실리콘 카바이드 세라믹 소재의 개요

실리콘 카바이드는 연마재로서의 경도와 내열성 및 낮은 열팽창 계수로 내화물 및 세라믹 애플리케이션에 사용되는 가장 단단하고 내구성이 뛰어난 첨단 세라믹 소재 중 하나입니다.

모이사나이트는 투명한 광물인 모이사나이트도 자연적으로 발생할 수 있습니다. 최초의 인공 합성 샘플은 1891년 에드워드 애치슨이 인공 다이아몬드를 만들려고 시도했을 때 만들어졌으며, 이후 노벨상을 수상한 화학자 앙리 모이산이 더 많은 샘플을 인공 합성했습니다.

고온 강도

실리콘 카바이드(SiC)는 고온에서 부식 및 화학적 공격에 대한 탁월한 저항성을 제공하는 매우 강력한 비산화물 세라믹입니다. SiC는 산업용 용광로의 내화 라이닝 재료, 연삭 휠, 절삭 공구 및 연삭 휠, 절삭 공구 및 가공 응용 분야와 같이 강도가 필수적인 응용 분야에서 내화 라이닝 재료로 사용됩니다. 또한 SiC 부품은 저항 발열체, 전기로용 서미스터, 라이너 튜브 및 SiC가 포함된 씰 페이스의 핵심 부품을 형성합니다.

SiC는 고온에서 우수한 내열성과 강도로 잘 알려져 있어 산업 분야에서 높은 가치를 인정받고 있습니다. SiC는 표면과 주변 원소 사이에 장벽처럼 작용하는 산화물 보호층을 생성하여 최대 1000°C의 온도에서 산화에 저항하지만, 고온에서는 균열이 이 장벽을 뚫고 결정 간 또는 입자 영역을 통해 에너지를 방출하여 고온에서 강도를 높이는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 반응 결합과 소결이라는 두 가지 공정을 통해 제조할 수 있습니다. 두 가지 형태 모두 미세 구조에 상당한 영향을 미치므로 고온에서의 성능에 영향을 미칩니다. 반응 결합은 SiC와 탄소 혼합물로 구성된 그린 컴팩트에 액체 실리콘을 침투시켜 가공 중 치수 변화가 최소화되고 표면적이 넓은 구조를 만듭니다. 내화 코어-쉘 미세 구조는 고온에서 SiC의 강도를 증가시키는 것으로 입증된 고유한 특성을 제공합니다.

고온 내성

실리콘 카바이드의 뛰어난 강도는 소비자용 자동차의 세라믹 브레이크 패드와 같은 고온 응용 분야에 탁월한 소재입니다. 실리콘 카바이드는 최대 1400degC의 온도를 견딜 수 있으면서도 뛰어난 강도와 경도를 유지하므로 이상적인 소재입니다.

탄화규소는 다른 세라믹 소재와 달리 고온에서 분해되거나 녹지 않기 때문에 영구적인 구조적 손상 없이 베어링이나 방탄판과 같이 응력이 높고 하중을 견디는 응용 분야에 사용하기에 적합합니다. 따라서 실리콘 카바이드는 베어링이나 방탄판과 같이 높은 수준의 하중을 견디는 애플리케이션에 특히 이상적입니다.

탄화규소는 극히 희귀한 광물인 모이사나이트로 자연적으로 발생하는 반면, 합성 탄화규소는 정밀한 치수를 요구하는 현대 국방, 원자력, 우주 기술 및 항공우주 산업의 요구를 충족합니다.

소결 실리콘 카바이드는 질화 알루미늄에 이어 두 번째로 높은 열전도율을 자랑하는 기능성 세라믹 중 하나입니다. 이는 격자 산소 구조가 포논의 산란을 크게 생성하기 때문일 수 있습니다. 소결 공정에서 산화물 첨가제를 사용하여 열전도율을 더 높일 수 있지만, 재료의 구조적 안정성과 내산화성을 유지하기 위해 산화물 첨가제는 최소한으로 유지해야 합니다.

낮은 열팽창 계수

탄화규소는 열팽창 계수가 낮아 열악한 조건에서 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)로 사용하기에 완벽한 소재로, 가스터빈이나 로켓 노즐처럼 고온과 열 충격 환경을 견뎌야 하는 분야에 널리 사용되고 있습니다.

부식에 강한 스테인리스 스틸은 구조적 무결성을 유지하면서 극한의 온도를 견딜 수 있어 화학 산업용 용광로 라이닝에 탁월한 소재입니다. 또한 스테인리스 스틸은 화학적 안정성이 뛰어나 산성 및 알칼리성 용액과 같은 유해한 액체 환경에서도 장기간 사용할 수 있습니다.

실리콘 카바이드의 가장 널리 퍼진 다형성인 알파 형태는 1700℃ 이상의 온도에서 우르츠자이트 결정 구조와 1700℃ 이상의 녹는점을 가지고 있습니다. 그러나 더 희귀한 베타 형태는 다이아몬드와 유사한 아연 혼합 결정 구조와 1030℃의 낮은 녹는점을 가지고 있으며, 이 희귀한 형태는 이종 촉매의 지지체 역할을 할 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 다공성 세라믹과 고밀도 세라믹 모두에서 찾을 수 있습니다. 생산 기술은 매우 다양하며, 최종 미세 구조는 사용되는 생산 방법에 따라 달라집니다. 반응 결합 SiC는 탄소-SiC 혼합물을 용융 실리콘에 침투시켜 서로 반응하여 더 많은 SiC를 형성하고 초기 압축을 결합함으로써 생산되며, 헥소로이와 같은 소결 SiC는 불활성 분위기에서 고온으로 소결하기 전에 기존의 세라믹 성형 공정을 통해 형성됩니다.

높은 경도

탄화규소의 모스 척도 경도는 최대 9.5에 달해 다이아몬드와 질화붕소에 이어 세 번째로 높습니다. 따라서 절삭 공구 및 연마재뿐만 아니라 기계 산업 분야에서 베어링 및 씰과 같은 고온 내마모성 부품을 제조하는 데 적합합니다.

실리콘 카바이드는 안정적인 화학적 특성, 우수한 열전도율, 낮은 열팽창 계수, 경도 및 기계적 강도의 독특한 조합으로 인해 석유, 화학 공학, 마이크로 전자공학, 자동차, 항공 제지 레이저 광업 등 여러 산업에서 널리 활용되고 있습니다. 또한 실리콘 카바이드는 환경 보호 정보 전자기기 및 에너지 사용 분야에서도 사용됩니다.

실리콘 카바이드(SiC)는 반응 결합과 소결이라는 두 가지 공정을 사용하여 생산할 수 있으며, 이 두 가지 공정은 최종 미세 구조에 영향을 미칩니다. 반응 결합 SiC는 일반적으로 실리콘과 탄소 혼합물로 구성된 컴팩트에 액체 실리콘을 침투시킨 다음 다른 실리콘-탄소 분자와 반응하여 더 많은 SiC 결합을 형성함으로써 만들어지며, 소결된 SiC는 기존의 세라믹 성형 기술과 생산용 비산화물 소결 보조제를 사용하여 만들어집니다.

실리콘 카바이드는 가공성이 뛰어나 특히 흑연과 결합할 경우 내마모성 씰링 부품을 생산하는 데 탁월한 소재입니다. 이 조합은 알루미나 세라믹 및 경질 합금보다 낮은 마찰 계수를 제공하며, 높은 태양광 발전량에서도 형태를 유지하여 알칼리 및 산과 같은 화학 물질이 환경으로 누출되는 것을 방지합니다.