실리콘 카바이드 분말

실리콘 카바이드 분말은 그 경도 덕분에 연삭, 호닝, 워터젯 절단, 샌드블라스팅과 같은 연마 가공 공정에 널리 사용됩니다. 또한, 방탄조끼에는 발사체의 충격을 흡수하기 위해 실리콘 카바이드가 사용됩니다.

카보런덤 그릿은 현대 보석 세공 분야에서 널리 사용되는 연마재입니다. 또한, 카보런덤 콜라그래프 인쇄 기법의 재료로도 사용됩니다.

경도

실리콘 카바이드 분말은 실리콘과 탄소로 구성된 합성 경질 결정질 화합물로, 모스 경도 척도에서 9.5의 경도를 나타내며, 다이아몬드와 커런덤 사이에 위치하는 가장 견고한 일반 연마재 중 하나입니다. 연마, 블라스팅, 래핑 및 고온에서의 내화학성 용도로 사용되는 실리콘 카바이드는 연마재로서 다양한 용도로 활용됩니다.

에드워드 애치슨은 1891년, 점토(알루미늄 실리케이트)와 분말 형태의 코크스를 혼합한 뒤 전기 가열을 통해 모이사나이트를 최초로 인공적으로 합성했다. 애치슨은 혼합물을 전기 가열하는 과정에서 작은 검은색 결정들을 관찰했으며, 이 화합물이 커런덤(경도가 다이아몬드와 유사한 보석)과 유사하다고 믿었습니다. 한편, 노벨 화학상 수상자인 앙리 무아상은 이후 캘리포니아의 디아블로 캐년에서 투명한 광물인 무아사나이트 결정의 자연 형태를 발견했습니다.

SiC는 극고온으로 가열되었을 때 뛰어난 안정성과 낮은 열팽창률을 자랑하는 우수한 내화 세라믹으로, 이러한 극한 온도에서도 화학적 순도와 내산화성을 유지합니다. 그 결과, SiC는 반도체 용광로의 웨이퍼 트레이 지지대 및 패들뿐만 아니라 산업용 용광로, 로켓 엔진, 발광 다이오드(LED) 기판 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. Panadyne의 그린 실리콘 카바이드는 99% 이상의 순도를 달성하여 JIS, ISO 및 FEPA 표준을 뛰어넘었습니다!

열 전도성

실리콘 카바이드(SiC)는 모스 경도 9를 기록하는, 현재 알려진 가장 단단한 물질 중 하나입니다. 또한 이처럼 단단함에도 불구하고 뛰어난 열전도성을 지니고 있어, 자체나 주변 구조물에 손상을 주지 않고 고온 환경에서 작동할 수 있습니다.

SiC는 반응 결합과 소결이라는 두 가지 주요 방법을 통해 제조됩니다. 두 공정 모두 최종 SiC 제품의 미세구조에 상당한 영향을 미칩니다. 반응 결합 방식의 SiC는 탄소-규소 혼합물로 만든 성형체에 액체 규소를 침투시켜 초기 입자들을 결합시키는 방식으로 제조되는 반면, 소결 방식은 불활성 환경에서 분말 형태의 SiC를 2000oC 이상의 온도에서 최소 1시간 동안 가열하는 과정을 거칩니다.

두 방법 모두 층상 결정 구조를 가진 SiC 잉곳을 생산하며, 이 잉곳은 절단 및 선별 과정을 거쳐 연마재, 내화물, 야금 등 다양한 용도에 적합한 그린 SiC 또는 블랙 SiC로 만들어집니다.

라만 분광법 분석 결과, SiC 미세분말은 일반적으로 횡방향 광포논(TO)과 종방향 광포논(LO) 모두에 해당하는 강한 피크를 나타내는데, 이는 합성된 물질이 3C 다형에 속함을 시사한다.

실리콘 카바이드의 천연 광물 형태인 모이사나이트는 극히 희귀하며, 운석, 커런덤 광상 및 킴벌라이트 내에서만 제한된 양으로 발견됩니다. 오늘날 시중에서 판매되는 대부분의 SiC(모이사나이트 보석 포함)는 합성 제품입니다. 인공 실리콘 카바이드의 생산은 1891년경 시작되었으며, 그 직후 이 소재를 이용한 산업용 연마재가 제조되기 시작했습니다. 초기 무선 탐지기와 발광 다이오드(LED)에도 이 소재가 활용되었습니다.

내식성

실리콘 카바이드는 화학적 비활성 물질로, 대부분의 산(염산, 황산, 불산) 및 염기(농축 수산화나트륨)에 대한 내식성이 뛰어납니다. 또한, 높은 경도 덕분에 석영으로 만들어진 반도체 관련 웨이퍼 가공 지그를 지지하는 데 이상적입니다. 다만, 이 소재는 고온에서 변형될 수 있으며, 불화수소와 같은 화학 약품으로 세정할 때 장시간 노출되면 마모됩니다. 실리콘 카바이드의 화학적 불활성 특성은 내구성이 뛰어나기 때문에 우수한 지지 재료로 활용됩니다.

실리콘 카바이드는 ‘모이사나이트’로 알려진 투명한 광물 형태로 자연에 존재합니다. 1893년, 노벨상 수상자인 화학자 앙리 무아상(Henri Moissan)이 애리조나주 캐니언 디아블로(Canyon Diablo) 지역에서 채취한 운석에서 자연계에서 최초로 발견된 비결정질 물질로 확인되면서, 이 발견은 실리콘 카바이드가 자연계에 등장한 첫 번째 계기가 되었습니다.

RSiC는 실리콘과 탄소로 구성된 세라믹 화합물로, Si와 C의 비율이 4:1이며 밀도는 3.21 g cm⁻³이다. 이 물질은 물에는 녹지 않지만, 알칼리(NaOH 또는 KOH)와 철을 함유한 용액(NaF)에는 용해될 수 있다.

RSiC는 연삭, 호닝, 워터젯 절단 등 다양한 연마 가공 공정에서 그 경도 덕분에 자주 사용됩니다. 또한, 지지재 및 선반 재료로서의 특성 덕분에 유리, 세라믹 또는 금속 용융을 위한 고온 가마에서 유용하게 사용되며, 방탄 조끼, 자동차 브레이크 및 클러치, 발광 다이오드(LED)와 같은 고성능 세라믹의 필수 구성 요소로도 활용됩니다.

내마모성

실리콘 카바이드는 다이아몬드 및 붕소 카바이드와 견줄 수 있을 정도로, 현재 알려진 가장 단단한 재료 중 하나입니다. 또한, 이 소재는 마모 및 열 응력에 대한 내성이 뛰어나 가공이나 샌드블라스팅 연마재와 같은 고온 용도에서 1400degC 이상의 내열성을 발휘합니다. 게다가 실리콘 카바이드는 이러한 작업에 사용되는 산성 화학 물질의 부식에도 강해 고온 사용에 안성맞춤입니다!

내구성은 내마모성을 통해 측정할 수 있으며, 이는 마찰 시험을 통해 확인할 수 있는 요소입니다. 시험 결과에 따르면, 모든 종류의 토양에서 마모 저항성 측면에서 실리콘 카바이드가 토양 가공용 특수강보다 뛰어난 성능을 보이는 것으로 나타났습니다. 특히 니오븀 함량이 증가된 F-61 패딩 용접부의 경우, 유사한 조건에서 XAR 600 강재에 비해 마모 강도가 거의 2배나 낮은 것으로 나타났습니다.

SiC 세라믹은 탁월한 미세 구조를 갖추고 있어 뛰어난 기계적 특성을 발휘하며, 뛰어난 열전도성과 낮은 팽창 계수를 지니고 있어 고온 용도는 물론 내식성과 같은 가혹한 환경에서도 사용하기에 적합합니다. 또한, 강한 충격을 견딜 수 있는 능력 덕분에 내구성이 뛰어나고 뛰어난 하중 지지 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 이 세라믹은 굵은 입자부터 미세한 입자까지 다양한 입자 크기로 제공되므로, 기계 가공 및 샌드블라스팅과 같은 산업용도로 매력적인 선택지가 됩니다.