실리콘 카바이드 재료 특성

탄화규소는 흔히 카보룬덤이라고도 불리는데, 강도와 내마모성이 뛰어난 경질 세라믹 소재입니다. 또한 화학적 불활성으로 인해 열팽창 계수가 낮고 열전도율이 높으며 고온에서 산화 및 분해에 대한 저항성이 뛰어납니다.

기존의 결정질 소재와 달리, a-SiC는 무질서한 원자 구조로 인해 오히려 뛰어난 강도를 자랑합니다. 이 놀라운 소재는 재료 과학의 기존 개념을 뒤집습니다.

전기 전도성

탄화규소(화학식 SiC)는 가장 단단한 자연 발생 물질 중 하나이자 현재 사용 가능한 가장 단단한 합성 소재 중 하나로, 가장 낮은 마찰 계수를 자랑하며 섭씨 1,400도의 높은 온도에서도 강도와 경도를 유지하므로 까다로운 산업 환경의 부품에 탁월한 소재 선택이 될 수 있습니다. 또한 SiC는 물이나 알코올에 녹지 않는 동시에 열악한 화학 환경에서도 우수한 내식성을 제공합니다.

입상 유리 섬유는 사포와 연삭 휠에 오랫동안 사용되어 왔으며 최근에는 산업용 용광로의 내화 라이닝 및 발열체에 사용되는 재료로도 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 고온, 화학적 공격, 기계적 응력 및 마모를 견딜 수 있는 유리 섬유는 반도체 용광로의 웨이퍼 트레이 지지대, 패들 및 기타 부품뿐만 아니라 석유 시추기, 밀 분쇄기 및 기타 기계의 내마모성 부품에 탁월한 소재를 선택할 수 있습니다. 또한 우수한 기계적 특성으로 인해 석유 시추기의 내마모성 부품에 대한 강력한 대안이 될 수 있으며, 내마모성이 뛰어나 내마모성 부품이 필요한 경우 금속보다 선호되는 소재로 석유 시추기 및 스프레이 및 코팅 시스템의 내마모성 부품에 사용됩니다. 마지막으로 우수한 기계적 특성으로 인해 반도체 용광로에서 웨이퍼 트레이 지지대나 패들 또는 반도체 용광로 구성품 중 웨이퍼 트레이 지지대나 구성품을 선택할 때 선호되는 소재입니다.

실리콘 카바이드는 단단한 성질에도 불구하고 매력적인 전기 전도성 물질입니다. 질소나 인을 도핑하여 n형 반도체로 사용하거나 베릴륨, 붕소, 알루미늄을 도핑하여 p형 반도체를 만들면 실리콘 카바이드는 전자 장치에서 실리콘을 대체할 수 있는 가격 경쟁력이 높은 소재가 될 수 있습니다. 또한 밴드갭이 넓어 기존 실리콘보다 3배 더 높은 전압을 수용할 수 있어 더 가볍고 컴팩트한 차량용 전기 부품을 만들 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 다른 엔지니어링 세라믹에 비해 전기 및 열 전도성이 적당할 뿐만 아니라 영스 계수가 높아 다양한 산업 환경의 요구 사항을 견딜 수 있습니다. 또한 열팽창 계수가 상대적으로 낮아 극한의 온도 조건에서 급격한 치수 변화를 방지하고 열 충격과 큰 온도 변화에 대한 저항성이 있어 배전 절연체에 선호되는 옵션입니다.

고전압 저항

실리콘 카바이드는 단단하고 화학적으로 불활성인 소재로 내열성이 뛰어나 혹독한 화학 환경이 요구되는 애플리케이션에 자주 선택됩니다. 또한 이 소재의 뛰어난 마찰 특성으로 인해 기계적 응력이나 충격으로 인한 마모에 대한 저항성이 뛰어나 오랜 수명 동안 거친 환경을 견뎌야 하는 베어링과 펌프에 이상적입니다.

실리콘 카바이드의 높은 전압 저항은 전자 회로에서 중요한 구성 요소입니다. 이러한 특성은 전자를 전도대로 이동시키는 데 필요한 에너지가 적어 파괴 전기장 강도를 높이고 더 높은 전압을 처리할 수 있는 넓은 밴드 갭 반도체 특성에서 비롯되며, 이는 전기 자동차 배터리 관리 시스템과 같은 전력 애플리케이션에 특히 유용합니다.

SiC는 일반 실리콘보다 스위칭 손실이 10배 적고 1000V를 초과하는 시스템에서 질화갈륨을 능가할 수 있어 전기 자동차 및 태양광 인버터와 같은 최신 기술 개발에 필수적인 요소로 자리 잡았습니다.

실리콘 카바이드 세라믹은 불산, 염화칼륨, 황산, 염소 가스, 염산, 아세트산과 같은 화학 물질의 공격을 견딜 수 있어 다른 세라믹 소재에 비해 우수한 내식성을 제공합니다. 또한 열 안정성이 뛰어나 고온을 견디면서도 온전한 상태를 유지할 수 있어 산업 플랜트와 같이 혹독한 환경에 노출되는 애플리케이션에서 매우 유용합니다.

실리콘 카바이드는 특정 용도에 맞게 조정할 수 있는 고급 비산화물 분말을 사용하여 제조됩니다. 소결, 반응에 의한 결합, 액상 및 고체 상태 등 다양한 형태로 제공되며, 소결은 외부 표면에 다른 물질과 반응하지 않은 채로 남아 있는 a-SiC 또는 b-SiC로 구성된 거친 결정층으로 인해 가장 널리 사용되는 산업 형태이며 일반적으로 생산성을 극대화하기 위해 건식 프레스 및 압출 같은 기술을 사용하여 고온에서 생산합니다.

고온 내성

실리콘 카바이드(SiC)는 현존하는 가장 단단하고 강하며 가장 진보된 엔지니어링 세라믹 소재 중 하나입니다. 뛰어난 열전도율, 낮은 팽창 계수, 내식성 특성 덕분에 SiC는 극한의 온도 환경에서 사용하기에 탁월한 소재이며, 화학적 불활성으로 인해 독한 화학 물질이 포함된 애플리케이션에도 유용하게 사용할 수 있습니다.

실리콘 카바이드는 결정 격자 내에서 실리콘과 탄소 원자가 단단히 결합된 구조로 이루어져 있어 강도가 매우 뛰어납니다. 모스 경도 9는 산업용 경도 척도에서 가장 높은 등급으로, 물리적 마모에 대한 내구성이 매우 뛰어납니다. 이러한 내구성과 내마모성 덕분에 실리콘 카바이드는 유리, 석재, 내화 재료 및 비철금속과 같이 단단하고 부서지기 쉬운 재료를 절단, 연마 및 연마하는 데 적합합니다.

SiC는 제련로의 화로 플레이트, 회수 튜브 및 푸셔 슬래브와 같은 용광로 구성품과 소성 링, 세터 플레이트 및 가마 가구용 벽돌과 같은 가구 등 고온 애플리케이션에 적합합니다.

실리콘 카바이드는 부식 및 고온 조건에 대한 내성을 제공할 뿐만 아니라 뛰어난 화학적 불활성, 기계적 강도, 피로 저항성 및 물리적 내마모성으로 구별되며, 이러한 특성으로 인해 샷 블라스트 노즐 및 사이클론 부품과 같이 연마 및 충격 저항성이 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 물리적 내마모성은 실리콘 카바이드를 매력적인 소재로 만드는 또 다른 바람직한 특성입니다.

실리콘 카바이드는 다루기 쉬울 정도로 가벼우면서도 경도와 내마모성이 뛰어나다는 점이 특징입니다. 또한 진동 감쇠 특성이 뛰어나 기계적 하중이나 압력을 많이 받는 분야에 이상적인 소재입니다.

실리콘 카바이드는 부식과 열에 대한 저항성이 뛰어나 고성능 반도체를 필요로 하는 전기 애플리케이션에 매력적인 소재입니다. 전압 저항은 일반 실리콘보다 10배나 높아 1000V를 초과하는 시스템에서 질화갈륨보다 성능이 뛰어납니다.

실리콘 카바이드는 다양한 다형성 결정 구조로 제공됩니다. 가장 널리 사용되는 형태인 알파 실리콘 카바이드(a-SiC)는 우르츠사이트와 유사한 육각형 결정 구조를 특징으로 하며, 베타 실리콘 카바이드(b-SiC)는 다이아몬드와 더 유사한 아연 혼합 결정 구조로 더 자주 발견됩니다.

높은 경도

탄화규소는 모스 경도계에서 다이아몬드에 이어 두 번째로 높은 경도를 자랑하며 과학적으로 알려진 가장 높은 기계적 특성을 자랑합니다. 따라서 갑옷이나 신체 보호와 같은 보호 용도에 특히 적합하며, 연삭 및 연마 용도로도 탁월한 소재입니다.

SiC의 높은 경도는 독특한 결정 구조에서 비롯됩니다. 실리콘과 탄소 원자가 정돈된 결정 격자에서 강한 공유 결합으로 단단히 결합된 사면체 구조로 구성된 이 사면체 구조는 경도를 생성하는 전위 운동을 방지하는 핀 포인트 역할을 하며, 이는 경도가 낮은 알루미늄 산화물(AlO) 등 다른 엔지니어링 세라믹과 차별화되는 요소입니다.

화학 기상 증착을 사용하여 초박막 열 전도성 에피택셜 그래핀 층을 적용함으로써 SiC를 더욱 강화할 수 있지만, 이러한 유형의 재료는 가용성이 제한되어 있기 때문에 일반적으로 주문형 생산이 필요합니다.

실리콘 카바이드는 뛰어난 고전압 저항으로 인해 회로 소자로 자주 사용됩니다. 기존 실리콘보다 약 10배 높은 전압 저항과 1000V 이상의 시스템에서 뛰어난 성능을 자랑하는 탄화규소는 전기 자동차, 태양광 인버터 및 센서 시스템에 매력적인 소재입니다.

실리콘 카바이드의 경도와 낮은 열팽창 및 강성은 3D 프린팅, 탄도, 화학 생산, 에너지 기술, 파이프 시스템의 기계적 씰 및 마찰 베어링을 비롯한 까다로운 환경에서 사용하기에 환상적인 소재입니다.

탄화규소는 경도가 높아 천체 망원경의 거울 소재로 널리 활용되며, 특히 더 많은 빛을 모으는 대형 망원경에 적합합니다. 또한 실리콘 카바이드는 내구성과 강성이 뛰어나 우주선 서브시스템에 탁월한 소재입니다.