마이크로 인장기법을 이용한 입자형 핵연료(TRISO)의 탄화규소 코팅층의 고온강도 평가

Abstract

탄화규소는 높은 경도와 좋은 마모 저항성 등의 우수한 기계적 특성을 가지고 있으며 고온에서의 산화 저항성과 높은 열 충격 저항성 등의 우수한 열적 특성을 갖고 있다. 이러한 우수한 기계적 특성과 열적 특성으로 인해 엔진이나 우주선의 세라믹 복합재료, 세라믹 발열체와 같은 고온 환경에서의 응용과 이에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 특히, 차세대 원자력 에너지원으로 연구되고 있는 초고온 가스 냉각로(Very High Temparature gas cooled Reactor, VHTR)의 연료인 입자형 핵연료(TRISO)에서 탄화규소 층은 높은 기계적 강도를 바탕으로 입자형 핵연료의 안정성을 유지 한다. 입자형 핵연료의 안정성은 탄화규소 코팅층의 파괴강도를 통해 예측할 수 있으며, 본 연구에서는 나노인덴테이션을 이용한 반구쉘의 인장강도 평가법과 내부압력 인가법을 이용해 상온에서의 탄화규소의 인장강도를 평가하였다. 그리고 실제 입자형 핵연료가 노출되는 고온에서의 인장강도 측정을 위해 마이크로 인장강도 측정장비인 INSTRON 8848과 Furnace, Ceramic holder 등을 이용해 약 1000oC의 고온환경을 만들어서 고온에서의 탄화규소 코팅층의 인장강도를 평가하였다.