실리콘 카바이드 포뮬러

실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘과 탄소의 매우 단단한 합성 화합물로, 보석 모이사나이트와 탄소질 콘드라이트 운석에서 자연적으로 발생하며 그 범위는 더 작습니다.

규사와 코크스를 전기로에서 고온으로 녹여 생산되는 석영은 최소 70여 가지 결정 형태로 존재하며, 우르츠사이트와 유사한 육각형 결정 구조를 가진 알파 형태가 가장 널리 퍼져 있습니다.

물리적 속성

일반적으로 카보룬듐이라고도 불리는 실리콘 카바이드는 다이아몬드에 이어 두 번째로 경도와 내화학성이 뛰어난 비산화 세라믹 화합물입니다. 또한 순수한 형태의 실리콘 카바이드는 더 높은 온도에서 산화에 저항하여 전기 전도도와 전도성이 더욱 안정적입니다.

전기로에서 탄소와 함께 실리카 모래를 가열하여 SiC를 생산합니다. 이렇게 생산된 녹색에서 푸르스름한 검은색의 결정질 물질은 물리적 특성이 다른 등급으로 분리할 수 있습니다. 예를 들어 야금 등급 A는 거친 층을 가지고 있고, 등급 B의 결정은 더 매끄러운 구조를 형성하는 등 다양한 등급으로 분리할 수 있습니다.

이러한 다층 구조는 독특한 전기적, 광학적, 열적 특성을 나타냅니다. 이 물질의 원자 결합은 4개의 실리콘 원자가 4개의 탄소 원자와 불규칙한 정사각형 패턴으로 결합하여 4개의 육각형 결정을 형성함으로써 넓은 밴드갭 반도체 특성을 제공합니다. 압출 또는 냉간 등방성 프레스를 통해 이러한 물질을 막대 또는 튜브 모양으로 만들어 막대 및 튜브로 사용할 수 있습니다.

화학적 특성

탄화규소(SiC)는 흔히 카보룬듐으로 불리는 실리콘과 탄소로 이루어진 단단한 화합물로, 넓은 밴드갭 반도체 특성을 가지고 있습니다. 본질적으로 내화성인 SiC는 높은 열전도율과 낮은 열팽창 특성으로 열 충격에 대한 저항력이 뛰어난 것으로도 잘 알려져 있습니다.

결정질 SiC는 4개의 실리콘과 4개의 탄소 원자가 사면체 배열로 결합된 밀집된 구조로 결정화되며 70가지 이상의 다형성을 가지며, 알파 SiC는 2000℃ 이상의 온도에서 가장 흔히 발견되며 뷔르츠사이트와 유사한 육각형 결정 구조로 형성됩니다. 한편, 다이아몬드와 유사한 아연 혼합 결정 구조를 가진 베타 변형과 스팔레라이트 형성은 더 낮은 온도에서 발생합니다.

카보룬듐은 자연계에서는 극히 희귀한 물질이지만 우주에서 탄소가 풍부한 운석의 주요 원소입니다. 1891년 에드워드 애치슨이 인공 다이아몬드 생산 연구의 일환으로 처음 인공 합성한 이 물질은 1893년 애리조나의 캐년 디아블로 운석에서 자연적으로 발견되어 노벨상 수상자인 앙리 모이상의 이름을 따서 모이사나이트라고 명명되었습니다.

기계적 특성

실리콘 카바이드는 표면이 매우 단단하여 모스 스케일 등급이 9로 비산화 세라믹 중 가장 단단하며 전체적으로 가장 단단한 소재 중 하나입니다. 연마재 및 내화물과 같은 기계적 마모가 필요한 분야에 탁월한 소재이며 고온 환경과 열충격에 견디는 우수한 열적 특성을 자랑합니다.

실리콘은 탄소 원자의 절반을 대체하여 실리콘과 탄소 사이의 원자 반경이 비슷하여 열전도 특성이 향상되어 포논 산란을 줄이는 데 도움이 됩니다.

탄화규소는 황색에서 녹색, 청흑색 무지개 빛깔의 결정으로 나타나며 2700degC에서 분해되면서 승화됩니다. 물에는 녹지 않지만 SiC는 용융 알칼리(NaOH, KOH 등)와 용융 철에는 용해되며 영의 계수와 경도는 질감, 적층 결함, 입자 크기 및 입자 경계의 특성에 의해 결정됩니다.

전기적 특성

탄화규소의 넓은 밴드갭 에너지는 실리콘보다 더 높은 온도와 전압을 견딜 수 있어 빠르고 안정적인 전자 장치가 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 또한 이러한 전압을 견디는 능력은 인버터를 완전히 제거하여 크기와 무게를 모두 줄이는 전기 자동차 배터리 시스템에서 매우 중요합니다.

SiC는 세라믹과 반도체의 특성을 결합하여 전자 기술의 발전에 기여하는 인기 소재입니다. 또한 경도, 강도, 낮은 열팽창 및 화학 반응 저항성 덕분에 인기가 높아졌습니다.

실리콘 카바이드는 순수한 규사를 전기로에서 탄소와 함께 가열하여 품질과 용도에 따라 야금용 및 연마용 등급인 a-SiC와 b-SiC의 잉곳을 생성하여 만듭니다. 잉곳이 형성된 후에는 원하는 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 절단한 다음 알루미늄이나 질소와 같은 추가 원소를 혼합하여 원하는 특성을 갖도록 합니다.