실리콘 카바이드 포뮬러

일반적으로 카보룬덤이라고도 불리는 탄화규소는 연마재 및 야금 분야에서 자주 사용되는 독특한 물리적 특성을 지닌 단단하고 강한 비산화물 세라믹입니다.

SiC는 초기에 Acheson 공정을 사용하여 생산되었지만, 오늘날에는 전기 저항 벽돌로를 사용하여 순수한 실리카 모래와 미세하게 분쇄된 코크스를 혼합하여 대량 생산되며 무지개 빛깔이 돋보이는 황록색에서 청흑색 결정을 생성합니다.

물리적 속성

탄화규소(SiC)는 1893년 노벨상을 수상한 화학자 앙리 모이산이 천연 물질 연구의 일환으로 자연 상태(애리조나의 캐년 디아블로 운석)에서 처음 발견한 실리콘과 탄소로 이루어진 매우 단단한 결정질 화합물로, 모이사나이트라고 알려져 있습니다.

실리콘 카바이드는 층상 결정 구조를 가지며 3C-SiC로 알려진 배열로 알려진 실리콘과 탄소 원자의 특정 적층 배열을 가진 다양한 폴리타입으로 제공되지만, 유사한 화학적 및 물리적 특성을 가진 100가지 이상의 다른 구조가 있습니다.

실리콘 카바이드는 다양한 방법을 통해 소결(고온으로 입자를 결합)하여 세라믹 재료로 변환할 수 있습니다. 이를 위해 널리 사용되는 공정 중 하나는 헥소로이(r)라고도 하는 반응 결합 SiC로, 첨가제 성형, 주조 또는 압출을 통해 다공성 탄소 공급 원료와 혼합된 반응 결합 SiC 분말을 사용하여 극한의 최종 사용 온도에서 작동하는 뛰어난 화학적 및 기계적 특성을 지닌 완전 밀도 세라믹 소재를 생산합니다.

화학적 특성

실리콘 카바이드는 귀중한 산업용 화합물로서 많은 유익한 특성을 가지고 있습니다. 화학적으로 불활성이며 부식에 강합니다. 또한 실리콘 카바이드는 내구성이 뛰어나고 모스 경도 등급이 10.5에 달해 현대 세공 분야에서 널리 사용되는 우수한 연마재입니다.

이 결정질 물질은 질소 도핑을 통해 전자를 생산하고 갈륨, 알루미늄 또는 붕소 도핑을 통해 후자를 생산하여 n형 및 p형 반도체를 모두 생산할 수 있는 도핑이 가능합니다. 내열성이 높고 불산을 제외한 알칼리 또는 대부분의 유기 물질과 반응하지 않습니다.

탄화규소는 뛰어난 복원력으로 인해 스포츠카의 세라믹 브레이크 디스크와 방탄 조끼부터 높은 열전도율과 마찰 열이 강철 베어링 표면으로 전달되기 전에 발산하는 능력으로 인해 펌프 샤프트 씰에 이르기까지 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 또한, 복잡한 화학적 구성으로 인해 화합물 구성 내에 다양한 결정 구조와 결합 배열을 포함하는 여러 형태 또는 폴리타입이 존재합니다.

전기적 특성

실리콘 카바이드는 높은 경도 및 화학적 불활성과 같은 뛰어난 기계적 특성으로 인해 최근 몇 년 동안 새로운 인정을 받고 있지만, 유용한 전기적 특성도 자랑합니다. 탄화규소는 결정 구조로 인해 도핑이라는 불순물을 도입하여 재료 내에 전자 및 정공과 같은 더 많은 자유 전하 운반체를 생성하여 전도도를 높일 수 있습니다.

탄화규소의 독특한 원자 구조는 큰 반경을 가진 원자들이 촘촘하게 패킹되어 있고 그에 따른 음전도로 인해 상대적으로 높은 열 전도성을 제공하며, 이는 원자 반경이 넓어 열 전도성이 낮은 질화 알루미늄이나 베릴리아 같은 다른 구조 세라믹에 비해 탄화규소가 우위를 점할 수 있게 해줍니다.

탄화규소는 소량의 결정질 광물인 모이사나이트로 자연적으로 발생하지만, 상업적으로 사용되는 대부분의 탄화규소는 연마재 또는 고급 내화물로 사용하기 위해 전기 저항로 벽돌로에서 실리카 모래와 탄소 혼합물을 점화하여 합성으로 생산합니다.

기계적 특성

탄화규소(SiC)는 모스 스케일 경도가 9인 매우 단단한 세라믹 소재로, 일반적으로 2700℃에서 물이나 알칼리 및 철과 함께 분해되기 전에 승화되는 노란색에서 녹색에서 청흑색 무지개빛 결정으로 나타나며, 1600℃까지의 온도에서 우수한 내식성과 강도를 자랑하며 텍스처, 입자 크기, 적층 결함, 불순물 또는 적층 결함은 기계적 특성에 부차적인 역할을 담당합니다.

고온의 전기로에서 실리카를 탄소와 혼합하는 애치슨 공법을 통해 산업적으로 생산되거나 1893년 애리조나주 캐년 디아블로 운석 분화구에서 처음 발견된 모이사나이트처럼 자연적으로 발견되기도 합니다. 모이사나이트는 열전도율이 우수하고 열팽창이 적을 뿐만 아니라 대부분의 유기산과 무기산은 물론 염분에도 강하지만 불산이나 불화수소산에는 내성이 있어 오랫동안 첨단 기능성 세라믹, 연마재 및 야금 원료의 필수 소재로 인정받아왔습니다.