KR20140122315A - Method of manufacturing silicon carbide fiber by using ozon gas and manufacturing system for the same - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for manufacturing silicon carbide fiber, including the steps of preparing poly carbosilane fiber by spinning poly carbosilane, stabilizing the poly carbosilane fiber by treating the poly carbosilane fiber with ozone gas, and heat treating the stabilized poly carbosilane. According to the present invention, process time can be reduced and environmentally friendly work environment can be made.

Description

오존 가스를 이용한 실리콘카바이드 섬유의 제조방법 및 이를 위한 실리콘카바이드 섬유의 제조 시스템{METHOD OF MANUFACTURING SILICON CARBIDE FIBER BY USING OZON GAS AND MANUFACTURING SYSTEM FOR THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a silicon carbide fiber using ozone gas, and a manufacturing system of the silicon carbide fiber,

본 기술은 탄소소재 분야의 기술로서, 구체적으로는 실리콘카바이드 (Silicon carbide, SiC) 섬유 제조에 관한 기술이다.
This technology is a technology in the field of carbon materials, specifically, a technique for manufacturing silicon carbide (SiC) fibers.

실리콘카바이드 섬유는 높은 강도 및 탄성을 가지며, 1000℃ 이상의 고온 환경에 견디는 섬유로서, 복합재료 강화 섬유로 기대되는 원천 소재이다. 실리콘카바이드 섬유의 제조 방법으로 가장 널리 사용되고 있는 공정은 1975년에 S. Yajima 교수가 폴리카보실란(Polycarbosilane, PCS) 고분자를 합성하여 이를 출발물질로 제조하는 공정이다. 이 고분자는 -Si-C-의 구조를 주축으로 갖고 있는 유기계 실리콘 고분자이다. PCS를 원료로 하여 이후에 방사, 경화 그리고 열분해 단계를 거쳐서 최종 고온 하에서 기계적강도를 상실하지 않고 장시간 사용 가능한 실리콘카바이드(SiC) 섬유가 수득될 수 있다. PCS는 소중합체인 올리고머(Oligomer)로 구성되어, 방사를 하여 얻은 섬유는 형상은 원형을 갖추고 있으나 올리고머 간의 결합이 약하여 방사된 섬유는 섬유의 강도가 거의 없기 때문에 약간의 하중을 가해도 절단이 일어나며, 또한 쉽게 파우더 형상으로 부서지는 특징을 갖고 있다. 따라서 방사한 직후 얻어진 섬유인, 소위 그린화이버(green fiber)는 경화 과정을 거치지 않고 바로 고온으로 열처리를 수행하면 용융이 일어나 섬유의 형상을 유지하지 못한다. 따라서 PCS 섬유를 고온 열분해 혹은 고온 열처리 하기 이전에 경화 과정을 거치게 하는 것은 매우 중요한 공정으로서, 상기 경화과정에 의하여 PCS 섬유의 표면에 가교결합(crosslinking)이 일어나므로, PCS 섬유의 불융화 특성을 형성할 수 있다. 이러한 PCS 섬유의 불융화 특성은 PCS 섬유가 고온 열처리시까지 용융되지 않게 하며, 나아가 고수율의 세라믹을 얻을 수 있도록 하는 데 있어 매우 중요한 특성이다. PCS 섬유의 경화과정은 통상 안정화 공정으로도 불리우며, SiC 섬유의 물성은 안정화 공정의 조건에 의하여 크게 좌우되는 경향이 있다. Silicon carbide fiber has high strength and elasticity, and is resistant to high temperature environment of 1000 ° C or more, and is a source material expected as a composite material reinforcing fiber. The most widely used process for the production of silicon carbide fibers is the synthesis of Polycarbosilane (PCS) polymer by S. Yajima in 1975, which is the starting material. This polymer is an organic silicon polymer having a structure of -Si-C- as a main axis. Silicon carbide (SiC) fibers that can be used for a long period of time without loss of mechanical strength at the final high temperature can be obtained by using PCS as a raw material through subsequent radiation, curing, and pyrolysis steps. PCS is composed of an oligomer (oligomer) which is oligomer. Although the fiber obtained by spinning has a circular shape, since the bond between the oligomers is weak, the fiber is hard to be cut, even when a slight load is applied , And also easily breaks into a powder form. Thus, a so-called green fiber, which is obtained immediately after spinning, is melted and does not maintain the shape of the fiber when heat treatment is performed at a high temperature immediately without a curing process. Therefore, it is a very important process to allow the PCS fiber to undergo a hardening process before the high-temperature pyrolysis or high-temperature heat treatment. Since the crosslinking occurs on the surface of the PCS fiber by the above curing process, can do. The incompatibility of the PCS fibers is a very important characteristic in preventing the PCS fibers from being melted until the high temperature heat treatment and further obtaining the high yield ceramics. The curing process of the PCS fiber is generally referred to as a stabilization process, and the physical properties of the SiC fiber tend to be highly dependent on the conditions of the stabilization process.

이러한 안정화 공정으로서는, 공기 중에서 200~300℃까지 경화 단계를 장시간 수행하여 PCS 섬유의 표면을 산화시키는 공정이 사용되고 있고 있다. 이 공정은 PCS 섬유 표면의 결합 분열을 유도함으로써 자유 래디컬(Radical)을 형상하게 하고, 이들이 서로 연결되도록 함으로써 가교결합을 형성하는 공정이다. 경화과정에서는 PCS 물질에서 'Si-H' 와 'Si-CH3' 결합이 산화가 일어나 'Si-O-Si'와 'Si-O-C'의 결합 형성이 이루어진다. 안정화가 이루어진 섬유는 불융성을 가지므로 최종 열처리 온도에 이르기까지 거의 분해되지 않고 열적으로 안정하다. As such a stabilization step, a step of oxidizing the surface of the PCS fiber by performing a curing step at a temperature of 200 to 300 DEG C for a long time in the air has been used. This process is a process of forming a crosslink by forming free radicals by inducing bond breakage of the surface of PCS fibers and connecting them to each other. In the curing process, the 'Si-H' and 'Si-CH 3 ' bonds are oxidized in the PCS material to form a bond between 'Si-O-Si' and 'Si-O-C'. Stabilized fibers are infusible and are thermally stable with little degradation until reaching the final heat treatment temperature.

또 다른 안정화 방법으로는 전자빔(Electron Beam) 혹은 γ선 조사를 통하여 PCS 섬유의 표면에서 가교결합을 일으키게 하는 방법을 들 수 있다. 이 공정은 산소가 없는 분위기에서 수행되기 때문에 PCS 섬유에 산소의 결합을 감소시켜 최종 SiC 섬유에서 산소의 함량을 크게 줄여주는 장점을 갖고 있다. 그러나 이 공정에 의하여 수득된 SiC 섬유는 공기 중에서 경화되어 얻은 섬유에 비하여 기계적물성이 낮은 단점을 갖고 있다. Another stabilizing method is to cause cross-linking on the surface of the PCS fiber through electron beam or γ-ray irradiation. Since this process is performed in an oxygen-free atmosphere, it has the advantage of reducing oxygen binding to the PCS fiber and greatly reducing the oxygen content in the final SiC fiber. However, the SiC fibers obtained by this process have a disadvantage in that they have lower mechanical properties than fibers obtained by curing in air.

첫 번째 안정화 공정은 PCS 섬유의 표면 산화를 위하여 200~300℃까지 아주 느린 속도로 가열하는 단계를 포함하므로, 최종 온도에서는 장시간 유지가 필수 적이기 때문에 공정 시간이 매우 길고, 연속 공정이 불가능한 문제점이 있다. Since the first stabilization step involves heating at 200 to 300 ° C at a very slow rate for surface oxidation of the PCS fiber, it is necessary to maintain the fiber at a final temperature for a long period of time, so that the process time is very long and a continuous process is impossible .

전자빔 처리에 의한 안정화 공정은 전자빔을 발생하는 고가의 장비를 제작, 설치하여야 하기에 공정 경제 면에서 불리하며, 높은 온도에서의 사용을 요구하지 않고 반면에 높은 기계적물성을 요구하는 산업 분야에서는 적용이 다소 어렵다.  The stabilization process by the electron beam treatment is disadvantageous in terms of process economy because expensive equipment for generating electron beams must be manufactured and installed. In the industrial field where high mechanical properties are required, the application is not required Somewhat difficult.

이러한, 문제점을 해결하기 위하여, 할로겐 원소의 하나인 요오드로 PCS 섬유를 안정화하는 방법이 최근 소개되었다. 이 방법은 우선 100~140℃의 온도에서 요오드를 승화시켜 발생한 가스를 PCS 섬유 표면에 접촉시킴으로써 PCS와 반응을 일으키게 하는 공정이다. 이 공정을 수행하기 위해서는 요오드 가스 처리가 필요한데, 이로 인하여 본 공정은 환경 측면에서 요오드 가스의 방출에 따른 환경 오염을 유발할 수 있고, 건강 측면에서 작업자가 고농도의 가스에 노출될 경우에는 피부와 세포 조직에 심한 손상을 있어 인체에 매우 유해할 수 있다. 결국 본 공정은 공정 시간이 길며, 작업의 엄격한 통제가 필요하고, 고비용인 문제가 있다.
In order to solve such a problem, a method of stabilizing PCS fiber with iodine, which is one of halogen elements, has recently been introduced. In this method, iodine is sublimated at a temperature of 100 to 140 ° C., and the generated gas is brought into contact with the PCS fiber surface to cause a reaction with PCS. In order to perform this process, iodine gas treatment is required. Therefore, this process can cause environmental pollution due to release of iodine gas from the environmental aspect. In case of exposure to a high concentration gas, And may be very harmful to the human body. As a result, this process requires a long process time, tight control of the work, and high cost.

본 발명의 목적은 종래 실리콘카바이드 제조의 필수 공정인 안정화 공정의 문제점을 감안한 발명으로서, 종래의 경화 공정을 개선하여 매우 단 시간에 저비용으로 PCS 섬유 표면을 산화할 수 있는 안정화 공정을 포함하는 실리콘카바이드 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems of a stabilization process which is an essential process for manufacturing silicon carbide in the past and to improve the conventional hardening process and to provide a silicon carbide And a method for manufacturing the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법의 실현을 위한 연속 제조 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a continuous manufacturing system for realizing the above manufacturing method.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 섬유의 제조방법은 폴리카보실란을 방사하여 폴리카보실란 섬유를 준비하는 단계, 상기 폴리카보실란 섬유에 오존 가스를 처리하여 상기 폴리카보실란 섬유를 안정화 시키는 안정화 단계, 및 상기 안정화된 폴리카보실란을 열처리하는 열처리 단계를 포함한다. A method for producing a silicon carbide fiber according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a polycarbosilane fiber by spinning a polycarbosilane, treating the polycarbosilane fiber with an ozone gas to stabilize the polycarbosilane fiber And a heat treatment step of heat-treating the stabilized polycarbosilane.

상기 오존 가스의 처리는 광원의 존재 하에서 이루어질 수 있으며, 상기 광원으로서는 자외선을 사용할 수 있다. 한편, 상기 자외선은 178nm 내지 250nm의 파장을 갖는 자외선일 수 있다. The treatment of the ozone gas may be performed in the presence of a light source, and ultraviolet rays may be used as the light source. On the other hand, the ultraviolet ray may be an ultraviolet ray having a wavelength of 178 nm to 250 nm.

상기 안정화 단계는 1분 내지 120분 동안 이루어질 수 있고, 이로 인하여 공정 시간의 획기적인 단축이 가능하다. 또한, 상기 안정화 단계는 상온 내지 200℃의 온도 하에서 이루어 질 수 있어, 에너지 효율 측면에서 매우 유리하다. The stabilization step may be performed for 1 minute to 120 minutes, thereby enabling a drastic reduction of the processing time. In addition, the stabilization step can be performed at a temperature of room temperature to 200 ° C, which is very advantageous from the viewpoint of energy efficiency.

SiC 전구체 섬유로서의 PCS 섬유 준비에 사용되는 폴리카보실란은 150 내지 300℃의 용융온도를 갖도록 조절될 수 있으며, 상기 폴리카보실란으로서는, 1500 내지 3500의 중량평균분자량을 갖고 1.5 내지 3.0의 다분산지수 (Polydispersity index, PI)를 갖는 폴리카보실란이 사용될 수 있다. The polycarbosilane used for preparing the PCS fibers as the SiC precursor fiber can be adjusted to have a melting temperature of 150 to 300 DEG C and the polycarbosilane has a weight average molecular weight of 1500 to 3500 and a polydispersity index Polycarbosilanes having a polydispersity index (PI) may be used.

상기 열처리 단계에서, 열처리 온도는 최고 온도가 1000 내지 1800℃가 되도록 조절되며, 상기 온도는 순차적으로 증가되는 승온 분위기의 최고 온도 구간이며 열처리된 PCS 섬유는 이후 냉각 과정을 거치게 된다. In the heat treatment step, the heat treatment temperature is adjusted so that the maximum temperature is 1000 to 1800 ° C, and the temperature is the highest temperature interval of the temperature increasing stepwise. The heat treated PCS fiber is then cooled.

상기 PCS 섬유의 방사는 상기 폴리카보실란의 점도가 10 내지 20 Pa.S가 조절된 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다. It is preferable that the spinning of the PCS fiber is performed in a state where the viscosity of the polycarbosilane is controlled to 10 to 20 Pa.

한편, 상기 안정화 단계는 미반응 오존 가스를 100 내지 200℃의 온도 하에서 분해시켜 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 단계를 포함하므로써, 오존 가스의 공기 중 배출을 차단하고 대신 산소를 배출할 수 있게 된다. Meanwhile, the stabilization step may further include decomposing and discharging the unreacted ozone gas at a temperature of 100 to 200 ° C. By including these steps, it is possible to shut off the discharge of ozone gas into the air and discharge the oxygen instead.

상기 열처리 단계는, 안정화된 폴리카보실란 섬유를 경화시키기 위하여 300℃ 이하에서 열처리하는 제1 열처리 단계, 및 상기 경화된 폴리카보실란 섬유를 실리콘카바이드 섬유로 변화시키기 위하여 300 내지 1800℃의 온도 하에서 열처리하는 제2 열처리 단계로 크게 구분될 수 있다. 이러한 단계 구분은, 경우에 따라서 상기 제1 열처리 단계 이후에, 폴리카보실란 섬유의 경화 상태를 파악한 후, 제2 열처리 단계가 수행될 수 있음을 의미한다. The heat treatment step may include a first heat treatment step of heat treating the stabilized polycarbosilane fiber at a temperature of 300 DEG C or less and a heat treatment step of heating the cured polycarbosilane fiber to a silicon carbide fiber at a temperature of 300 to 1800 DEG C And a second heat treatment step in which the second heat treatment step is performed. This step separation means that after the first heat treatment step, the second heat treatment step can be performed after the cured state of the polycarbosilane fiber is grasped, as the case may be.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 제조 시스템은 방사되어 유입된 폴리카보실란 섬유를 오존 가스로 처리하기 위한 반응 챔버로서, 내부에 자외선 램프를 구비한 제1 챔버, 상기 제1 챔버의 인접 영역에 배치되고 상기 제1 챔버로 오존을 공급하기 위한 오존 발생부, 상기 오존 발생부에 산소를 공급하기 위하여, 상기 오존 발생부와 공간적으로 연결되어 있는 산소 공급부, 및 상기 폴리카보실란 섬유의 이동 방향을 따라 상기 제1 챔버의 인접영역에 배치되고, 상기 제1 챔버로부터 배출된 상기 폴리카보실란 섬유를 열처리하기 위한 제2 챔버를 포함한다. A silicon carbide manufacturing system according to an embodiment of the present invention is a reaction chamber for treating irradiated polycarbosilane fibers with ozone gas, comprising: a first chamber having an ultraviolet lamp therein; An ozone generating unit disposed in the first chamber and supplying ozone to the first chamber, an oxygen supplying unit spatially connected to the ozone generating unit to supply oxygen to the ozone generating unit, and a moving direction of the polycarbosilane fiber And a second chamber disposed in an adjacent region of the first chamber for heat treating the polycarbosilane fibers discharged from the first chamber.

상기 제1 챔버 내의 미반응 온존 가스를 분해하기 위하여, 상기 제1 챔버와 공간적으로 연결되어 있고, 상기 오존 가스에 열을 가하기 위한 가열 수단, 및 상기 오존 가스의 분해에 의하여 생성된 산소 가스를 외부로 배출하기 위한 산소 배출구를 포함하는 오존 가스 필터부를 더 포함할 수 있다. Heating means for spatially connecting the first chamber to decompose the unreacted ozone gas in the first chamber and for applying heat to the ozone gas, and oxygen gas generated by decomposition of the ozone gas, And an ozone gas filter unit including an oxygen outlet for discharging the ozone gas.

상기 제1 챔버 또는 오존 가스 필터부는 튜브 형상을 갖도록 함으로써, 연속 공정의 이동 경로를 효율화할 수 있다.
The first chamber or the ozone gas filter portion has a tube shape, so that the movement path of the continuous process can be made efficient.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드의 제조방법은 PCS 섬유의 안정화 공정이 불과 수 분 이내에도 이루어질 수 있어 상기 실리콘카바이드 제조 공정을 획기적으로 단축할 수 있다. 이는, 오존 가스의 분해를 촉진하기 위하여 자외선을 사용함으로써, PCS 섬유 표면과의 반응 시간이 단축되는 것에 기인한다. According to the method of manufacturing silicon carbide according to an embodiment of the present invention, the stabilization process of the PCS fiber can be performed within a few minutes, and the manufacturing process of the silicon carbide can be remarkably shortened. This is because the reaction time with the PCS fiber surface is shortened by using ultraviolet rays to accelerate the decomposition of the ozone gas.

또한, 안정화 공정에서 사용된 오존은 산소로 쉽게 분해되어 배출되므로, 본 공정은 종래의 할로겐 가스를 사용하는 공정과 달리 환경 오염을 일으키거나 작업자의 작업 환경에 유해 요인을 제공하지 않는 친환경적인 공정이다. In addition, since the ozone used in the stabilization process is easily decomposed by oxygen, the process is environmentally friendly, unlike the conventional process using halogen gas, which does not cause environmental pollution or gives harm to the work environment of a worker .

본 발명에 따른 실리콘카바이드 제조공정은 최종 산물인 실리콘카바이드의 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라 전술한 장점까지 고려할 때 친환경적이며 경제성이 우수한 공정으로서, 파급력이 매우 클 것으로 기대된다. The process for producing silicon carbide according to the present invention is expected to be very effective as a process which is excellent in mechanical properties of silicon carbide as a final product, and is environmentally friendly and economical in consideration of the above advantages.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 제조 시스템을 개념적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 비교예 1에 따른 PCS 섬유의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 3 내지 도 8은 각각 실시예 2 내지 7에 따른 PCS 섬유의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프들이다.
도 9는 실시예 2 내지 7에 따른 PCS 섬유에 대하여 각각 1260cm-1(Si-CH3) 및 2100cm-1(Si-H) 피크에서의 흡수 강도 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정화 단계를 거친 PCS 섬유의 모습을 나타내는 사진이다.
도 11은 실시예 4의 안정화 단계를 거친 PCS 섬유에 대하여 실시예 8에 따라 열처리 단계를 수행한 후 수득된 SiC 섬유의 모습을 도시한 SEM 사진이다.
도 12는 실시예 4의 안정화 단계를 거친 PCS 섬유에 대하여 실시예 8에 따라 열처리 단계를 수행 후 수득된 SiC 섬유에 대하여 XRD(X-ray duffraction)로 패턴을 분석한 결과를 도시한 그래프이다.

1 is a cross-sectional view conceptually illustrating a silicon carbide manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the FT-IR spectrum of the PCS fiber according to Comparative Example 1. Fig.
3 to 8 are graphs showing FT-IR spectra of the PCS fibers according to Examples 2 to 7, respectively.
9 is a graph showing absorption intensity changes at 1260 cm -1 (Si-CH 3 ) and 2100 cm -1 (Si-H) peaks for the PCS fibers according to Examples 2 to 7, respectively.
10 is a photograph showing a state of PCS fiber after stabilization according to an embodiment of the present invention.
11 is an SEM photograph showing the appearance of the SiC fiber obtained after the heat treatment step according to Example 8 is performed on the PCS fiber after the stabilization step of Example 4. Fig.
12 is a graph showing the results of XRD (X-ray duffing) analysis of the SiC fibers obtained after the heat treatment step according to Example 8 for the PCS fibers having undergone the stabilization step of Example 4. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실리콘카바이드 제조 기술을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 본 발명에 대한 예시적인 기재일 뿐, 하기 설명에 의하여 본 발명의 기술사상이 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상은 후술할 청구범위에 의하여 정해진다.Hereinafter, a silicon carbide manufacturing technique according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following description is only an exemplary description of the present invention, and the technical idea of the present invention is not limited by the following description, and the technical idea of the present invention is defined by the claims that follow.

한편, 실리콘카바이드 제조 시스템의 설명을 위하여 사용되는 도면의 구성 요소 명칭은 예시적인 것에 불과하고, 이러한 명칭의 개념에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the component names of the drawings used for the explanation of the silicon carbide manufacturing system are merely illustrative, and the technical features of the present invention are not limited by the concept of such names.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 제조 시스템을 개념적으로 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view conceptually illustrating a silicon carbide manufacturing system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 합성된 폴리카보실란(PCS)은 방사되어 섬유상(狀)으로 PCS 이동로(50)를 따라 불융화 공정 또는 안정화 공정을 위하여 제1 챔버(100)를 통과한다. 상기 방사는 용융 방사의 방식으로 이루어지며, 방사 시점에 상기 PCS의 점도는 적정한 점도로 유지되며 이는 후속 공정의 PCS 섬유 물성 유지를 위하여 중요하다. Referring to FIG. 1, the synthesized polycarbosilane (PCS) is radiated and passes through the first chamber 100 in a fibrous form along the PCS transfer path 50 for an immobilization process or a stabilization process. The spinning is carried out by melt spinning, and at the time of spinning the viscosity of the PCS is maintained at an appropriate viscosity, which is important for maintaining the physical properties of the PCS fiber in the subsequent process.

상기 합성된 PCS의 점도는 온도에 따라 가변적이며 온도별로 점도를 측정하여, 상기 PCS의 점도가 10 내지 20 Pa.S가 되는 범위에서 방사를 시작하는 것이 바람직하다. 또한, 합성 폴리카보실란의 고분자 특성은 결국 최종 산물인 SiC 물성과 인과 관계를 가지고 있어, 상기 폴리카보실란의 합성 시 이러한 물성의 인과 관계 및 요구되는 SiC의 적용 분야를 고려하여 폴리카보실란의 특성을 설계할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리카보실란의 중량평균 분자량은 1500 내지 3500이고, 수평균 분자량은 800 내지 1300이며, 다분산지수(Polydispersity index, PI)는 1.5 내지 3.0일 수 있다. 또한, 상기 폴리카보실란으로서 150 내지 300℃의 용융 온도를 갖는 폴리카보실란이 사용되는 것이 바람직하다.
The viscosity of the synthesized PCS is variable depending on the temperature, and it is preferable to start the spinning in a range where the viscosity of the PCS is 10-20 Pa.S. by measuring the viscosity by temperature. In addition, the polymer properties of synthetic polycarbosilane have a causal relationship with the final product, SiC. Therefore, considering the causal relationship between the properties of the polycarbosilane and the application fields of SiC, . ≪ / RTI > According to one embodiment of the present invention, the polycarbosilane has a weight average molecular weight of 1500 to 3500, a number average molecular weight of 800 to 1300, and a polydispersity index (PI) of 1.5 to 3.0. It is also preferable that polycarbosilane having a melting temperature of 150 to 300 캜 is used as the polycarbosilane.

이하에서는 폴리카보실란의 합성 및 방사 단계에 대하여 구체적인 예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the synthesis and spinning steps of the polycarbosilane will be described with specific examples. However, the content of the present invention is not limited by the following examples.

[합성예 1] PCS의 합성[Synthesis Example 1] Synthesis of PCS

본 발명에서 사용한 PCS 전구체로서 디클로로디메틸실란(Dichlorodimethylsilane)을 사용하였고, 이를 탈클로린화하여 폴리실란(Polysilane)을 합성하였다. 상기 폴리실란을 고온 고압하에서 장시간 열분해함으로써 PCS를 합성하였다. 합성된 PCS를 가스크로마토그라피(GPS)로 측정한 중량평균분자량(Mw)은 1600~3000이었고, 수평균분자량(Mn)은 1000 ~ 1300이었다.
Dichlorodimethylsilane was used as a PCS precursor used in the present invention, and dechlorination was performed to synthesize a polysilane. PCS was synthesized by thermally decomposing the polysilane under high temperature and high pressure for a long time. The weight average molecular weight (Mw) of the synthesized PCS measured by gas chromatography (GPS) was 1600 to 3000 and the number average molecular weight (Mn) was 1000 to 1300.

[실시예 1] 방사[Example 1] Radiation

합성된 PCS의 점도를 온도별로 측정하여, 점도가 10~20 Pa.S 범위에서 방사를 시작 하였다. 먼저 PCS 파우더를 불활성 분위기에서 용융하면서 저어 주어 기포를 제거하였고 30개의 구멍을 갖는 노즐을 사용하여 방사를 진행 하였다. 방사 장비는 익스투루더(extruder)형을 사용하였으며, 노즐에서 나온 섬유는 와인더에서 수 백 RPM으로 감아서 섬유의 직경을 조절하였다. 방사된 PCS 섬유는 강도가 거의 없고 부스러지기 쉬운 특성을 갖고 있었으며, 평균 직경은 약 30㎛이었다.
The viscosity of the synthesized PCS was measured by temperature and irradiation was started at a viscosity ranging from 10 to 20 Pa.S. First, the PCS powder was melted in an inert atmosphere and stirred to remove air bubbles, and spinning was carried out using a nozzle having 30 holes. The extruder type was used for the spinning equipment, and the fibers from the nozzle were wound several hundred RPM in the winder to control the fiber diameter. The irradiated PCS fibers had little strength and easy to break, and the average diameter was about 30 μm.

도 1을 다시 참조하면, 실시예 1에서와 같이 압출 방식으로 용융 방사되어 준비된 PCS 섬유는 부스러지기 쉬운, 소위 그린화이버(Green fiber)형태의 섬유로서 최종적인 열처리 단계를 위해서는 경화 또는 안정화 단계를 거쳐야 한다. 상기 PCS 섬유는 전술한 바와 같이 PCS 이동로(50)를 따라 제1 챔버(100) 내로 유입된다. 상기 PCS 이동로(50)는 예를 들어 컨베이어 벨트 등의 이동 수단일 수 있다. 상기 제1 챔버(100)는 PCS 섬유의 안정화 단계가 수행되는 챔버이며, 본 발명에 따른 안정화 단계는 폴리카보실란 섬유에 오존 가스를 처리함으로써 이루어질 수 있다. Referring again to FIG. 1, the PCS fiber prepared by melt-spinning in the extrusion method as in Example 1 is a so-called green fiber type fiber which is easy to be crumbled and must undergo a hardening or stabilization step for the final heat treatment step do. The PCS fibers are introduced into the first chamber 100 along the PCS traveling path 50 as described above. The PCS moving path 50 may be a moving means such as a conveyor belt. The first chamber 100 is a chamber in which the PCS fiber stabilization step is performed, and the stabilizing step according to the present invention can be performed by treating the polycarbosilane fiber with ozone gas.

상기 제1 챔버(100)는 내부에는 오존 가스를 공급받아 상기 오존 가스를 분해하여 산소 발생을 촉진하기 위하여, 일종의 에너지 공급 수단으로서 자외선 램프(110)가 구비되어 있다. 상기 자외선 램프(110)에서 방출되는 자외선의 파장은 178nm~ 250 nm일 수 있다. 또한, 자외선 램프(110)는 10w 이상의 전력을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1 챔버(100) 내부에 오존 가스 분위기를 형성하기 위하여, 상기 제1 챔버(100)의 외부에는 상기 제1 챔버(100)와 관 구조물 등에 의하여 공간적으로 연결되어 있는 오존 발생부(300)가 배치되어 있다. 상기 오존 발생부(300)의 종류는 특별히 제안되지 않으며 공지의 다양한 방식의 오존 발생 장치 등이 상기 오존 발생부(300)에 도입될 수 있다. 상기 오존 발생부(300)에서 오존을 발생하는 소스로서 산소 가스가 사용되며, 상기 오존 발생부(300)는 오존 발생부 외부에 배치된 산소 공급부(400)로부터 산소를 공급받는다. 즉, 오존 발생부(300)는 상기 산소 공급부(400)로부터 산소를 공급 받아, 오존 가스를 발생시키고 발생된 오존 가스를 상기 제1 챔버(100)에 공급하는 역할을 수행한다.The first chamber 100 is provided with an ultraviolet lamp 110 as a kind of energy supplying means for supplying ozone gas to the inside of the first chamber 100 to decompose the ozone gas to promote oxygen generation. The wavelength of ultraviolet rays emitted from the ultraviolet lamp 110 may be 178 nm to 250 nm. Further, the ultraviolet lamp 110 preferably has a power of 10 w or more. In order to form an ozone gas atmosphere in the first chamber 100, an ozone generating unit 300, which is spatially connected to the first chamber 100 by a tube structure or the like, is provided outside the first chamber 100, Respectively. The type of the ozone generator 300 is not particularly suggested, and various known ozone generators may be introduced into the ozone generator 300. Oxygen gas is used as a source for generating ozone in the ozone generating unit 300 and the ozone generating unit 300 receives oxygen from the oxygen supplying unit 400 disposed outside the ozone generating unit. That is, the ozone generating unit 300 receives oxygen from the oxygen supplying unit 400, generates ozone gas, and supplies the generated ozone gas to the first chamber 100.

상기 제1 챔버(100) 내부의 오존 농도는 공정의 특성에 따라 고려될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른면, 상기 오존의 농도는 100g/m3 이하일 수 있다. 한편, 상기 제1 챔버(100) 내부의 온도는 상온이어도 무방하며, 경우에 따라서는 가열 조건에서 안정화 공정이 이루어질 수 있다. 가열이 이루어지더라도, 상기 제1 챔버(100) 내부의 온도는 200℃ 이하로 유지되는 것이 바람직하다. The concentration of ozone in the first chamber 100 may be considered according to the characteristics of the process, but according to an embodiment of the present invention, the concentration of the ozone may be 100 g / m 3 or less. Meanwhile, the temperature inside the first chamber 100 may be room temperature, and in some cases, the stabilization process may be performed under heating conditions. Even if heating is performed, the temperature inside the first chamber 100 is preferably maintained at 200 ° C or lower.

상기 제1 챔버(100)를 통과하는 PCS 섬유는 자외선 램프(110)에 의하여 조사되는 자외선 및 오존 가스 분위기 하에서 안정화 처리되며, 안정화 처리 시간은 수분 이내에 이루어질 수도 있다. 구체적으로 상기 자외선 및 오존 처리 시간은 1분 내지 120분 동안 이루어질 수 있다. 상기 안정화 단계의 공정 시간은 자외선 램프(110)의 강도, 오존 가스의 농도 및 제1 챔버(100) 내부의 온도 조건 등에 따라 가변적일 수 있으나 종래의 경화방식이나 요오드 가스에 의한 안정화 공정에 비하여 획기적으로 단축될 수 있다.The PCS fibers passing through the first chamber 100 may be stabilized under ultraviolet rays and ozone gas irradiated by the ultraviolet lamp 110, and the stabilization treatment time may be within several minutes. Specifically, the ultraviolet ray and ozone treatment time may be 1 to 120 minutes. The process time of the stabilization step may be variable depending on the intensity of the ultraviolet lamp 110, the concentration of the ozone gas, the temperature condition inside the first chamber 100, and the like. However, compared with the conventional curing method or the stabilization process using iodine gas, .

제1 챔버(100) 내에서 PCS 섬유의 안정화 공정이 완료된 후에 잔존하는 미반응 오존 가스는 그냥 배출되지 않고, 상기 제1 챔버(100)와 연결되어 배치되는 오존가스 필터부(500)을 거쳐 대기 중으로 배출된다. 상기 오존가스 필터부(500)는 상기 제1 챔버(100)로부터 배출된 미반응 오존가스에 열을 공급하여 상기 오존가스를 산소로 분해하는 가열수단(510)을 포함한다. 상기 가열 수단(510)의 종류 및 방식은 크게 제한되지 않는다. 상기 가열 수단(510)은 상기 오존가스 필터부(500)로 배출된 오존 가스가 100 내지 200℃의 온도가 되도록 가열함으로써 오존 가스를 수초 이내의 단 시간에 산소로 분해할 수 있다. 즉, 상기 오존가스 필터부(500)에 머무르지 않고 그대로 통과하는 것만으로 오존가스 형태의 배출을 차단할 수 잇다. 이처럼 상기 오존가스 필터부(500)에 의하여 분해된 오존 가스, 즉 산소는 비로소 대기 중으로 최종 배출된다. 따라서 오존 가스의 직접 배출에 따른 추가적인 환경문제를 야기하지 않으며, 나아가 종래 방식 중의 하나인 요오드 가스를 활용한 안정화 공정에서 문제가 되었던 환경문제, 작업 위험성 등의 문제는 용이하게 극복될 수 있다. After the PCS fiber stabilization process is completed in the first chamber 100, the remaining unreacted ozone gas is not discharged but passes through the ozone gas filter unit 500 connected to the first chamber 100, Lt; / RTI > The ozone gas filter unit 500 includes heating means 510 for supplying heat to unreacted ozone gas discharged from the first chamber 100 and decomposing the ozone gas into oxygen. The type and manner of the heating means 510 are not limited to a great extent. The heating means 510 can heat the ozone gas discharged into the ozone gas filter unit 500 to a temperature of 100 to 200 ° C to decompose the ozone gas into oxygen within a short time within a few seconds. That is, it is possible to prevent the ozone gas type emission by simply passing through the ozone gas filter unit 500 without staying. The ozone gas decomposed by the ozone gas filter unit 500, that is, oxygen, is finally discharged into the atmosphere. Therefore, it does not cause any additional environmental problems due to the direct discharge of ozone gas. Furthermore, problems such as environmental problems and work risks, which have been a problem in the stabilization process using iodine gas, which is one of the conventional methods, can be easily overcome.

안정화 공정이 완료되어, PCS 섬유가 불융화 되면 아래 화학식(1) 또는 화학식(2)으로 표시되는 PCS의 분자 구조는 후술하는 바와 같은 결합상의 변화를 나타내며, 이러한 결합 구조의 변화가 불융화의 원인이 된다.
When the stabilization process is completed and the PCS fiber is incompatible, the molecular structure of PCS represented by the following formula (1) or (2) exhibits the following bonding phase change, .

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학 구조를 갖는 PCS 섬유는 불융화 과정을 거치면서, 섬유 표면에 가교결합이 형성된다. 구체적으로 -Si-H- 부위는 -Si-O-Si- 부위로 공유결합 형태가 변형되며, -Si-CH3- 부위는 Si-C-O- 부위로 공유결합 형태가 변화된다. 이와 같은 구조 변화는 FT-IR 스펙트럼을 측정하여 확인할 수 있다. 예를 들어, FT-IR 스펨트럼에서 2100cm-1 파수에서는 PCS의 'Si-H' 스트레칭 진동(stretching vibration)이 강한 흡수 피크를 나타내고, 1260cm-1 주파수에서는 'Si-CH3'변형 진동(deformation vibration)의 흡수 피크가 강하게 나타내므로, 이의 흡수 강도를 비교하여 경화 전후에 안정화 공정의 효과를 비교 확인할 수 있다. PCS에서 경화 공정으로 인하여 'Si-H' 부위의 감소가 나타나며 'Si-O-Si' 본드와의 가교결합이 형성된다. 마찬가지로 'Si-CH3'부위도 동일한 경향을 갖는다. 따라서 상대적으로 1260cm-1, 2100cm-1 피크에서 각 그룹의 감소 정도를 다음과 같은 수학식(1) 및 수학식(2)에 의하여 계산하여 비교함으로써 안정화 전??후의 상태 변화를 정량화 할 수 있다.
The PCS fiber having the above-described chemical structure undergoes an infusibility process, and crosslinking is formed on the fiber surface. Specifically, the -Si-H- moiety is modified to the covalent bond form to the -Si-O-Si- moiety, and the -Si-CH3- moiety is changed to the Si-CO- moiety to form the covalent bond. This structural change can be confirmed by measuring the FT-IR spectrum. For example, FT-IR spectrum in the spam 2100cm -1 in a wave number indicates a strong absorption band 'Si-H' stretching vibration (stretching vibration) of PCS, 1260cm -1 frequencies, 'Si-CH 3' deformation vibration (deformation vibration absorption peaks are strongly shown, so that the absorption strengths thereof are compared and the effects of the stabilization step before and after curing can be confirmed and confirmed. In the PCS, the 'Si-H' site appears to be reduced due to the curing process and crosslinking with the 'Si-O-Si' bond is formed. Likewise, the 'Si-CH 3 ' site has the same tendency. Therefore, the state change after stabilization can be quantified by comparing the degree of decrease of each group at 1260 cm -1 and 2100 cm -1 peaks by the following equations (1) and (2) .

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

이하에서는, 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 안정화 공정을 설명하고, 실험 결과로서 안정화 공정의 유효성을 검증하기로 한다.
Hereinafter, a stabilization process according to an embodiment of the present invention will be described with specific examples, and the validity of the stabilization process will be verified as a result of the experiment.

[실시예 2 내지 7] 안정화 공정[Examples 2 to 7] Stabilization process

오존 소스로서 산소를 사용하였고, 오존 발생부(도 1의 300) 내에서 오존 가스를 생성하였다. 상기 오존 발생부(100)에서 오존의 농도는 10g/m3, 유량은 1LPM, 그리고 오존가스 방출압력은 0.5kg/cm2 로 하였다. 오존반응 챔버(100) 내에서 자외선 램프(110)는 오존가스를 활성화시켜 반응속도를 높이도록 하기 위하여 사용하였다. 자외선 램프(110)로서는 주로 178nm의 파장을 갖는 자외선 방출하며, 15W의 전력을 갖는 수은램프가 사용되었다. 실시예 1에서 준비된 PCS 섬유의 안정화 공정 처리 시간(자외선-오존 조사 시간)은 각각 5분(실시예 2), 10분(실시예 3), 15분(실시예 4), 20분(실시예 5), 30분(실시예6), 60분(실시예7)으로 다양화 하여 실시하였다. 한편, 미반응 오존 가스의 분해 후에 대기 중으로 산소만을 배출하기 위하여 오존가스 필터(도 1의 500)에서 100~200℃까지 사용 가능한 히터 튜브를 설치하여 미반응 오존 가스가 통과하면서 바로 분해가 완전히 일어나도록 하였다. 미반응 오존 가스는 140℃의 경우에 1초 이하에서 분해가 일어났다.
Oxygen was used as the ozone source, and ozone gas was generated in the ozone generator (300 in FIG. 1). The ozone concentration in the ozone generator 100 was 10 g / m 3 , the flow rate was 1 LPM, and the ozone gas discharge pressure was 0.5 kg / cm 2 . In the ozone reaction chamber 100, the ultraviolet lamp 110 was used to increase the reaction rate by activating the ozone gas. As the ultraviolet lamp 110, a mercury lamp which emits ultraviolet rays having a wavelength of 178 nm and has a power of 15 W was mainly used. (Example 2), 10 minutes (Example 3), 15 minutes (Example 4), 20 minutes (Examples 2 to 5) (Example 2) 5), 30 minutes (Example 6), and 60 minutes (Example 7). On the other hand, in order to exhaust only oxygen into the atmosphere after the decomposition of the unreacted ozone gas, a heater tube which can be used at 100 to 200 ° C is installed in the ozone gas filter (500 in FIG. 1) Respectively. The unreacted ozone gas decomposed in less than 1 second at 140 ℃.

FT-IR 스펙트럼 분석FT-IR spectrum analysis

안정화 공정을 거치치 않은 PCS 섬유를 비교예 1로 하여, 비교예 1 및, 상기 실시예 2 내지 7과 같은 안정화 공정을 거친 PCS 섬유의 FT-IR 스펙트럼을 분석하고 도 2 내지 도 8에 그 결과를 나타냈다. The FT-IR spectra of the PCS fibers subjected to the stabilization process as in Comparative Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 to 7 were analyzed, and the results thereof were shown in Figs. 2 to 8 Respectively.

도 2는 비교예 1에 따른 PCS 섬유의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프이며, 도 3 내지 도 8은 각각 실시예 2 내지 7에 따른 PCS 섬유의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프들이다. 한편, 도 9는 실시예 2 내지 7에 따른 PCS 섬유에 대하여 각각 1260cm-1(Si-CH3) 및 2100cm-1(Si-H) 피크에서의 안정화 공정 시간에 따른 흡수 강도 변화를 도시한 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the FT-IR spectrum of the PCS fiber according to Comparative Example 1, and FIGS. 3 to 8 are graphs showing the FT-IR spectrum of the PCS fiber according to Examples 2 to 7, respectively. 9 is a graph showing changes in absorption intensity with time of stabilization at peaks at 1260 cm -1 (Si-CH 3 ) and 2100 cm -1 (Si-H), respectively, for the PCS fibers according to Examples 2 to 7 to be.

도 9를 참조하면, 자외선-오존을 30분 및 60분 처리한 시편의 경우에는 경화 시에 250℃까지만 안정화 처리를 하였다. 도 9에서 보는 바와 같이, 5분부터 20분까지 Si-H와 Si-CH3 결합에서의 적외선 분광흡수 강도 변화는 동일한 경향을 보여주고 있으나, PCS 섬유가 경화공정 처리 전에 비하여 대체로 15~25%의 변화가 발생하였다. 이같은 변화는 Si-CH3 결합에서 약간 크게 나타났다. Referring to FIG. 9, in the case of specimens treated with ultraviolet-ozone for 30 minutes and 60 minutes, stabilization treatment was performed only up to 250 ° C at the time of curing. As shown in FIG. 9, the infrared spectroscopic absorption intensity changes of Si-H and Si-CH 3 bonds are the same from 5 minutes to 20 minutes. However, PCS fibers are generally 15 to 25% . These changes were slightly larger in Si-CH 3 bonds.

위의 결과로부터 자외선-오존 처리를 5분만 하여도 충분하게 PCS 섬유내의 가교결합을 유도하여, 궁극적으로는 PCS 섬유의 용융을 막아주었다. 이 결과로부터 자외선-오존에 의한 경화 공정 기술은 기존의 어떠한 공정 기술 보다도 아주 짧은 시간에 처리를 할 수 있어, 양산 시에도 적용이 가능하고 특히 경제성이 크게 뛰어나 고가의 SiC 제조 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.From the above results, even after five minutes of ultraviolet-ozone treatment, sufficient crosslinking of the PCS fiber was induced, which ultimately prevented melting of the PCS fiber. From this result, it can be said that the UV-ozone hardening process can be applied in a very short time compared with any existing process technology, so that it can be applied also in mass production, and it is possible to reduce the manufacturing cost of expensive SiC I hope.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정화 단계를 거친 PCS 섬유의 모습을 나타내는 사진이다. 10 is a photograph showing a state of PCS fiber after stabilization according to an embodiment of the present invention.

도 10에서 보는 바와 같이, 경화 공정(안정화 공정)을 마친 후에 관찰한 결과 실시예 2 내지 7의 모든 시편(PCS 섬유)에서는 섬유의 용융 현상이 관찰되지 않았으며, 섬유의 강도가 증가하여 안정화 공정 수행 전 PCS 섬유와는 이질적으로 변화되어 부스러지 않는 상태가 되었음을 확인할 수 있었다. 반면에, 안정화 공정을 거치지 않은 비교예 1의 PCS 시편에서는 용융현상이 발생하여 섬유의 형상을 유지하지 못하였다. As shown in FIG. 10, after the completion of the curing process (stabilization process), no melting phenomenon of fibers was observed in all the specimens (PCS fibers) of Examples 2 to 7, It can be confirmed that the fiber is heterogeneously changed from the PCS fiber before running and is not broken. On the other hand, the PCS specimen of Comparative Example 1, which had not undergone the stabilization process, failed to maintain the shape of the fiber due to melting phenomenon.

도 1을 다시 참조하면, 상기 제1 챔버(100)를 거쳐 불융화된, 즉 안정화되어 고온 안정성을 확보한 PCS 섬유는 연속적으로 제2 챔버(200)로 이동하게 된다. 상기 제 2 챔버 내에서는 경화 및 SiC 섬유 생성을 위한 소성 반응이 이루어지며, 상기 제2 챔버(200)는 열처리로의 일종이다. 상기 제2 챔버(200) 내에서는 1차적으로 약 300℃까지 승온하면서 안정화된 PCS 섬유를 1차적으로 경화시키는 1차 열처리 단계가 진행된다. 이후, 제2 챔버(200)를 순차적으로 승온시켜 1000 내지 1800℃의 최고 온도를 거치도록 한 후 냉각 시키는 2차 열처리 단계를 수행한다. 상기 냉각은 상온에 그대 방치하는 자연 냉각 방식일 수 있다. 한편, 승온의 속도(온도 기울기) 등은 목표하는 SiC 물성을 고려하여 유기적으로 설계될 수 있다. 상기 1차 열처리 단계 및 2차 열처리 단계 사이에는 PCS 섬유의 용융 상태 또는 불융 상태를 확인할 수 있다. Referring again to FIG. 1, the PCS fibers, which have not been melted through the first chamber 100, that is, stabilized and secured at high temperature stability, are continuously moved to the second chamber 200. In the second chamber, a firing reaction for curing and SiC fiber formation is performed, and the second chamber 200 is a kind of heat treatment furnace. In the second chamber 200, a first heat treatment step for primarily curing the stabilized PCS fiber is performed while raising the temperature to about 300 ° C. Thereafter, a second heat treatment step is performed in which the second chamber 200 is sequentially heated to a maximum temperature of 1000 to 1800 ° C, followed by cooling. The cooling may be a natural cooling method in which it is left at room temperature. On the other hand, the rate of temperature rise (temperature gradient) and the like can be designed organically in consideration of the target SiC properties. Between the first heat treatment step and the second heat treatment step, the melting state or the molten state of the PCS fiber can be confirmed.

전술한 안정화 단계와 열처리 단계는 연속 공정으로 수행될 수 있으며, 자세히 설명하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드의 제조 방법은 방사부터 열처리 단계까지의 모든 단계가 일련의 연속 공정으로 수행될 수 있다. The stabilization step and the heat treatment step described above can be performed in a continuous process, and although not described in detail, in the method of manufacturing silicon carbide according to an embodiment of the present invention, all the steps from the spinning to the heat treatment step are performed in a series of continuous processes .

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 단계를 구체적인 예를 들어 설명하기로 한다.
Hereinafter, a heat treatment step according to an embodiment of the present invention will be described with specific examples.

[실시예 8] 열처리 단계[Example 8] Heat treatment step

자외선-오존 처리(안정화 단계)를 완료한 PCS 섬유는 제2 챔버(200) 내에서 질소 분위기 하에서 300℃까지만 열처리를 수행하였다(1차 열처리 단계). 온도 싸이클은 상온-160℃까지는 10℃/min.로, 160~300℃까지는 1℃/min.로 가열하였다. 경화 처리 후에 PCS 섬유의 불융화 상태를 확인한 후에 이 시험 시편들을 다시 제2 챔버(또는 연속된 열처리로)에 넣고서 1250℃까지 열처리를 수행하였다. 300~600℃ 까지는 1℃.min. 승온시키고 1시간 유지한 후에 1250℃까지는 5℃/min 승온시켰으며 1시간 유지 후에 상온까지 냉각하는 열처리 싸이클을 적용하였다. 2차 열처리 단계는 질소 또는 아르곤 가스 분위기 하에서 이루어졌다.
The PCS fiber having completed the ultraviolet ray-ozone treatment (stabilization step) was subjected to heat treatment only in the second chamber 200 under a nitrogen atmosphere up to 300 ° C (first heat treatment step). The temperature cycle was heated at a rate of 10 ° C / min up to -160 ° C and at 1 ° C / min up to 160 ° C to 300 ° C. After the hardening treatment, the test pieces were placed in a second chamber (or a continuous heat treatment furnace) and heat treatment was performed at 1250 ° C. Min to 300 ° C to 600 ° C. The temperature was raised to 5 ° C / min up to 1250 ° C after the temperature was maintained for 1 hour, and a heat treatment cycle of cooling to room temperature after 1 hour was applied. The second heat treatment step was performed under a nitrogen or argon gas atmosphere.

도 11은 실시예 4의 안정화 단계를 거친 PCS 섬유에 대하여 실시예 8에 따라 열처리 단계를 수행한 후 수득된 SiC 섬유의 모습을 도시한 SEM 사진이다. 도 11을 참조하면, SiC 섬유는 원형으로서 직경은 약 13㎛이었다.11 is an SEM photograph showing the appearance of the SiC fiber obtained after the heat treatment step according to Example 8 is performed on the PCS fiber after the stabilization step of Example 4. Fig. Referring to Fig. 11, the SiC fibers were circular and had a diameter of about 13 mu m.

도 12는 실시예 4의 안정화 단계를 거친 PCS 섬유에 대하여 실시예 8에 따라 열처리 단계를 수행 후 수득된 SiC 섬유에 대하여 XRD(X-ray duffraction)로 패턴을 분석한 결과를 도시한 그래프이다. 도 12를 참조하면, 수득된 SiC 섬유는 2θ=35.7와 2θ=60.0에서 주요 피크가 관찰되어서 β-SiC 구조로 형성되었음을 확인하였다.FIG. 12 is a graph showing the results of XRD (X-ray duffing) analysis of the SiC fibers obtained after the heat treatment step according to Example 8 for PCS fibers having undergone the stabilization step of Example 4. FIG. Referring to FIG. 12, it was confirmed that the main peak was observed at 2? = 35.7 and 2? = 60.0 in the obtained SiC fiber to form a? -SiC structure.

Claims (13)

폴리카보실란을 방사하여 폴리카보실란 섬유를 준비하는 단계;
상기 폴리카보실란 섬유에 오존 가스를 처리하여 상기 폴리카보실란 섬유를 안정화 시키는 안정화 단계; 및
상기 안정화된 폴리카보실란을 열처리하는 열처리 단계를 포함하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
Spinning the polycarbosilane to prepare a polycarbosilane fiber;
Stabilizing the polycarbosilane fiber by treating ozone gas to stabilize the polycarbosilane fiber; And
And a heat treatment step of heat-treating the stabilized polycarbosilane.
제1항에 있어서,
상기 오존 가스의 처리는 광원의 존재 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the treatment of the ozone gas is performed in the presence of a light source.
제2항에 있어서,
상기 광원은 자외선인 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the light source is ultraviolet light.
제3항에 있어서,
상기 자외선의 파장은 178nm~250nm인 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the wavelength of the ultraviolet ray is 178 nm to 250 nm.
제1항에 있어서,
상기 안정화 단계는 1분 내지 120분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the stabilizing step is performed for 1 to 120 minutes.
제1항에 있어서,
상기 안정화 단계는 상온 내지 200℃의 온도 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the stabilizing step is performed at a temperature of from room temperature to 200 ° C.
제1항에 있어서,
상기 폴리카보실란은 150 내지 300℃의 용융온도를 갖는 것임을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polycarbosilane has a melting temperature of from 150 to < RTI ID = 0.0 > 300 C. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 폴리카보실란은 1500 내지 3500의 중량평균분자량을 갖고 1.5 내지 3.0의 다분산지수(Polydispersity index, PI)를 갖는 것임을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polycarbosilane has a weight average molecular weight of 1500 to 3500 and a polydispersity index (PI) of 1.5 to 3.0.
제1항에 있어서,
상기 열처리 단계에서, 열처리 온도는 최고 온도가 1000 내지 1800℃가 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment temperature is adjusted so that the maximum temperature is 1000 to 1800 占 폚.
제1항에 있어서,
상기 안정화 단계는 미반응 오존 가스를 100 내지 200℃의 온도 하에서 분해시켜 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the stabilizing step comprises decomposing and discharging the unreacted ozone gas at a temperature of 100 to 200 캜.
제1항에 있어서,
상기 열처리 단계는, 안정화된 폴리카보실란 섬유를 경화시키기 위하여 300℃ 이하에서 열처리하는 제1 열처리 단계; 및
상기 경화된 포리카보실란 섬유를 실리콘카바이드 섬유로 변화시키기 위하여 300 내지 1800℃의 온도 하에서 열처리하는 제2 열처리 단계를 포함하는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법.
The method according to claim 1,
The heat treatment step may include: a first heat treatment step of performing heat treatment at 300 ° C or less to cure the stabilized polycarbosilane fiber; And
And a second heat treatment step of heat treating the hardened polycarbosilane fiber to a silicon carbide fiber under a temperature of 300 to 1800 ° C.
방사되어 유입된 폴리카보실란 섬유를 오존 가스로 처리하기 위한 반응 챔버로서, 내부에 자외선 램프를 구비한 제1 챔버;
상기 제1 챔버의 인접 영역에 배치되고 상기 제1 챔버로 오존을 공급하기 위한 오존 발생부;
상기 오존 발생부에 산소를 공급하기 위하여, 상기 오존 발생부와 공간적으로 연결되어 있는 산소 공급부; 및
상기 폴리카보실란 섬유의 이동 방향을 따라 상기 제1 챔버의 인접영역에 배치되고, 상기 제1 챔버로부터 배출된 상기 폴리카보실란 섬유를 열처리하기 위한 제2 챔버를 포함하는 실리콘카바이드 제조 시스템.
1. A reaction chamber for treating radially introduced polycarbosilane fibers with ozone gas, comprising: a first chamber having an ultraviolet lamp inside;
An ozone generator disposed in an adjacent region of the first chamber and supplying ozone to the first chamber;
An oxygen supply unit spatially connected to the ozone generator to supply oxygen to the ozone generator; And
And a second chamber disposed in an adjacent region of the first chamber along the direction of movement of the polycarbosilane fiber and for heat treating the polycarbosilane fibers discharged from the first chamber.
제12항에 있어서,
상기 제1 챔버 내의 미반응 온존 가스를 분해하기 위하여, 상기 제1 챔버와 공간적으로 연결되어 있고,
상기 오존 가스에 열을 가하기 위한 가열 수단; 및
상기 오존 가스의 분해에 의하여 생성된 산소 가스를 외부로 배출하기 위한 산소 배출구를 포함하는 오존 가스 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 제조 시스템.





13. The method of claim 12,
The first chamber being spatially connected to decompose the unreacted on-off gas in the first chamber,
Heating means for applying heat to the ozone gas; And
Further comprising an ozone gas filter portion including an oxygen outlet for discharging oxygen gas generated by decomposition of the ozone gas to the outside.





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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3547824B2 (en) * 1994-12-28 2004-07-28 東邦テナックス株式会社 Surface treatment method and apparatus for carbon fiber
JP2005232244A (en) * 2004-02-18 2005-09-02 Denki Kagaku Kogyo Kk Infusibilized organic silicon polymer
KR101209110B1 (en) * 2010-04-09 2012-12-06 한국세라믹기술원 Silicon carbide and method of fabricating thereof
KR101296715B1 (en) * 2011-07-05 2013-08-20 최대규 Manufacture apparatus for carbon fiber using ozonizer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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