기술내용
탄화규소(SiC)는 여러 가지 노형의 미래원자력 시스템용 핵심부품에 적용될 수 있는 다양한 활용성을 갖는 소재이다. SiC가 원자력용 노심소재로 우수한 성능을 발휘하기 위해서는 결정성이 우수하고 초고순도를 가져야 하는데, 이를 위해 화학기상증착법을 기반으로 한 초고순도 SiC 세라믹스 및 복합재료 제조기술을 확보하였다. 일반적인 화학기상증착법을 통해 섬유강화 복합재료를 제조할 경우 매우 긴 공정시간이 요구되며 기공구조가 불균일한 단점을 갖는다. 본 연구팀에서는 이러한 단점의 개선을 위해 직경이 50nm 이하인 SiC 나노와이어 또는 휘스커를 성장시켜 공정시간을 단축하고 SiC 기지상을 섬유와 함께 다중으로 강화시키는 기술을 개발하였다. 이러한 방법으로 제조된 SiCf/SiC 복합재료는 기존의 공정에 비해 제조시간은 20% 이상 단축하면서도 인장강도는 20%, PLS는 30%, 열확산도는 50% 이상 향상된 우수한 특성을 나타내었다. 이러한 기술을 바탕으로 초고온가스로용 SiC 및 ZrC 피복입자 코팅기술, SiCf/SiC 복합재료 제조기술, 핵연료 피복관용 다중층 SiC 복합재료 튜브 제조기술 등의 개발을 수행하고 있다.
적용분야
SiC 세라믹스 및 복합재료는 초고온가스로의 노내 구조물 및 열교환기 부품, 핵융합로 블랭킷 구조재, 고속로의 핵연료 피복관 등 다양한 미래원자력시스템 및 부품에 적용될 수 있는 핵심 소재이며 우주항공, 국방, 고효율 에너지 산업 등 비원자력 분야에서도 요구가 증대되고 있어 광범위한 활용이 가능한 소재이다. 뿐만 아니라 후쿠시마 사고 이후 중대사고 조건에서도 우수한 성능을 발휘할 수 있는 경수로 핵연료 피복관에 대한 요구가 증대되고 있어 성공적으로 적용이 이루어질 경우 원자로의 경제성 및 사고 안전성을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 그림 1은 SiC 세라믹스 및 복합재료의 원자력용 적용 분야를 요약한 것이다.
그림 1. SiC 세라믹스의 원자력 적용분야