2,000도 이상 견디는 세라믹 코팅기술 개발

전북대 문세연 교수팀 연구…고비용, 낮은 생산 극복

아주경제 최규온 기자 =2,000도 이상의 고온에서도 안정적으로 견딜 수 있는 초고온 세라믹 코팅 기술을 전북대학교 문세연 교수 연구팀(고온플라즈마응용연구센터)이 개발해 세계 학계 주목을 받고 있다.

이 연구 기술은 고온 환경에서의 내열이 요구되는 우주선 등 우주항공 분야와 발전소 터빈 블레이드, 원자로 내벽, 자동차, 산업기계 분야에 널리 활용이 가능해 앞으로 고부가가치 산업에 무궁무진하게 활용이 가능할 것으로 기대된다.
 

▲전북대 문세연 교수

초고온 세라믹은 고온 환경에서도 열이나 기계적으로 안정적인 재료로 실리콘카바이드(SiC)와 하프늄카바이드(HfC) 등이 이에 속한다. 미국 나사(NASA) 등에서는 초고온 세라믹의 우수한 물성에 주목해 초음속 비행과 지구 재진입 등의 극한 환경에서 비행물체를 보호하는 용도로 활용하고 있다.

그러나 초고온 세라믹 코팅을 위해 흔히 이용되는 물리적 타일 부착과 화학기상증착 방법 등의 경우 고비용에다 공정이 매우 복잡하고 낮은 생산성을 갖는다는 한계점이 있었다.

이런 점을 극복하고자 전북대 고온플라즈마응용연구센터 연구진은 고온의 플라즈마 화염에 하프늄카바이드 분말을 직접 투입해 용융·분사시키는 ‘진공플라즈마용사코팅’ 방법을 활용, 탄소 복합재 상에 수 백 마이크로미터 두께의 균일한 하프늄카바이드 보호층을 코팅하는 기술을 새롭게 개발했다.

이러한 진공플라즈마용사코팅 기법으로 코팅된 하프늄카바이드 층은 2000도 이상의 고온환경 시험에서 하부의 탄소복합재를 완벽하게 보호하며 그 안정성을 입증했다고 연구진은 밝혔다.

특히 이러한 연구 우수성을 인정받아 세라믹 분야 세계 최고 수준의 저널인 유럽 세라믹학회지 온라인판에 논문이 게재됐다.

이 논문의 제1저자인 유희일 연구원(고온플라즈마응용연구센터)은 “이번 성과는 고온플라즈마응용연구센터에 국내 최고 수준의 진공플라즈마용사 장비와 우수 연구진들이 있었기에 가능했다”며 “기존 방법보다 비용이 적게 들고 비교적 용이하게 만들 수 있기 때문에 향후 국내 첨단 우주항공 산업 발전을 위한 원천기술로 자리매김할 수 있을 것”이라고 말했다.

전북대 고온플라즈마응용연구센터는 2014년 9월 미래창조과학부의 고가장비구축사업의 일환으로 전북도와 완주군의 지원을 받아 완공되었으며, 2015년 6월 이후 세계 5번째 수준의 플라즈마 열풍동 장비와, 플라즈마 부품소재 장비 등 다양한 재료 분석 장비를 갖추고 있다.

한편, 이번 연구는 대양산업과 공동연구로 이뤄졌으며, 미래창조과학부의 핵융합연구개발사업과 우주기술개발사업의 지원을 받았다.