(왼쪽부터) 남영우 부교수, 샤니가람 말레시 연구교수, 홍동준 박사과정

  남영우 교수 연구팀이 극초음속 비행 환경에서 활용할 수 있는 차세대 세라믹 스텔스 복합재 구조 원천기술을 제시하고, 연구 결과를 복합재료 분야 국제 학술지 'Advanced Composites and Hybrid Materials'에 게재했다. 해당 학술지는 영향력지수(IF) 21.8로, 분야 상위 1.5%에 해당하는 저명 학술지다. 이번 연구에는 남영우 교수가 교신저자로 참여했으며, 샤니가람 말레시 연구교수와 홍동준 박사과정이 공동 제1저자로 참여했다.

  연구는 마하 5 이상의 속도로 비행하는 극초음속 환경에서 요구되는 내열성, 구조건전성, 피탐지 감소(스텔스) 성능을 동시에 만족할 수 있는 복합재 구조 구현을 목표로 수행됐다. 극초음속 비행체는 500도에서 최대 2,000도에 이르는 고온 환경에 노출되기 때문에, 기존 소재로는 성능 확보에 한계가 있었다.

  연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 고온·고압 소결 제조 공정(분말 재료를 고온에서 가열해 고체 구조로 만드는 공정)에서 벗어나, 저온·저압 기반의 산화물/산화물 세라믹 매트릭스 복합재(Oxide/Oxide CMC) 제조 공정을 제안했다. 

  기존 비산화물계 세라믹 복합재의 경우 공극 충진 방식(PIP·CVI 등)에 의존하면서 고비용·장주기 공정, 대형 및 복잡형상 구조 제작의 어려움 등으로 인해 실용화에 제약이 있었고, 탄소계 세라믹 복합재는 유전특성 측면에서 스텔스 구조 적용에 한계가 있어, 차별화된 신규 제조공정 확보가 필수적이었기 때문이다.

산화물/산화물 세라믹 스텔스 복합재 연구 요약 도식

  연구팀은 산화물/산화물 세라믹 매트릭스 복합재를 개발하고, 이를 적용한 고온 환경용 복합재 구조의 전파흡수 특성을 평가하는 한편, 공정 변수에 따른 기공률과 섬유 체적분율을 체계적으로 분석하여, 해외 선진 제품 수준에 상응하는 기계적·화학적·열적 특성을 확보했다. 또한 개발된 복합재에 니켈 무전해 도금 공정을 적용해 산화물 기반 스텔스 소재를 구현하고, 극한 고온 환경에서도 안정적인 스텔스 성능이 유지됨을 실험적으로 검증했다. 이를 통해 구조적 강도와 스텔스 기능을 동시에 만족하는 복합재 구현 가능성을 확인했다.

  이번 연구는 해외 선진국에서 기술 이전이 엄격히 제한된 전략 분야에서 산화물 기반 세라믹 스텔스 복합재의 독자적인 설계·제조 기술을 확보했다는 점에서 의미가 있다. 확보된 기술은 극초음속 스텔스 무기체계뿐 아니라 고온·고내구성이 요구되는 항공우주 및 방위산업 분야로의 확장도 가능하며, 미래 무기체계의 성능 향상과 군 전력 증강에도 기여할 것으로 기대된다.