[표지] 1
제출문 2
요약문 3
SUMMARY 5
CONTENTS 8
목차 10
제1장 서론 16
제1절 기술개발 개요 16
제2절 기술개발 주요 성과물 및 적용처 20
제2장 기술개발 필요성 25
제1절 기술적 필요성 및 타당성 25
1. 기술적 측면 25
2. 특허 확보 및 차별화 전략적 측면 29
3. 경제·산업적 측면 32
제2절 국내외 기술개발 현황 38
1. 국외 기술개발 현황 38
2. 국내 기술개발 현황 41
제3장 연구개발 목표 및 내용 43
제1절 연구개발 핵심기술 및 최종목표 43
1. 연구개발 핵심기술 43
2. 연구개발 최종목표 44
3. 핵심기술 연구내용, 평가방법 및 추진전략 45
제4장 연구개발 결과 48
제1절 출발섬유 연속 스프레딩 공정 개발 48
1. 출발 탄화규소 섬유 개요 48
2. 일반적인 섬유 스프레딩 장비 및 작동 원리 50
3. KIER의 SiC 섬유 스프레딩 공정 최적화 52
제2절 SiC 섬유 계면 코팅 58
1. 화학기상증착 공정(CVD)을 이용한 섬유계면 코팅 연구 58
2. 액상 공정에 의한 BN 코팅 64
제3절 세라믹 슬러리 함침, 프리프레그 제조 및 치밀화 기술 69
1. Screen Printing 공정 적용 프리프레그 제조 기술 70
2. Tape casting 공정 적용 프리프레그 제조 기술 74
3. SiC 섬유 FRP 열분해 공정 및 LSI 치밀화 기술 80
제4절 SiCf/SiC 복합소재 고온물성 평가[이미지참조] 82
1. 고온 인장강도 평가 82
2. 고온 Creep Rupture 물성 평가 86
3. 고온 피로수명 평가 88
제5장 결론 93
참고문헌 95
[뒷표지] 96
〈표 1-1〉 SiCf/SiC CMC 제조를 위한 KIER과 국내 타 연구기관과의 기술 비교[이미지참조] 18
〈표 2-1〉 CMC 터빈 로터의 주요특허 리스트 선별 결과 31
〈표 3-1〉 SiCf/SiC CMC 소재 개발을 위한 핵심기술[이미지참조] 43
〈표 3-2〉 SiCf/SiC CMC 소재 개발을 위한 정량적 최종목표[이미지참조] 44
〈표 3-3〉 SiCf/SiC CMC 소재 개발을 위한 핵심기술별 연구내용[이미지참조] 45
〈표 3-4〉 SiCf/SiC CMC 소재 개발을 위한 핵심기술 평가항목 및 평가방법[이미지참조] 47
〈표 4-1〉 전 세계의 상용화된 Polymer-Derived SiC 섬유 48
〈표 4-2〉 일본 UBE Industry Co. Tyranno SiC 섬유의 물성 49
〈표 4-3〉 SiC 섬유 스프레딩을 위한 공정 변수 56
〈표 4-4〉 붕산과 요소 이용 BN 전구체 이용 h-BN 코팅층 형성을 위한 공정변수 66
〈표 4-5〉 CMC 소재 제조를 위한 Tape Casting 슬러리의 최적 조성 79
〈표 4-6〉 고온 피로수명 평가 결과 정리 90
[그림 1-1] CMC 적용 대상 가스터빈 부품 17
[그림 1-2] H-Class 가스터빈용 CMC 소재 개발 사업 개요 및 최종개발 대상 제품 18
[그림 1-3] H-Class 가스터빈용 CMC 소재 개발 Stage-3~4 진입전략 계획 19
[그림 1-4] 주요 성과물 개념도 20
[그림 1-5] SiCf/SiC CMC 개발성과물 적용가능 분야[이미지참조] 21
[그림 1-6] H-Class 가스터빈용 CMC 소재 개발사업 포트폴리오 22
[그림 1-7] 두산중공업 가스터빈 개발 로드맵 22
[그림 1-8] 항공엔진산업의 밸류 체인 및 한화에어로스페이스 현 위치 23
[그림 1-9] 수요처 연계기술 및 성과물 활용 고객 24
[그림 2-1] 가스터빈 개발에 따른 작동온도 및 효율의 변화 25
[그림 2-2] 터빈 소재 및 냉각 기술 개발 추세 26
[그림 2-3] 터빈 입구온도 상승에 따른 냉각기술 개발 추세 27
[그림 2-4] 가스터빈용 소재의 시대별 사용온도 동향... 27
[그림 2-5] 터빈 냉각공기량에 따른 터빈 냉각량 28
[그림 2-6] CMC 터빈 로터 유효특허 선별 결과 29
[그림 2-7] 미국 GE사의 CMC IP History 분석 30
[그림 2-8] CMC 터빈 로터 분야에 대한 OS 매트릭스 분석 결과 31
[그림 2-9] 최근 및 향후 10년간 세계 가스터빈 설비 생산량 추이 33
[그림 2-10] 최근 및 향후 10년간 세계 가스터빈 시장규모 추이 33
[그림 2-11] 가스 터빈 제조사의 세계시장 점유율 예측 33
[그림 2-12] 항공기 엔진용 CMC 소재의 시장 및 성장률 예측 34
[그림 2-13] 항공기 엔진용 CMC 소재의 Porter's 5-Forces Analysis 35
[그림 2-14] 항공기 형태 및 부품 적용처별 항공기용 CMC 시장변화 예측 36
[그림 2-15] 응용 형태별 항공기용 CMC 시장변화 예측 36
[그림 2-16] 소재별 및 엔진 영역별 항공기용 CMC 시장변화 예측 36
[그림 2-17] 소재 제조공정별 항공기용 CMC 시장변화 예측 37
[그림 2-18] GE Aviation의 항공기용 엔진 부품의 연료효율 향상과 저방출 목표 37
[그림 2-19] CMC 적용한 가스 터빈 부품(GE, 미국) 39
[그림 2-20] CMC Shroud 부품을 적용한 LEAP 엔진의 개요 39
[그림 2-21] CMC Blade 부품을 적용한 F414 엔진 40
[그림 2-22] CMC 부품이 적용될 GE-9X 엔진의 개요 40
[그림 2-23] 국내 가스터빈 기술 수준 41
[그림 4-1] 열처리에 의한 Tyranno SA3 섬유의 결정구조 변화 50
[그림 4-2] 일본 Harmoni 사의 Single Tow Spreading System 작동 예 51
[그림 4-3] 일본 Harmoni 사의 Single Tow Spreading System 작동 원리 52
[그림 4-4] A-기관의 Single Tow Fiber Spreading System 사진 및 기본구성 53
[그림 4-5] A-연구기관의 Single Tow Fiber Spreading System을 이용한... 54
[그림 4-6] KIER 구축 Continuous Tow Spreading System 55
[그림 4-7] 초기 Tyranno SA3 섬유 및 D사와 KIER에서 진행한 스프레딩 섬유 폭 비교 57
[그림 4-8] 초기 Tyranno SA3 섬유 및 D사와 KIER에서 진행한 스프레딩 섬유 두께 비교 57
[그림 4-9] KIER 구축 Continuous Tow Spreading System 장비 이용... 58
[그림 4-10] CVD를 이용한 섬유 계면 코팅 두께 및 섬유 결정화도 영향 연구 개략도 59
[그림 4-11] 섬유 스프레딩에 다른 코팅층 균일도 영향 60
[그림 4-12] 코팅층 두께에 따른 복합재료 굽힘강도 결과 60
[그림 4-13] 섬유 코팅 두께에 따른 파단면 SEM 분석 결과 61
[그림 4-14] 섬유 코팅층 두께에 따른 섬유 및 코팅층 손상 62
[그림 4-15] BN 코팅층 열화 현상 분석을 위한 SEM 및 EDS 결과 62
[그림 4-16] 섬유 코팅층 두께에 따른 섬유 체적비 변화 64
[그림 4-17] 붕산과 요소를 이용한 BN 전구체 제조 및 코팅 공정도 65
[그림 4-18] 코팅 유지시간에 따른 PyC 코팅층 두께 변화 66
[그림 4-19] BN 전구체 이용 코팅 공정변수에 따른 h-BN 코팅층 미세구조... 67
[그림 4-20] BN 전구체 이용 코팅 공정변수에 따른 h-BN 코팅층 미세구조 및... 68
[그림 4-21] 기지상 세라믹 슬러리 적용 전/후의 CMC 소재 3점-굽힘강도 70
[그림 4-22] 기존의 스크래퍼를 이용한 (a) 세라믹 슬러리 함침 공정과 (b) screen printing... 71
[그림 4-23] 세라믹 슬러리를 이용한 Screen Printing 공정 모식도 71
[그림 4-24] Screen printing 거름체의 mesh 사이즈에 따른 슬러리 도포량 72
[그림 4-25] Screen printing squeegee의 sweep 횟수에 따른 슬러리 도포량 73
[그림 4-26] Screen printing 및 SUP4-4 슬러리를 적용하여 제작된 FRP 73
[그림 4-27] Screen printing 공정 적용 FRP소재의 SEM 미세구조 74
[그림 4-28] Screen printing 공정 적용 CMC 소재의 3점-굽힘강도 그래프 75
[그림 4-29] 세라믹 슬러리를 이용한 CMC 제조공정(위)과 tape casting 공정(아래) 76
[그림 4-30] 가열 교반중인 casting solution(좌)과 tape casting 공정에 사용한 MTI 사의... 76
[그림 4-31] Doctor blade를 이용한 tape casting 공정(좌)과 건조된 슬러리 casting tape(우) 77
[그림 4-32] ① 강화섬유와 슬러리 tape의 적층 ② FRP 제조를 위한 vacuum bagging 공정... 78
[그림 4-33] Tape casting 슬러리의 조성 최적화 전(위)과 후(아래) 조건에서 제조된... 78
[그림 4-34] 세라믹 슬러리 tape casting 공정 적용 CMC 소재의 굽힘강도 시험 전후 79
[그림 4-35] 세라믹 슬러리 테이프 적용 CMC 소재의 3점-굽힘강도 load-displacement... 80
[그림 4-36] 1, 2차 열분해 공정 전후 시편 표면 사진 81
[그림 4-37] 1, 2차 열분해 공정 전후 시편 단면 SEM 사진 81
[그림 4-38] LSI 공정 후 SiCf/SiC 복합체 표면 상태[이미지참조] 82
[그림 4-39] 고온 인장강도 시편 및 시험 장치 83
[그림 4-40] 고온 인장강도 시험 결과 83
[그림 4-41] 고온 인장강도 측정 결과의 공인시험성적서 84
[그림 4-42] 고온 Creep 시험 장치 86
[그림 4-43] 고온 Creep 시험 장치의 고온로 제어용 열전대 설치 위치 87
[그림 4-44] 고온 Creep 시험 이력 87
[그림 4-45] 고온 Creep 시험 후 파단된 시편의 형상 88
[그림 4-46] 고온 피로수명 평가 시험장비 및 시험 결과 예시 89
[그림 4-47] 고온 피로수명 평가 공인시험성적서 91