보론섬유[ boronfibers ]

복합 재료용 소재를 목적으로 제조된 가볍고 강한 섬유의 일종이다.

[해설]
보론 섬유는 1959년에 높은 강도, 높은 강성(剛性), 그리고 저밀도의 연속 섬유로 발표되었다. 이 섬유의 대표적인 제조방법은 화학 증착법(化學蒸着法)에 의한다. 기본적으로는 수소 분위기에서 가열한 텅스텐 섬유와 카본 섬유 표면에 보론을 부착한 것이다. 보론 섬유는 1960년대에 이미 기본적인 제조 기술이 확립되어, 현재는 탄소 섬유를 심(芯)으로 하고, 그 표면에 보론을 CVD법으로 부착시키는 방법을 쓰고 있다. 그 반응은 다음 화학식에 따르고 있다.

2BCl3 + 3H2 ⇄ 2B + 6HCl
이 반응에 따라 보론이 섬유상에 석출되는 셈인데, BCl3에서 실제로 보론이 되는 양은 2% 정도이다. 이처럼 텅스텐 섬유를 심(芯)으로 하는 방법으로는 얻어지는 재료의 중량도 무거워지기 때문에 1969년에 심선(芯線)을 탄소 섬유로 바꾸어 제조하고 있다. 제조 방법은 텅스텐 섬유의 경우와 기본적으로는 동일하다. 보론 섬유는 "corncob"라는 호칭처럼, 표면은 미소한 요철로 덮여 있으며, 매트릭스와의 접착이 좋은 것으로 판단되고 있다.

[응용과 전망]
보론 섬유는 인장강도가 400㎏/㎟ 이상, 탄성률 48000㎏/㎟로 우수한 성질을 갖고 있으므로 섬유강화 복합재료의 소재로 사용되고 있다. 금속 매트릭스와는 반응하기 쉽기 때문에 표면 처리가 되어 있다. 미국에서는 우주항공기 재료용 소재로 사용되고, 스페이스셔틀, 인공위성용 안테나 구조용 복합재료의 강화 섬유로, 그 사용 범위가 확대되고 있다.

[참고용어]
1. 보론: 일본에서는 붕소라 호칭하고 있다. 합금에 사용되는 경우도 있으며, 강철에 소량을 가함으로써 고온 강도를 보다 증진시킬 수 있다.
2. 스페이스셔틀: 미국 NASA가 우주실험 및 인공위성의 대기권 밖 발사 기지로 개발한 우주 왕복용 로켓기로, 바닥재로는 보론 섬유강화 알루미늄 파이프를 사용하고 있다. 이것은 착륙할 때 탑재물의 충격하중에 견디기 위해 보론 섬유의 비탄성률을 활용한 것으로 생각된다.

보어식 섬유[ borsicfibers ]

섬유강화 금속 복합재료용으로 개발한 섬유로, 마그네슘 합금, 티탄 합금, 알루미늄 합금용의 강화 섬유이다.

[해설]
보론 섬유의 표면에 실리콘 카바이드를 화학 증착법으로 피복한 것으로, 보어식 섬유(borsic)라고 하며, AVCO사를 비롯한 몇 개 회사에서 제조하고 있다. 이것은 금속 매트릭스를 강화할 목적으로 개발한 것으로, 특히 용융 금속과의 반응성을 막고, 습성(濕性)을 향상시키기 위해 보론 섬유 표면에 1~2㎛의 SiC를 CVD법(화학 증착법)으로 피복한다. 예를 들어 CH3SiHCl2와 H2가스를 사용하여 1200℃ 정도의 고온에서 피복할 수 있다. AVCD, CTI로는 140㎛의 것도 제조하고 있다.

이 외에도 금속성기(金屬性基) 복합재료용 섬유로서 보론 섬유 표면에 B4C(보론 카바이드)를 피복한 것도 있다. 모두가 경금속(마그네슘-티탄-알루미늄 합금)계 복합재용 소재로 개발된 것으로, 탄성률, 강도 등, 기계적 성질은 보론 섬유와 거의 같지만 미국의 자료에 의하면, 보론 섬유에 비해 약 50㎏/㎟ 정도 강도가 낮아 평균 300㎏/㎟로 보고되어 있다.

[응용과 전망]
보론 섬유와 마찬가지로 인공위성, 스페이스셔틀의 구조재로 사용되고 있다. 특히 금속 매트릭스와의 반응을 방지하고, 습성을 향상시켰으므로 고온 내열 복합재료용 섬유로 마그네슘 합금, 티탄 합금계에 이용될 가능성이 높다.

[참고용어]
BFRM: 보론 섬유, 보어식 섬유 강화 금속은 미국의 중요 국방 자재로 지정되어 성능, 제조법, 용도 등 기술 자료가 국방성 관리 하에 있다. 다만 최근에는 같은 AVCO사에서 개발한 탄화규소 섬유의 매트릭스 금속과의 양호한 내성(耐性)이 주목을 끌고 있다.