가압 소결된 HfC 및 TaC 초고온 세라믹스의 고온 산화 특성 평가

Abstract

세라믹 화합물 중 탄화물, 붕화물, 질화물이 높은 융점과 경도, 화학적 안정성 및 산화 저항성이 좋은 것으로 알려져 있고, 이러한 재료 중, HfC와 TaC는 극 초음속 관련 연구에 많은 관심사가 되고 있다. 특히 HfC와 TaC는 높은 고온에서 열적, 기계적 특성이 우수하며, 화학적 안정성이 높고, 높은 전기 및 열전도도, 그리고 부식 및 침식 저항성이 좋다. 하지만 HfC와 TaC는 높은 용융점과 강한 공유 결합 그리고 낮은 확산 계수 때문에 치밀화가 어렵다. 본 연구에서는 HfC와 TaC에 $MoSi_{2}$를 소결 조제로 사용하여 고온 가압소결을 통해 치밀화를 이루었다. 이 결과 5vol % $MoSi_{2}$가 첨가 되었을 때가 가장 치밀화가 잘 된 결과를 보였다. 이렇게 치밀화 된 HfC와 TaC의 산화 저항성 평가를 위해 furnace test 와 acetylene torch test를 이용하였다. 중 - 저온 영역에서의 산화 저항성 평가는 furnace test를 이용하였고, 고온 영역에서의 산화 저항성 평가는 acetylene torch test를 이용하였다. $1500\degC$에서의 일반 공기 중에서 furnace test결과 HfC와 TaC 모두 산화 저항성이 전혀 없음을 알 수 있었고, 이를 열역학적으로 분석해 보았다. 그리고 실제 초고온재료가 사용되는 환경의 분위기와 유사한 조건인 낮은 산소 분압에서의 furnace test결과 TaC는 우수한 산화 저항성을 나타내었고, HfC는 산화시간에 따라 산화 깊이 및 무게 변화가 선형적으로 증가하는 산화 양상을 나타내었다. 또한 실제 초고온재료의 사용 환경과 아주 유사한 조건인 $1800\degC$이상에서의 acetylene torch test 결과를 분석해 보았다.