Effect of Deposition Parameters on the Properties of Pyrolytic Carbon Deposited by Fluidized-Bed Chemical Vapor Deposition
유동층 화학증착법을 이용하여 증착한 열분해 탄소의 특성에 미치는 증착조건의 영향

Jeong-Nam Park, Weon-Ju Kim, Jong-Hoon Park, Moon-Sung Cho, Chae-Hyun Lee, Ji-Yeon Park
2008 Korean Journal of Materials Research  
The properties of pyrolytic carbon (PyC) deposited from C 2 H 2 and a mixture of C 2 H 2 /C 3 H 6 on ZrO 2 particles in a fluidized bed reactor were studied by adjusting the deposition temperature, reactant concentration, and the total gas flow rate. The effect of the deposition parameters on the properties of PyC was investigated by analyzing the microstructure and density change. The density could be varied from 1.0 g/cm 3 to 2.2 g/cm 3 by controlling the deposition parameters. The density
more » ... reased and the deposition rate increased as the deposition temperature and reactant concentration increased. The PyC density was largely dependent on the deposition rate irrespective of the type of the reactant gas used. Key words fluidized-bed chemical vapor deposition, pyrolytic carbon, deposition parameter. 1. 서 론 최근 세계적으로 많은 관심을 끌고 있는 제 4세대 원 자로의 한 개념인 고온가스 냉각로는 900~1000 o C의 높 은 운전온도를 갖기 때문에 노내 구조물은 흑연, 단미 세 라믹스 및 세라믹스 복합체로 이루어지며 연료도 TRISO 형 피복입자 핵연료가 사용된다. 1) TRISO형 피복입자 핵 연료는 직경이 약 500 µm인 구형의 UO 2 입자에 저밀 도 열분해 탄소층(buffer PyC), 내부 고밀도 열분해 탄 소층(inner PyC), 탄화규소층(SiC), 외부 고밀도 열분해 탄소층(outer PyC)의 4개의 층이 피복된 다층구조로 각 피복층은 중성자 조사에 의한 부피변화와 조사손상을 최 소화하기 위해 등방성 구조를 가져야 한다. 2,3) Fig. 1은 실제 TRISO형 피복입자 핵연료의 파단면 미세구조를 나 타낸 것이다. 각 피복층들은 고유의 역할을 가지며 그 기 능은 다음과 같다. 저밀도 열분해 탄소층은 핵분열 파편 의 이동을 막고 외측의 고밀도 열분해 탄소의 손상을 방 지하는 동시에 내부에서 발생하는 기체 핵분열 생성물과 CO 가스의 흡수 공간, 핵연료 부피 팽창의 흡수, 연료 핵 이동에 대한 완충층 등의 역할을 한다. 내부 고밀도 열분해 탄소층은 탄화규소 증착 시 발생하는 HCl, Cl 2 와 연료 핵과의 반응을 방지해 주며 기체상의 핵분열 생 성물의 외부 유출을 차단한다. 또한 외부 고밀도 열분해 탄소층과 함께 탄화규소층에 압축 응력을 가해줌으로써 탄화규소층의 파괴를 억제한다. 탄화규소층은 기체 및 고 체 핵분열 생성물의 확산을 방지하며 증가된 내압을 견 디는 압력용기의 역할을 하며 피복입자 전체의 강도를 유 지하는 역할을 한다. 외부 고밀도 열분해 탄소층은 핵분 열 생성물들의 최종 차단막 역할을 하며 핵연료 집합체 제조 시 흑연 기지상과의 결합을 용이하게 해준다. 이 중 저밀도 열분해 탄소층과 고밀도 열분해 탄소층은 이러한 고유의 역할로 인하여 1.0 g/cm 3 와 1.9 g/cm 3 내외의 밀 도를 가져야 하는데 열분해 탄소가 등방성이 우수하면서 적절한 밀도를 유지하는 것이 피복입자의 파손을 방지하 는데 중요하다.
doi:10.3740/mrsk.2008.18.8.406 fatcat:bbnamy4rbzcdbli7e2n7yj27te