실리콘 카바이드는 세라믹인가요?

실리콘 카바이드(SiC) 세라믹 제품은 부식, 마모 및 고온에 대한 내성으로 잘 알려져 있으며, 이러한 특성 덕분에 버너 노즐, 제트 및 화염 튜브의 장기 내화 재료로도 사용됩니다.

SiC는 높은 열전도율, 낮은 열팽창률, 우수한 내마모성을 제공하면서 1600degC의 높은 온도에서도 강도를 유지하는 이상적인 소재입니다. 또한 이 내구성이 뛰어난 소재는 산과 용융 염분에도 분해되거나 조각으로 부서지지 않고 견딜 수 있습니다.

경도

SiC는 강도와 탄력성이 뛰어나 극한 환경을 견디도록 설계된 부품에 이상적인 소재로, 이를 필요로 하는 애플리케이션에 적합합니다. 높은 파괴 인성(6.8MPa m0.5)과 영 계수(440GPa)를 자랑하여 기계적 응력으로 인해 균열이나 변형이 발생하지 않으며, 굽힘 강도와 복원력이 뛰어나 충격 방지 애플리케이션에 적합하며, SiC의 고유한 구성으로 굽힘과 충격에 대한 저항성을 모두 보장합니다.

탄화규소는 경도가 높아 침식, 마모, 충격으로 인한 기계적 스트레스, 심지어 산과 잿물 용액에 노출되어도 견딜 수 있어 가장 단단한 소재 중 하나로, 절삭 공구와 방탄 조끼의 세라믹 플레이트에 적합합니다.

실리콘 카바이드는 열팽창이 적고 열전도율이 높아 광범위한 온도에서 효과적으로 작동할 수 있으며, 화학적 불활성으로 인해 부식에 강합니다. 실제로 실리콘 카바이드는 고온과 환경적 요인을 모두 견딜 수 있는 탁월한 능력으로 전기 자동차 생산에 사용하기에 매우 적합합니다.

실리콘 카바이드는 처음에는 전기 절연체로 보일 수 있지만, 독특한 원자 구조 덕분에 불순물이나 도펀트를 첨가하면 반도체로 변형될 수 있습니다. 알루미늄, 붕소, 갈륨 또는 질소/인 도펀트로 도핑하면 추가하는 도펀트에 따라 p형 또는 n형 반도체 특성을 갖게 되며, 이러한 적응성 덕분에 전통적으로 구리가 주로 사용되던 발전 애플리케이션을 포함하여 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

탄화규소는 희귀 광물인 모이사나이트로 자연적으로 발생하지만, 1893년부터 연마재로 사용하기 위해 분말과 결정으로 대량 생산되면서 그 존재감을 드러냈습니다. 커런덤 보석은 탄화규소로부터 큰 단결정으로 성장할 수 있으며, 탄소 및 기타 원소와 잘 결합하여 복합 세라믹 및 복합 연마재를 형성하고, 분말 야금 제조 공정을 사용하여 비교적 저렴한 비용으로 복잡한 형상을 만들 수 있어 연삭, 절삭에서 고속 가공에 이르기까지 다양한 용도에 사용되는 복잡한 형상으로 만들어 연삭/절삭/가공 작업과 같은 다양한 용도로 사용할 수 있어 산업용 가공뿐만 아니라 고성능 자동차 부품 제조에도 일반적으로 사용되고 있습니다.

열 전도성

실리콘 카바이드는 인상적인 특성을 자랑합니다. 현존하는 세라믹 중 가장 단단하고 가벼우며 열충격 저항성이 뛰어나고 열팽창 매개변수가 낮습니다. 또한 실리콘 카바이드의 인상적인 강도는 손상이나 고장 없이 상당한 인장 변형을 견딜 수 있어 다양한 산업 분야에 적합합니다.

탄화규소는 또한 부식 및 화학적 분해에 매우 강하며 대부분의 산(염산 및 황산 제외), 염기, 용매 및 모든 산화 매체를 견뎌냅니다. 실제로 실리콘 카바이드는 다이아몬드 다음으로 경도가 높고 입방정 질화 붕소는 내마모성이 뛰어나기 때문에 절단, 연삭 및 드릴링 용도로 매우 인기가 높습니다.

실리콘 카바이드는 내화성 특성으로 인해 보호 방탄복에 사용하기에 탁월한 소재로, 충격파를 흡수하여 손상을 최소화합니다. 탄도 유리와 탄화붕소의 대안으로 탄화규소 방탄 조끼를 사용하면 큰 이점을 얻을 수 있습니다. 실리콘 카바이드 실란트는 고속 펌프 샤프트에 사용되는 용도를 포함하여 다양한 용도로도 사용할 수 있습니다.

대부분의 세라믹과 마찬가지로 탄화규소는 자연적으로 전기 절연 특성을 가지고 있지만, 생산 과정에서 소량의 불순물이나 도핑제를 도핑하여 표면 이온 농도를 변경함으로써 반도체를 만들 수 있으며, 이 경우 탄화규소의 넓은 밴드 갭 반도체 거동을 구현할 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 실리콘과 탄소의 결합으로 독특한 물리적, 기계적 특성을 지니고 있어 활용도가 매우 높은 소재입니다. 탄화규소는 마찰 마모를 효과적으로 처리할 뿐만 아니라 마모, 침식 및 부식을 견디는 데 탁월하여 화학 공장에서 밀 및 익스팬더, 노즐 및 분무기, 화학 산업용 자기 펌프, 장기간 유지보수 없이 작동하는 캔 펌프의 부품으로 적합하며, 화학적 분해와 방사선에 의한 분리에 대한 저항성으로 부식 환경에서의 물리적 안정성도 갖추고 있어 매우 귀중한 소재입니다!

부식에 대한 내성

탄화규소는 유기산과 알칼리부터 용융 염과 고온에 이르는 다양한 화학 물질에 노출되어도 강도를 잃거나 화학 반응을 일으키지 않고 견딜 수 있어 절삭 공구 또는 기계적 밀봉 분야에 적합한 매우 내구성이 뛰어난 소재입니다.

실리콘 카바이드 생산에는 고급 규사 및 석유 코크스와 같은 원료를 벽돌 전기 저항로에서 녹여 코크스의 탄소가 모래의 실리콘과 반응하여 녹색 또는 검은색 SiC 잉곳을 형성한 후 용도에 따라 가공하는 과정이 포함됩니다. 녹색 실리콘 카바이드는 일반적으로 결정 구조가 거친 반면 검은색 실리콘 카바이드는 결정 구조가 더 미세하여 연마 및 연마재에 더 적합한 특성을 나타냅니다.

SiC는 부식에 대한 저항성과 내마모성이 뛰어나 지속적인 마찰이 발생하는 기계식 씰과 베어링에 이상적입니다. 또한, 낮은 마찰 계수와 열팽창으로 인해 SiC는 내구성이 매우 뛰어난 세라믹 소재입니다.

부식은 다양한 소재의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있는 복잡한 화학적 과정입니다. 부식은 일반적으로 재료의 표면 결함을 증가시켜 강도를 감소시킵니다. 이러한 약화는 결국 기계적 또는 열적 스트레스로 인해 고장을 일으키거나 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다.

세라믹 부품의 무결성을 유지하려면 적절한 코팅을 선택하는 것이 중요합니다. 다양한 코팅 옵션이 있으며, 각 옵션마다 고유한 장점이 있습니다. 실리콘 카바이드 코팅은 특히 부식에 강하고 기계적 씰 생산에 탁월한 선택이며, 높은 수준의 경도를 가진 단단한 소재가 필요한 애플리케이션에 일반적으로 사용되며, 극한의 온도에 노출될 때 이상적인 선택입니다.

내화학성

실리콘 카바이드는 화학적 공격에 대한 저항성이 뛰어나 상당한 기계적 강도와 내구성이 요구되는 고성능 애플리케이션에 이상적인 소재입니다. 우수한 파괴 인성과 뛰어난 굴곡 강도는 이러한 특성을 입증하며, 파괴 인성은 응력 하에서 균열 전파를 견디는 능력을, 후자는 굽힘에 대한 저항성을 나타냅니다. 이러한 특성을 경도와 결합하면 실리콘 카바이드는 강도 높은 조건에서 무거운 기계적 하중을 견디면서도 갑작스러운 충격으로부터 손상되지 않고 스스로를 보호할 수 있습니다.

실리콘 카바이드의 놀라운 경도는 탄소와 실리콘 원자가 결정 격자 구조에서 강한 공유 결합으로 단단히 결합된 독특한 결정 구조에서 비롯됩니다. 또한 이러한 배열은 뛰어난 열 안정성을 보장하여 변형이나 강도 손실 없이 고온을 견딜 수 있습니다.

탄화규소는 산업용 소재 중에서도 경도와 열 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 부식, 산화 및 화학적 공격에 대한 저항력도 뛰어납니다. 이 소재의 견고한 특성과 부식과 같은 위협에 대한 강력한 복원력 덕분에 사포, 내화 라이닝, 절삭 공구, 펌프 및 로켓 엔진의 내마모성 부품 등 다양한 분야에 사용됩니다.

실리콘 카바이드의 고유한 전기 전도성은 많은 유용한 응용 분야를 제공합니다. 알루미늄이나 붕소를 첨가하면 전기적 특성을 p형 반도체 또는 n형 반도체로 변경할 수 있으며, 질소와 인을 첨가하면 후자의 반도체가 만들어집니다.

SiC는 반도체 특성 덕분에 전기로용 저항 발열체부터 서미스터 및 배리스터의 핵심 부품에 이르기까지 다양한 애플리케이션에 활용될 수 있습니다. 뛰어난 내열성과 전기 전도성 특성 덕분에 SiC는 최대 1600oC의 사용 온도를 최소한의 강도 손실로 견딜 수 있습니다.

실리콘 카바이드 또는 모이사나이트는 희귀 광물로서 자연적으로 소량으로 발견됩니다. 오늘날 판매되는 대부분의 상업용 실리콘 카바이드는 모래와 전기의 고온 전기화학 반응을 통해 합성되며, 우수한 경도, 고온 안정성, 전기 전도성 및 내화학성 특성으로 인해 다양한 까다로운 응용 분야에 매력적인 소재가 됩니다.