실리콘 카바이드 소재

실리콘 카바이드(SiC)는 다이아몬드 다음으로 가장 단단한 소재 중 하나입니다. 뛰어난 강도와 내마모성 특성으로 인해 SiC는 연마재 및 내화물과 같은 응용 분야에 이상적인 후보입니다.

SiC는 모이사나이트 광물에서 자연적으로 발견되기도 하고 Blasch ULTRON 소결 SiC와 같은 회사에서 합성으로 제조하기도 합니다. SiC는 다른 세라믹 소재에 비해 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공합니다.

고온 내성

실리콘 카바이드는 산업 기계의 내마모성 부품, 용광로의 내마모성 코팅 등 높은 열 및 기계적 성능이 요구되는 분야에 사용되는 비산화물 세라믹입니다. 또한 실리콘 카바이드의 화학 구조는 극한의 온도에서도 견딜 수 있습니다.

폴리이미드는 분자 크기가 매우 작고 서로 밀착되어 있어 열팽창률이 매우 낮기 때문에 구성 성분의 내열성이 매우 높습니다.

일반적으로 다른 유형의 세라믹을 손상시킬 수 있는 고온에서의 부식 및 기타 화학 반응에 저항할 수 있기 때문에 높은 공정 온도에서 고산성 또는 알칼리성 혼합물을 취급하는 용접 열교환기와 같은 화학 처리 애플리케이션에 자주 사용됩니다. 따라서 화학 반응로에서 볼 수 있는 것과 같이 강산성 또는 알칼리성 혼합물을 처리할 때와 같이 높은 공정 온도를 사용하는 화학 처리 애플리케이션에 적합합니다.

SiC는 높은 수준의 오염, 마모 및 부식에 노출되는 로터리 밸브 또는 플랜지와 같은 석유 및 가스 애플리케이션에도 이상적입니다. 탱크 배수 펌프와 같은 펌핑 시스템을 통해 마모성이 높거나 부식성이 강한 매체를 펌핑하거나 오일 슬러지 혼합물이 포함된 오일 슬러지 혼합물 또는 샌드 그릿과 같은 블라스팅 매체가 포함된 블라스팅 노즐에 SiC 기계식 베어링 및 씰을 사용하는 경우가 많습니다.

실리콘 카바이드의 넓은 밴드갭은 전자 응용 분야에 특히 적합하며, 원자가 밴드와 전도 밴드 사이에서 전자를 전달하는 데 필요한 에너지를 줄여 절연체, 도체 또는 반도체 재료로 사용할지 여부를 결정합니다. 실리콘 카바이드는 붕소 및 알루미늄과 같은 도펀트를 재료 구성에 도펀트로 추가하면 반도체가 됩니다.

실리콘 카바이드의 넓은 밴드갭은 고성능 전력 트랜지스터를 위한 매력적인 소재입니다. 실리콘 카바이드는 더 높은 전압을 견디고 고장이 나지 않아 에너지 절약 효율을 높인 더 작은 장치를 만들 수 있으며, 이러한 특성은 특히 효율 요구가 큰 전기 자동차에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

내식성

실리콘 카바이드는 내식성이 뛰어난 화학적 불활성 소재입니다. 탄화규소는 무기산(염산, 황산, 불산), 알칼리 및 염분은 물론 농축 황산 용액(아세트산, 염소)과 같은 산화제나 염소 가스 농도에 노출되어도 견딜 수 있습니다. 실리콘 카바이드는 철강 및 금속 제조, 세라믹 및 유리 생산, 고온로 장비 제조 공정 또는 고온로 장비 제조 공정에 적용됩니다.

입자 크기가 최대 1.5mm인 미세 입자부터 거친 입자까지 다양한 산업용 실리콘 카바이드 등급을 선택할 수 있습니다. 이러한 탄화규소의 생산 방법에는 반응 결합 탄화규소, 소결 탄화규소 및 질화물 결합 탄화규소 생산이 포함됩니다. 모두 내식성이 우수할 뿐만 아니라 매우 높은 온도에서 장기간 강도를 유지합니다.

반응 결합 실리콘은 분말 실리콘과 액체 실리콘의 혼합물을 인퓨저에 침투시켜 결정질 실리콘 카바이드를 생성함으로써 생성됩니다. 이 제품이 생성되면 질소 분위기에서 금속 실리콘 분말과 반응시켜 질화시켜 표면에 새로운 구조를 생성하는 표면 수준의 질화물과 산화물을 생성할 수 있습니다.

이 방법은 구성 요소가 서로 밀집되어 있어 핵심 결정 구조로 산소가 확산되지 않도록 매우 강력한 장벽을 형성한다는 추가적인 이점이 있습니다. 그 결과 표면에 고농도의 유리 실리콘이 함유되어 있음에도 불구하고 부식 속도가 매우 낮게 유지됩니다.

실리콘 카바이드 질화물과 산화물은 밀도가 높은 재료로 기계적 손상에 저항하는 매우 단단하고 거친 표면을 만들어 내식성이 뛰어날 뿐만 아니라 경도, 내마모성, 피로 강도가 매우 높습니다.

무압 소결로 생산된 거친 입자의 SIC 그레이드의 내식성은 특히 인상적이며, 3PB 테스트는 이 현상을 인상적으로 명확하게 보여줍니다. 용융 염소에 장시간 노출된 후에도 강도는 오랜 기간 동안 거의 일정하게 유지되므로 다양한 응용 분야에서 놀라운 자산이 됩니다.

높은 강도

실리콘 카바이드(SiC)는 다이아몬드에 이어 인류에게 알려진 가장 강한 소재 중 하나입니다. SiC는 경도가 높아 연마재 및 내마모성 부품, 열에 대한 저항성과 낮은 열팽창으로 내화물 및 세라믹, 전기적 특성으로 인해 전자제품에 널리 사용됩니다.

고온 세라믹은 고온 환경에서 내화성과 내화학성이 뛰어나 용광로 라이닝 및 가스 터빈 로터 단열재에 적합합니다. 물과 알코올에는 녹지 않지만 세라믹은 대부분의 유기산, 알칼리, 용융 염분으로부터의 공격을 용해되지 않고 최대 1600degC까지 견딜 수 있습니다. 열전도율이 높고 팽창 계수가 매우 낮은 특성으로 이상적인 단열재입니다.

SiC의 강점은 다양한 형태 또는 다형성을 취할 수 있는 층상 구조에 있습니다. 각 층은 사면체 구조로 공유 결합된 4개의 탄소와 실리콘 원자로 구성됩니다. 각 모서리는 다양한 방향으로 서로 연결되어 독특한 폴리타입을 생성하며, 단단하게 패킹되어 강도가 크게 증가합니다.

소결된 SiC는 밀도가 높지만, 높은 온도로 인해 목 성장과 치밀화 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 이 소재를 보다 효과적으로 생산하기 위해 분말 실리카 또는 석영 모래 혼합물을 10-50% 순수 실리콘 카바이드 분말과 결합한 후 특수 프레스에서 저압으로 소성하여 SiO2의 증발을 제거하는 동시에 넥 성장을 제한하는 반응 결합이 종종 사용됩니다.

최종 부품보다 약 3% 큰 프리폼을 발열 질화하면 더 높은 온도에서도 강도를 유지하는 SiC를 생산할 수 있어 부품의 구조적 무결성을 유지하면서 다양한 벽 두께를 가진 부품을 생산할 수 있습니다.

실리콘 카바이드의 고온 성능은 전기로의 저항 발열체, 반도체 용광로용 웨이퍼 트레이 지지대 및 패들, 서미스터 및 배리스터의 전기 절연 특성, 연마재 및 저항 용접 저항 용접 필라멘트와 관련된 응용 분야에 매력적인 소재입니다.

고밀도

탄화규소는 약 3.21g/cm3의 매우 높은 밀도를 가지고 있으며, 밀도가 높은 결정 구조는 원자 간에 공유 결합을 형성하는 촘촘한 분자 결합을 형성합니다. 탄화규소는 물과 알코올에는 녹지 않지만 대부분의 유기산과 인산, 질산, 황산, 염산과 같은 무기염은 물론 열충격과 방사선 노출에도 잘 견딥니다.

소결된 순수 SiC는 소결 시 400GPa 이상의 매우 높은 영탄성률과 우수한 치수 안정성은 물론 우수한 열전도율, 낮은 열팽창률, 내식성, 내마모성, 강도 손실 없이 최대 1600oC의 온도에 견딜 수 있으며 화학 순도가 높아 대부분의 산과 염료(불산 제외)에도 견딜 수 있습니다.

실리콘 카바이드 세라믹은 화학적 순도, 내열성, 우수한 슬라이딩 특성 및 입자 경계 불순물이 없어 3D 프린팅, 탄도 및 제지 생산과 같은 응용 분야에 적합합니다. 실리콘 카바이드 세라믹은 우수한 슬라이딩 특성과 입자 경계 불순물이 없기 때문에 3D 프린팅 및 탄도탄과 같은 수요가 많은 응용 분야에 특히 적합할 뿐만 아니라 화학 공장, 에너지 기술 또는 제지 생산 공장의 부품으로 사용됩니다. 실리콘 카바이드 세라믹은 연마재 마모 플레이트 베어링과 같이 매우 기계적 및 열적으로 까다로운 환경에서 부품이 작동해야 하는 경우 내화물 또는 세라믹 세라믹으로 사용되는 경우가 많으므로 실리콘 카바이드 세라믹은 탁월한 소재 선택이 될 수 있습니다!

카바이드 재종은 내식성과 내마모성이 뛰어나 절삭 공구에 사용하기에 이상적이며, 특정 용도에 맞게 실리콘 함량이나 탄소 함량 수준을 변경하여 맞춤형 응용 분야를 제공할 수 있습니다. 실리콘 함량이나 탄소 함량과 같은 특성을 적절히 조정하여 특정 응용 분야의 요구 사항을 충족할 수 있는 다양한 재종을 사용할 수 있습니다.

탄화규소는 연마재로 가장 많이 활용되며, 연삭, 연마 및 샌드 블라스팅과 같은 다양한 산업 분야에서 사용하기 위해 Lely 공정 또는 3~10미크론 분말을 통해 플레이크와 같은 단결정을 생산합니다.