않는 비교예 1 의 섬유강화 세라믹 복합소재는 밀도 및 기공율에서 큰 변화를 보였다. 또한, 실시예 1 및 비교예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재 모두 굽힘 강도가 크게 감소하였지만, 산화방지 층을 포함하지 않는 비교예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재는 굽힘 강도를 거의 잃는 반면에, 산화방지 층을 포함하는 실시예 1의 섬유강화 세라믹 복합소재는 약 60MPa의 강도를 유지하였다.Density, pore and bending strength were measured with the oxidation time. The fiber-reinforced ceramic composite material of Example 1 including the antioxidant layer had a very small reduction in density and did not significantly increase porosity. On the other hand, the fiber-reinforced ceramic composite material of Comparative Example 1, which does not include the oxidation-preventive layer, showed a large change in density and porosity. The flexural strength of the fiber-reinforced ceramic composite materials of Example 1 and Comparative Example 1 was greatly reduced, but the flexural strength of the fiber-reinforced ceramic composite material of Comparative Example 1, which did not include the oxidation preventing layer, Layer of the fiber-reinforced ceramic composite material of Example 1 maintained a strength of about 60 MPa.

Claims (7)

(1)탄소섬유를 적층한 후 표면에 산화방지 층을 적층하여 복합소재를 제조하는 단계;
(2)상기 복합소재를 고분자 수지에 함침하는 단계;
(3)상기 함침된 복합소재를 탄화하는 단계; 및
(4)금속 실리콘을 용융하여 상기 탄화된 복합소재 내부에 침투시키는 단계를 포함하며,
상기 (1)단계에서 산화방지 층의 두께가 내부의 탄소섬유 층의 두께보다 얇음으로서 열 피로에 의한 박리현상이 일어나지 않는 것을 특징으로 하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법.(1) preparing a composite material by laminating an antioxidant layer on the surface after laminating carbon fibers;
(2) impregnating the composite material with the polymer resin;
(3) carbonizing the impregnated composite material; And
(4) melting metallic silicon and infiltrating the inside of the carbonized composite material,
Wherein the thickness of the antioxidant layer in the step (1) is smaller than the thickness of the carbon fiber layer in the step (1), so that peeling due to thermal fatigue does not occur. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)단계의 고분자 수지는 페놀계 수지 및 피치로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법.The method for producing a fiber-reinforced ceramic composite material according to claim 1, wherein the polymer resin in step (2) is at least one polymer resin selected from the group consisting of a phenolic resin and a pitch. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)단계에서 고분자 수지를 함침하는 방법은 진공수지이송성형(VARTM: Vacuum Assisted Resin Transfer Molding)방법, 수지이송성형(RTM: Resin Transfer Molding)방법 및 진공함침(VI: Vacuum Impregnation)방법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 한 가지 방법인 것을 특징으로 하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법.The method for impregnating a polymeric resin according to claim 1, wherein the polymer resin is impregnated in the step (2), comprises a vacuum resin transfer molding (VARTM) method, a resin transfer molding (RTM) Vacuum Impregnation) method. The method of manufacturing a fiber-reinforced ceramic composite material according to claim 1, 청구항 1에 있어서, 상기 (2)단계 이후, 함침된 복합소재를 60 내지 200℃의 온도에서 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법.[4] The method of claim 1, further comprising the step of curing the impregnated composite material at a temperature of 60 to 200 [deg.] C after the step (2). 청구항 1에 있어서, 상기 (3)단계의 탄화는 질소 또는 진공 분위기에서 600 내지 2,200℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법.[4] The method of claim 1, wherein the carbonization in the step (3) is performed at a temperature of 600 to 2,200 ° C in a nitrogen or vacuum atmosphere. 청구항 1에 있어서, 상기 (4)단계는 진공 분위기에서 1,500 내지 1,700℃의 온도로 금속 실리콘을 용융시켜 복합소재 내부로 침투시키는 것을 특징으로 하는 섬유강화 세라믹 복합소재의 제조 방법.[4] The method of claim 1, wherein the step (4) comprises melting the metal silicon at a temperature of 1,500 to 1,700 DEG C in a vacuum atmosphere, and infiltrating the metal silicon into the composite material. 청구항 1의 제조 방법으로 제조된 섬유강화 세라믹 복합소재.A fiber-reinforced ceramic composite material produced by the method of claim 1.
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