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초음속 '비'에도 이상 없다···투명 세라믹 기술 개발

박영조 재료연 박사팀 개발···내열성 확보
초음속 비행체 윈도우, 투명 방탄 소재에 활용 가능
초음속의 비를 맞아도 안전하도록 내열충격성을 확보한 투명세라믹 제조 기술이 나왔다.

재료연구소(소장 이정환)는 박영조 분말·세라믹연구본부 박사팀이 김도경 KAIST 교수, 강신후 서울대 교수, 나용한 화인테크 대표와 함께 투명세라믹 제조 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 

투명세라믹 제조의 핵심기술은 빛을 산란시키는 기공을 완전히 제거해 이론 밀도에 도달하는 치밀화를 달성하는 것이다. 이를 위해 첨가하는 소결조제는 일종의 불순물로 열전도도를 저하시킨다. 

이번 기술은 소결조제를 사용하지 않은 고열전도도의 조성에서도 완벽하게 기공이 제거된 투명한 고강도의 세라믹을 제조해 강도와 열전도도를 함께 향상시켰다.

연구팀은 장치에 의한 오염과 분위기에 의한 환원을 최소화하기 위해 탄탈럼(Tantalum) 호일로 시편을 감싼 후 이를 가압 소결했다. 이를 통해 투광성을 확보하고, 내열충격성을 극대화했다. 

내열충격성 판단의 대표 지표인 핫셀만(Hasselmann) 지수난 기존 소재 대비 3배로 측정값이 도출됐다. 

이번 기술은 투명세라믹의 소결장치로 많이 이용되는 고가의 텅스텐 진공로 대신 저가의 범용장치인 가압소결로(Hot Press)를 사용했다. 

기술을 투명세라믹 제조에 적용하면 초음속 비행체의 윈도우와 투명 방탄 소재에 활용할 수 있다. 투명한 상태를 유지하면서 희토류 이온 등을 도핑하면 레이저 발진자(laser medium), 섬광체(scintillator), 압전체 소재에도 접목할 수 있다.

김하늘 재료연 선임연구원은 "한국의 투명세라믹 연구는 미국, 독일, 일본 등 선진국에 비해 늦었지만 산학연의 연구협력으로 단기간에 어깨를 나란히 할 수 있는 수준에 이르렀다"며 "앞으로 연구 여건 개선과 연구자 저변 확대를 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 산업통상자원부의 핵심방산소재기술개발사업과 재료연구소 연구운영비지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 세라믹 재료 분야 국제 학술지 미국세라믹학회지(ACerS)와 유럽세라믹학회지(ECerS)에 게재됐다. 이와 함께 국제 특허 출원도 완료했다. 

스피넬 소재의 방탄 성능 테스트(방탄유리 대비 중량 40% 또는 두께 50% 감소 효과).<자료=재료연구소 제공>스피넬 소재의 방탄 성능 테스트(방탄유리 대비 중량 40% 또는 두께 50% 감소 효과).<자료=재료연구소 제공>
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