전북대학교 고온플라즈마응용연구센터 문세연 교수 연구팀은 대양산업과의 공동 연구를 통해 세계 최고 수준의 초고온 세라믹 코팅 기술 개발에 성공하였다.

초고온 세라믹은 2000도 이상의 고온 환경에서도 열적, 기계적으로 안정한 재료로서, 실리콘카바이드 (SiC), 하프늄카바이드 (HfC) 등이 이에 속한다. 이미 미국 NASA 등의 선진기관에서는 초고온 세라믹의 우수한 물성에 주목하고 우주항공용 재료인 탄소복합재의 내열 및 내산화성 향상을 위해, 초고온 세라믹 층을 이용하여 초음속 비행, 지구 재진입 등의 극한환경에서 비행물체를 보호하는 용도로 활용하고 있다.

하지만 기존의 초고온 세라믹 코팅을 위한 물리적 타일부착과 화학기상증착 방법의 경우 고 비용, 복잡한 공정, 낮은 생산성 등의 문제점을 갖고 있었다. 이에 고온플라즈마응용연구센터는 고온의 플라즈마 화염에 하프늄카바이드 분말을 직접 투입 후 용융·분사시키는 진공플라즈마용사코팅 방법을 이용하여, 탄소복합재상에 수백마이크로 미터 두께의 균일한 하프늄카바이드 보호 층을 코팅하는 기술을 개발하였다. 이러한 진공플라즈마용사코팅 기법으로 코팅된 하프늄카바이드 층은 2000도 이상의 고온 환경시험에서 하부의 탄소복합재를 완벽하게 보호하며 그 안정성을 입증하였다.

이 연구 결과는 세라믹분야 최상위 저널인 유럽세라믹학회지 (Journal of European Ceramic Society) 온라인판에 2016년 2월 2일 게재되었다. 제1저자인 유희일 연구원은 “고온플라즈마응용연구센터에 국내 최고 수준의 진공플라즈마용사 장비와 우수 연구진들이 있었기에 가능한 연구였으며, 향후 국내 첨단 우주항공산업의 핵심 부품으로 자리 잡을 수 있는 원천기술 개발에 더욱 매진하고 싶다” 고 전했다.

전북대학교 고온플라즈마응용연구센터는 2014년 9월 미래창조과학부의 고가장비구축사업의 일환으로 전북도와 완주군의 지원을 받아 완공되었으며, 2015년 6월 이후 전북대학교의 적극적인 지원 하에 세계 5 번째 수준의 플라즈마 열풍동 장비와, 플라즈마 부품소재 장비 및 다양한 재료 분석 장비를 갖추어 세계최고 수준의 연구소가 되고자 노력하고 있다. 한편 해당 연구 결과는 미래창조과학부의 핵융합연구개발사업과 우주기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.