국내산 저품위 실리카를 활용한 다공성 소재 제작 및 열적 특성 평가

Abstract

국내산 저품위 실리카를 활용하여 다공성 소재를 제작하였다. 제작한 다공성 소재의 기공구조에 따른 열적 특성을 파악하고자 소재의 기공률을 조절하였다. 다공성 소재의 기공률은 아르키메데스법을 이용하였고, 기공 크기는 FE-SEM image를 활용한 화상해석 프로그램과 및 수은주입법을 활용하여 비교하였다. 다공성 소재의 열전도율은 레이저 플래쉬법을 이용하였으며, 200~1000℃ 구간에서 열확산도를 측정한 뒤, 열전도율을 계산하였다. 저품위 실리카를 활용하여 다공성 소재를 제작한 결과, 기공률은 각각 39.6%, 73.5%, 77.9%, 89.4%, 그리고 91.5%로 나타났다. 전체 기공률이 증가할수록 기공 크기가 증가하고, 기공 벽두께는 얇아지며, 기공과 기공을 연결 짓는 window가 발달함을 확인하였다. 열전도율 측정 결과, 측정 온도가 높아질수록 세라믹폼의 열전도율은 0.2 W/(mK)에서 1.8 W/(mK)로 증가하였다. 또한, 세라믹폼의 기공률이 증가할수록 열전도율은 1.3 W/(mK)에서 0.2 W/(mK)으로 감소하였다. 저품위 실리카폼과 용융실리카폼의 열전도율을 비교한 결과, 용융실리카폼의 열전도율이 약 0.12~0.3 W/(mK) 더 낮게 나타났다. 따라서 세라믹폼의 열전도율은 기공 구조와 원료의 영향을 받음을 확인하였다. 제작한 다공성 소재를 스케일업하여 단열재를 제작하였으며, 다공성 소재의 열전도율 측정 결과와 시험로 장착 시 단열재의 소비전력량 및 냉각속도 간의 상관관계를 파악할 수 있었다.