본 연구는 페놀수지를 이용하여 페놀수지의 경화 메커니즘 및 탄화 후 구조 변화를 분석하였고, 이후 충진재로 코크스와 결합재로 페놀수지를 사용하여 경화 공정 유무 및 탄화 시 승온속도 차이에 따른 인조흑연블록의 내산화성 차이를 분석하였다.
페놀수지의 열중량 분석, FT-IR 분석, Raman 분석, 미세조직 관찰을 통해 경화 시 페놀수지의 구조변화 및 이에 따른 탄화 시 결정구조 및 미세구조의 변화를 분석하였다. 이를 통해 페놀수지의 가교결합은 약 100℃ ~ 150℃에서 일어나며, 이후 메틸렌 결합의 확대로 인해 경화 온도가 증가함에 따라 이후 탄화 시 방향족고리의 이동을 억제하여 결정성을 감소 시키는 것을 알 수 있다. 또한 미세구조 관찰을 통해 페놀수지를 경화 후 탄화 하였을 때 미세한 크기의 기공과 탄화 시 생성된 기공이 모여 만들어진 큰 크기의 크랙이 존재하는 것을 확인하였고, 탄화 페놀수지에서는 다공성의 미세조직을 확인하였다.
이후 경화 공정을 적용하여 탄화 시 승온 속도가 다른 탄화 블록 및 흑연화 블록을 제작하여 물성 분석을 진행하였으며, 부피 밀도 및 기공률은 경화를 하고 승온속도가 낮을 경우 부피밀도가 커지고 기공률이 감소하는 것을 확인하였다. 또한 전기비저항은 낮은 값을 보였으며, 굴곡강도와 쇼어경도는 경화를 하고 느린 속도로 탄화를 하였을 때 가장 높은 값을 나타내었다.
흑연화 블록의 내산화성 실험을 통해 분석하였을 때 기공률이 낮을수록 내 산화성이 우수한 것을 확인하였고, 산화 후 미세조직 분석을 통해 인조흑연블록의 산화는 결합재가 우선 산화되며, 내부로 침투하고, 이후 지속적인 산화가 진행됨에 따라 표면에서부터 충진재의 탈리가 일어나는 것을 알 수 있었다.
따라서 페놀수지를 결합재로 사용하여 흑연블록 제조 시 기공률은 흑연블록의 내산화성과 밀접한 관계가 있다고 판단되며, 결합재의 미세구조 제어가 흑연블록의 내산화성에 영향을 미치는 주요 인자임을 알 수 있다.