열악한 환경에서 실리콘 카바이드의 내구성 살펴보기

실리콘 카바이드는 실리콘과 탄소 사이의 고온 화학 반응을 통해 형성되는 강력한 화합물로, 내구성이 뛰어난 결정 구조를 가지고 있어 열악한 환경에서 사용하기에 적합합니다.

실리콘 카바이드는 열악한 작업 환경에서도 수명을 보장하기 위해 생산 공정에서 엄격한 품질 관리가 필요합니다. 실리콘 카바이드의 수명에 영향을 미치는 요인을 살펴봅니다.

내식성

SiC는 탄소 원자가 사면체로 배열되어 층 또는 다형을 이루는 다양한 형태 또는 다형의 실리콘 카바이드 결정 구조로 구성된 매우 단단하고 밀도가 높은 재료로, 층 또는 다형으로 배열된 탄소 원자 사이에 탄소 원자가 사면체로 결합된 구조를 형성하여 독특한 내식성을 만들어 냅니다. 무압 소결 탄화규소(C/C-SiC)는 모든 산(염산 및 황산), 염기성 용매, 질산과 같은 산화 환경에 내성을 가지면서도 내식성을 유지하므로 C/C-SiC로 만든 고체 도가니는 용광로 라이닝 용도로 자주 사용됩니다.

SiC 소재의 부식은 여러 요인에 따라 매우 복잡할 수 있습니다. 재료의 내식성은 산화 과정에서 발생하는 산화물 층의 두께와 깊이에 따라 달라지며, 유명한 포물선형 산화 속도를 생성하는 화학적 및 물리적 메커니즘은 아직 불완전하게 이해되고 있습니다.

부식 환경이 재료 강도에 미치는 영향을 평가하려면 장기 부식 테스트가 필요합니다. 장기 부식은 시간이 지남에 따라 재료의 강도와 내구성을 저하시키는 표면 결함을 증가시킬 수 있습니다.

엘켐은 몰리브덴 또는 티타늄 중간층을 사용한 금속 확산 결합, 반응 소결, SiC 나노 분말 소결을 통해 접합된 네 가지 유형의 SiC와 SiC 플레이트 접합부에 대한 광범위한 부식 민감도 분석을 수행했습니다. 모든 샘플은 고온에서 5주간의 수열 테스트 동안 방사선 오염 없이 고온에서 5주간의 수열 테스트를 견뎌냈습니다.

열팽창 저항

실리콘 카바이드(SiC)는 모스 척도에서 알루미나(평균 9)와 다이아몬드(평균 10) 사이에 있는 매우 단단한 합성 물질입니다. SiC는 기계 응용 분야의 연마재 및 내마모성 부품, 산업용 용광로 및 세라믹의 내화 라이닝, 항공기 연료 탱크 라이닝의 내화 코팅, 산업에서 사용하는 용광로의 내화 라이닝 및 고온에서 작동하는 반도체 전자 장치에 사용됩니다.

탄화규소는 열팽창계수가 낮은 뛰어난 열역학적 세라믹 소재로, 급격한 온도 변화에도 모양과 크기를 유지하고 극한 환경에서 작동하는 제품을 더욱 안정적으로 만들 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 기계적 특성이 뛰어나고 작동 온도 범위가 넓어 열전도율이 높을 뿐만 아니라 부식 및 화학적 공격에 대한 내성이 강해 자동차, 항공우주, 전자 등의 산업에서 열악한 환경의 애플리케이션에 적합합니다.

이 책은 벌크 및 박막 실리콘 카바이드(SiC) 기반의 마이크로 시스템 기술을 소개하며, 전자 장치 제조와 기계식 MEMS 장치를 결합하여 열악한 환경 마이크로 시스템의 필수 플랫폼으로 각광받고 있는 실리콘 카바이드에 대해 다룹니다. 이 책은 또한 다양한 공정과 재료를 사용 가능한 센서 모듈로 결합하는 데 내재된 어려움, 특히 부품 간의 온도 불일치와 SiC의 환경 민감성을 광범위하게 탐구하고 벌크 재료 SiC 기술 및 SiC 박막 기술의 최신 기술에 대해 광범위하게 다룹니다.

내마모성

텅스텐 카바이드(WC)는 다양한 용도로 사용되는 중요하고 다재다능한 합금으로 극한의 경도, 높은 전도성, 낮은 열팽창 및 부식에 대한 저항성을 특징으로 합니다. 텅스텐 카바이드는 순수한 텅스텐 분말을 소결이라는 공정을 통해 탄소, 니켈 또는 코발트와 같은 다른 금속과 혼합하여 만들어지며, 프레스 및 단조를 통해 특정 용도에 맞는 모양으로 성형되면 가장 일반적으로 절삭 공구에 사용됩니다. 텅스텐은 절삭 공구에 사용되는 다른 금속보다 내구성이 훨씬 뛰어나며, 군대에서 적을 향해 직접 발사한 총알이 갑옷 보호막을 뚫고 적의 방어를 뚫는 키네틱 폭격이라는 공격 전술을 사용하는 데 자주 사용됩니다.

텅스텐 카바이드(WC)는 매우 높은 속도와 압력을 견디는 능력으로 인해 정밀 엔지니어링에 널리 활용되며, 모든 금속 중 가장 높은 영 계수, 가장 단단한 표면, 가장 낮은 열팽창률 및 최고의 내마모성을 자랑합니다. 또한 WC는 연성이 뛰어나 막대로 성형하거나 백열전구처럼 와이어로 압출할 수 있습니다.

텅스텐 카바이드는 깨지기 쉽고 강한 충격에 금이 가거나 부러지기 쉬운 것으로 악명이 높기 때문에 금이나 백금 같은 귀금속보다 충격에 더 취약합니다. 하지만 발사체 충격을 흡수하기 위해 텅스텐 카바이드로 만든 완충 디스크를 사용하는 NCSU 크레이터 테스트 시설과 같이 내충격성이 중요한 군사용 애플리케이션에서 여전히 널리 사용되고 있습니다.

전기 전도성

실리콘 카바이드는 세라믹과 반도체 특성의 독특한 조합으로 인해 산업 및 전자 용도에 적합한 적응성이 뛰어난 소재입니다. 이러한 특성으로 인해 실리콘 카바이드 전자 제품은 일반적으로 다른 전자 제품이 제대로 작동하지 못하는 높은 온도와 전압 수준의 혹독한 환경에서도 작동할 수 있습니다.

화학적으로 탄화규소는 매우 안정적인 소재입니다. 탄화규소는 농축 황산을 제외한 대부분의 산(염산, 황산, 불산), 염분 및 알칼리에 내성이 있으며 물과 반응하지 않으므로 장시간 액체에 노출되는 부품에 이상적인 소재입니다.

실리콘 카바이드는 원자 구조로 인해 뛰어난 전기적 특성을 제공합니다. 탄화규소는 탄소와 실리콘이 공유 결합된 층을 포함하는 밀집된 구조로 결정화됩니다. 이러한 층은 폴리타입이라고 하는 다양한 구성으로 배열될 수 있으며, 각 폴리타입은 고유한 적층 순서로 구분되어 각각 고유한 특성을 가진 다양한 결정 구조를 생성합니다.

실리콘 카바이드는 다양한 특성으로 인해 기술 혁신의 최전선에 서 있습니다. 펌프 베어링, 밸브, 샌드블라스팅 인젝터 및 압출 금형과 같은 극한의 고성능 엔지니어링 애플리케이션과 극한 환경에서 작동하는 반도체 장치 제조에 활용하면 산업 전반에 걸쳐 상당한 개선을 가져올 수 있습니다.