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원자력硏, 금속-탄화규소 복합소재 제조 기술 개발

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원자력硏, 금속-탄화규소 복합소재 제조 기술 개발

2019.01.24 10:49
김현길 박사 연구팀이 개발한 ′금속-SiC 하이브리드 소재′를 3D 레이저 프린터를 이용해 제조하는 모습. 한국원자력연구원 제공.
김현길 박사 연구팀이 개발한 '금속-SiC 하이브리드 소재'를 3D 레이저 프린터를 이용해 제조하는 모습. 한국원자력연구원 제공.

한국원자력연구원은 김현길 박사 연구팀이 3D 레이저 프린팅 기술을 이용해 금속과 탄화규소(SiC)의 특성을 하나로 합친 차세대 소재 ‘금속-SiC 하이브리드 소재’를 제조할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다고 24일 밝혔다. 

 

금속-SiC 하이브리드 소재는 기존 금속의 내구성에 SiC의 고열 안정성, 경도, 부식 및 마멸 저항성을 합친 미래형 소재로 주목받고 있다. 이 소재는 특히 핵연료 피복관의 금속 소재인 지르코늄 합금의 내구성을 보완하고 폭발 위험 방지에 탁월한 것으로 알려져 있다. 

 

연구진이 제조 기술을 개발한 금속-SiC 하이브리드 소재를 만드는 데 쓰이는 핵심 재료는 SiC다. SiC는 규소의 탄화물인 ‘실리콘카바이드(Silicon-carbide)’를 말한다. 경도가 다이아몬드와 유사하고 1500도의 고온을 견딜 수 있다. 열 전도성도 매우 높아 원자로 연료봉의 피복재 및 항공기·우주선 엔진, 고온의 건축 구조재 등에 활용된다. 

 

하이브리드 소재 제조 기술의 핵심은 ‘빠르고 정확한 결합’이다. 금속과 SiC는 물성이 전혀 달라 기존 용해나 물리적 접합 방식은 시간과 비용이 많이 들고 정확성도 떨어진다. 

 

연구진이 개발한 제조 기술은 3D 레이저 프린터라 금속 표면에 SiC 입자를 정밀하게 쌓아올리는 기술이다. 제품 형상에 관계없이 원하는 부분에 필요한 양만큼 코팅할 수 있다. 연구진은 이번에 개발한 혁신 공정 기술의 특허 등록을 한국과 미국, 일본, 유럽에서 완료했다. 

 

한국원자력연구원은 이번에 개발한 기술을 적용한 사고저항성 피복관을 개발할 계획이다. 또 다양한 산업 전반에서 하이브리드 소재를 적용할 수 있도록 기술 고도화에도 나선다. 

 

‘금속-SiC 하이브리드 소재’가 포함된 복합소재의 국내 시장규모는 연간 약 6000억원이다. 세계 시장 규모는 연간 500억달러(약 56조원)에 달한다. 

 

연구를 이끈 김현길 원자력연구원 핵연료안전연구부 박사는 “이번에 개발한 기술로 생산되는 하이브리드 복합 소재 수요가 점점 커질 것으로 예상된다”며 “에너지와 환경, 항공우주 산업에 활용될 수 있도록 기술력을 강화해 나갈 것”이라고 밝혔다. 

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