일반기술

고분자 열분해에 의한 신세라믹 복합체 개발

-최근의 고분자재료의 발달은 실리콘을 함유한 많은 고분자재료들을 생산하기에 이르렀고 이를 세라믹 제조에 응용하려는 시도가 활발하게 진행되고 있다. Si-C-H-O로 이루어진 이들 고분자재료는 1200℃의 비교적 낮은 온도의 열분해과정에서 쉽게 세라믹으로의 변환이 가능하며 polysilanes, -carbosilanes, -silanzanes, -siloxanes 등의 고분자 화합물은 열분해과정에서 세라믹으로의 변환율이 75% 이상으로 높아서 이들 재료를 이용한 세라믹 제조 개발이 기대되고 있다. 고분자재료의 좋은 성형성과 가공성을 이용하면 복잡한 형상의 제품제조가 가능하며, 낮은 온도에서의 세라믹으로의 변환, 또한 분자구조의 제어나 화합물의 조성 조절로 복합체나 nano구조의 세라믹 복합체 제조가능성 등은 이분야에 깊은 관심을 갖기에 충분하다. 그럼에도 지금까지의 연구는 주로 세라믹 코팅이나, fiber 제조, ceramic joining 정도에만 응용될뿐 ceramic bulk로의 응용은 많이 이루어 지지않고 있다. 이는 비중 1 g/cm3 정도의 유기물이 3 g/cm3 이상의 세라믹으로 변환하는 과정에서 50%정도의 큰 부피수축이 필수적이며 이과정에서 균열이나 기공의 형성으로 세라믹의 물성을 제한하기 때문이다.최근 active metal을 첨가하여 고분자 열분해과정과 동시에 금속의 세라믹으로의 변화반응을 시도하여 고분자의 수축과 금속의 팽창효과를 서로 상쇄시키려는 연구가 진행되고 있으며, 이경우 적당한 첨가원소나 함량 조절로 제조과정에서 수축율을 감소시킬 수 있어 near net shape의 세라믹 복합체 제조가 가능하다. 지금까지의 연구결과에 의하면 Mo, Ti, Cr, Si 등의 첨가에 의해 고분자를 열분해하여 제조한 세라믹 복합체의 경우 5 - 10%의 낮은 수축율과 이론 밀도의 95%에 육박하는 세라믹 복합체 제조가 가능하며, 파괴강도도 200 - 400MPa에 다다르고 있어 내마모 용도 등의 다양한 응용범위가 기대되고 있다. 특히 고분자재료의 좋은 성형성을 이용한 사출성형이나 압출성형이 용이하고, 기계가공이 가능하여 복잡한 형태의 제품제조와, 낮은 수축율을 이용한 정밀 칫수 조정의 가능성은 세라믹 제조의 새로운 전기를 마련할 것으로 보인다.