실리콘 카바이드 응용 분야

실리콘 카바이드는 다양한 산업 분야에서 활용되는 매우 유용한 소재입니다. 자연적으로 모이사나이트 광물 퇴적물로 발견되지만, 오늘날 대부분의 실리콘 카바이드(SC) 생산은 합성 방식으로 이루어집니다.

실리콘 웨이퍼는 높은 파단 전압과 낮은 턴온 저항으로 반도체 장치에 탁월한 부품을 만듭니다. 또한 내식성이 뛰어나 고온은 물론 부식 관련 문제도 견딜 수 있습니다.

연마 도구

실리콘 카바이드(일반적으로 "카보룬덤"이라고 함)는 뛰어난 고온 강도와 열팽창 특성을 지닌 내구성이 뛰어난 세라믹 소재입니다. 따라서 녹을 제거하거나 도장을 위해 제품을 준비하거나 표면의 오래된 마감재를 벗겨내기 위해 내구성이 오래 지속되는 미디어가 필요한 연마 블라스팅 용도에 널리 사용됩니다. 일반적으로 각진 입자 모양의 그릿으로 형성된 후 1200~1400℃에서 가열하여 느슨하거나 단단한 연마 제품에 접착합니다.

실리콘 카바이드 연마재는 탄화 환원이라는 공정을 통해 생산됩니다. 이를 위해 순수한 규사, 코크스, 소금의 혼합물을 전기 저항로에서 가열하여 탄화물이 전극 역할을 하고 실리카 분자와 화학적으로 결합하여 카보룬덤 그릿을 형성할 때까지 가열합니다. 가열이 끝나면 이 녹색 그릿은 입자 크기 분류를 통해 특정 산업 및 고객의 요구를 충족하는 제품을 생산하기 전에 더 분쇄됩니다.

실리콘 카바이드는 모스 척도에서 9등급(다이아몬드와 탄화붕소만 능가)의 매우 높은 경도로 다른 연마재 중에서도 단연 돋보입니다. 이러한 뛰어난 경도 덕분에 실리콘 카바이드는 최소한의 힘으로 단단하고 부서지기 쉬운 재료를 절단하거나 연마하는 데 이상적인 소재입니다.

실리콘 카바이드 연마재는 블라스팅 작업뿐만 아니라 금속, 석재, 유리, 코르크, 목재 및 플라스틱을 샌딩하고 연마하는 데도 이상적입니다. 산화알루미늄 연마재에 비해 탄력성은 떨어지지만 연마 입자가 날카로워 가벼운 압력으로 이러한 재료를 쉽게 절단할 수 있습니다. 실리콘 카바이드는 연삭 휠, 사포, 유리화 및 레지노이드 연삭 휠, 샌드블라스트 노즐에도 사용할 수 있습니다.

절단 도구

실리콘 카바이드는 연삭 휠, 절삭 공구, 사포 및 세라믹 생산 공정에서 연마 재료로 널리 사용됩니다. 세라믹 역시 경도가 매우 높아 다양한 공구를 사용하여 특정 모양이나 마감 처리를 위해 가공하거나 조각할 수 있기 때문에 이 소재를 매우 유용하게 활용합니다. 비용 효율성과 내마모성으로 인해 연삭 휠과 같은 장기 연마재를 만드는 데 매력적인 소재가 되었습니다.

실리콘 카바이드는 일반적으로 강철 및 알루미늄 합금과 같은 금속과 티타늄 또는 니켈 합금과 같은 고온 재료 절삭을 위한 솔리드 드릴 및 인서트 드릴을 포함한 드릴링 및 가공 공구를 제작하는 데 사용됩니다. 이러한 재료는 경도가 높아 고속 가공 작업 중에도 공구가 거의 손상되지 않습니다.

실리콘 카바이드는 녹는점과 열전도율이 높아 마모, 부식 및 기타 가공 공정과 관련된 화학적 공정에 대한 저항성이 뛰어납니다. 따라서 금속과 복합재부터 세라믹에 이르기까지 다양한 재료를 절단할 수 있는 탄력성이 있습니다.

지르코니아 강화 알루미나와 크로미아 강화 알루미나는 높은 경도, 압축 강도, 고온에서의 화학적 불활성뿐만 아니라 열전도율이 높아 열을 더 빠르게 방출하여 공작물의 열 손상 가능성을 줄이고 공구 수명을 연장할 수 있어 단단하고 부서지기 쉬운 소재의 절삭 공구에 사용하기에 텅스텐 카바이드보다 우수한 것으로 입증된 세라믹 소재의 예입니다[3]. [4,5]

내열성 소재

실리콘 카바이드는 연마재 및 내화물에서 세라믹 및 고성능 애플리케이션에 이르기까지 다양한 용도로 사용되는 다목적 소재입니다. 실리콘 카바이드로 강화된 금속과 폴리머 부품으로 구성된 세라믹 매트릭스 복합재는 내열성을 제공하면서 성능을 향상시킬 수 있으며, 세라믹 강화 알루미늄 합금은 순수 알루미늄 합금에 비해 강도는 2배, 내열성은 20% 더 높으면서도 무게는 3분의 2 가볍습니다.

SiC는 매우 단단하고 화학적 내성이 강한 소재입니다. 열전도율과 내마모성, 열전도 특성이 뛰어나며 경도 면에서는 다이아몬드와 탄화붕소만 비교할 수 있습니다. 이러한 특성을 결합한 SiC는 연삭 휠 및 절삭 공구와 같은 세라믹 연마 제품을 생산할 때 이상적인 소재이며, 내열성(높은 내열성)과 기계적 내구성(내마모성)이 결합되어 내화물 및 세라믹에 자주 활용되기도 합니다.

실리콘 카바이드의 고유한 특성은 높은 임계 애벌런치 파괴 필드와 넓은 밴드 갭으로 더 적은 수의 디바이스로 더 많은 전력을 공급할 수 있어 비용과 시스템 복잡성을 줄이고, 낮은 상태 저항으로 변환 손실을 제한하고 디바이스 신뢰성을 높이는 등 고속 전력 디바이스 제조에 매력적인 소재입니다.

SiC는 실리콘과 탄소 원자가 결합된 구조로 독특한 전기적 및 열적 특성을 지니고 있습니다. 산과 알칼리 및 고온에 대해 불활성이며, 제조 방법에는 반응 결합뿐만 아니라 열간 프레스 및 무압 소결 같은 기존 세라믹 공정이 포함됩니다. 용도에 따라 모양과 크기를 형성할 수 있으며, 소결 공정이 비교적 간단하여 소결 보조제, 바인더 첨가, 프레스 및 소결 조건의 선택을 통해 최종 미세 구조를 제어할 수 있는 고밀도 기계적 특성을 가진 소결체를 생산할 수 있습니다.

내마모성 소재

실리콘 카바이드는 내마모성과 기계적 강도가 뛰어난 매우 단단한 소재로, 광범위한 온도 스펙트럼에 걸쳐 다양한 용도에 적합합니다. 또한 압축 강도가 강해 시간이 지남에 따라 발생할 수 있는 기계적 응력에 대한 내구성이 뛰어나므로 무거운 하중이나 빠른 속도가 발생할 수 있는 산업용으로 선택하기에 이상적인 소재입니다.

실리콘 카바이드(SiC)는 가장 가볍고 단단한 세라믹 소재 중 하나입니다. 층상 결정 구조는 실리콘과 탄소 원자가 사면체 결합 구성을 통해 서로 결합되어 서로 다른 특성을 가진 다양한 폴리타입을 형성하며, 우르츠사이트와 유사한 육각형 결정 구조를 가진 알파 형태(a-SiC)는 산업 응용 분야에서 흔히 볼 수 있지만 베타 형태(zn 혼합 결정 구조)는 더 흔하지 않습니다.

실리콘 카바이드는 강철 유형에 비해 내마모성이 우수하지만 질화물 결합 실리콘 카바이드의 충격 내마모성은 훨씬 낮기 때문에 토양 작업 부품으로 널리 사용되는 데 제한이 있습니다.

반응 결합 실리콘 카바이드(RBSC) 복합 소재는 탁월한 내마모성, 우수한 내화성, 화학적 안정성 및 강력한 중량 대비 강도가 요구되는 응용 분야를 위해 설계되었습니다. RBSC는 내산화성과 내열성을 유지하면서 중량 대비 강도가 뛰어난 복잡한 형상으로 성형할 수 있어 내화성 소재의 연삭 및 절단에 이상적입니다. 일반적으로 이러한 작업에 사용되는 연삭기에 사용됩니다.

고온 재료

열악한 응용 분야를 위한 소재 선택은 내열성 및 내화학성이 높은 소재를 선택해야 하는데, 탄화규소는 이러한 이유로 광산, 정유 작업 및 펌프 시설에서 가장 많이 선택되는 소재 중 하나가 되었습니다.

세라믹 소재는 온도 안정성이 뛰어나 고온에 노출되어도 뛰어난 강도와 무결성을 제공합니다. 또한 부식 및 화학적 공격에 대한 내성이 뛰어나 반도체 제조와 같이 고순도가 요구되는 환경에서 사용하기에 탁월한 선택입니다.

실리콘 카바이드의 기술적 세라믹으로서의 특성은 결정 구조에 따라 결정되며, 폴리타입은 밴드갭의 차이로 인해 서로 다른 특성을 나타낼 수 있습니다. 밴드갭은 재료에서 빛이 흡수되거나 방출되는 방식을 결정하며, 밴드갭이 넓은 재료는 투과율이 높은 반면 밴드갭이 좁은 재료는 일반적으로 투과율이 감소하는 경향이 있습니다.

실리콘 카바이드의 최대 4.9와트/제곱미터 켈빈의 열전도율은 고온 환경을 쉽게 견딜 수 있어 많은 애플리케이션에서 중요한 특징 중 하나입니다. 이 기능은 높은 열 안정성이 중요한 내화 재료 또는 내마모성 부품으로 사용할 때 특히 중요합니다.

탄화규소는 실리콘에 비해 전압 저항이 높아 고전압에서 균열이 발생할 수 있는 반도체 및 압력 센서와 같은 고전압 전기 부품에 매력적인 소재이며, 실리콘과 질화갈륨에 비해 각각 10배 이상 높은 1000V 시스템 저항을 자랑합니다.