전북대, 2,500℃ 버티는 발사체 코팅기술 개발 추진

미래부 우주기술개발사업 선정···3년간 29억 원 지원

초고온 견디는 탄소복합재 세라믹 코팅 원천기술 확보

전북대학교(총장 이남호)가 초고온에서 견딜 수 있는 원천기술 개발 프로젝트를 수행한다. 미래창조과학부가 추진하는 우주 핵심기술개발사업에 선정돼 3년 간 29억 원의 지원을 받아 우주 발사체가 2,500℃ 이상의 극한의 열에 견디고, 깎이지 않도록 해주는 탄소복합재 초고온 세라믹 코팅기술을 개발하는 것이다.

전북대 고온플라즈마응용연구센터

정부가 2020년 달 탐사와 2030년 화성 탐사 계획을 추진하기 위해 우주 개발 프로젝트를 진행하고 있다. 그러나 발사체가 우주로 나가거나 지구 궤도로 재진입 하는 데 반드시 필요한 고온 극한 환경에 적용할 수 있는 복합재료에 대한 개발은 아직 더디다.

선진국들 역시 이 기술을 각국 전략산업으로 규정해 해외기술 도입마저도 불가능한 상황에서 이에 대한 원천기술 확보가 국내 우주 개발에 핵심으로 대두되고 있다.

현재까지 우주항공용 고온 내열 재료는 탄소 복합재가 주로 사용되고 있지만 낮은 산화 저항 특성으로 인한 질량손실 발생으로 단 시간만 사용이 가능한 기술적 한계를 지니고 있다.

이를 극복하기 위해서는 탄소복합재 초고온 세라믹스 코팅 기술 개발이 필요한데, 전북대는 기존 이종 물질 간 결합이나 생산성이 낮은 화학기상증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)이 아닌 진공 플라즈마 용사코팅을 이용한 직접 코팅 방법을 개발하기 위한 연구를 진행한다고 밝혔다.

구체적으로 탄소복합재의 예열조건, 플라즈마 조건 및 거리, 경로, 후열처리 등의 조건 연구를 통해 코팅층과 모재의 박리방지, 균일도 90%의 코팅성능 목표를 달성할 계획이다.

이를 통해 3종 이상의 초고온세라믹의 코팅 원천기술과 2종 이상의 초고온세라믹 다단코팅 기술 등을 확보하고, 100μm이상의 코팅층에 대한 0.4MW 아크가열풍동을 이용한 고열부하 평가를 통해 물성 변이 연구 및 극한환경용 최적 물성(두께, 기공도 등) 데이터베이스도 구축한다.

이와 같은 연구는 전북대가 자랑하는 세계적인 연구소인 고온플라즈마 응용연구센터가 우수한 연구력을 기반으로 수행하게 돼 대학과 지역의 위상도 크게 높일 수 있을 것으로 기대되고 있다.

고온플라즈마 응용연구센터는 국내에서 공식적으로 유일하게 초음속 내열삭마 평가 시험을 수행했고, 국내 최고의 진단 및 측정 장비를 보유하고 있는 등 우주항공 기술개발 분야에 독보적인 연구 기반을 자랑한다.

최성만 고온플라즈마응용연구센터장은 “이번 연구를 통해 우수 선진국에 의존하거나 기술이전이 어려운 핵심기술을 개발해 우주기술 자립화의 기틀을 마련할 수 있을 것”이라며 “우주기술 자립화뿐 아니라 가스터빈과 자동차, 산업기계 분야 등에도 널리 활용이 가능하고, 국내외 우주개발 국가의 초음속 비행체 개발 분야 초고온 세라믹 시장진입 기술 확보에도 청신호가 기대된다”고 말했다.