실리콘 침투 실리콘 카바이드

실리콘 카바이드(SiC)는 가장 단단하고 가벼운 세라믹 소재 중 하나입니다. 주로 전기 절연체로 사용되는 SiC는 질소, 인 또는 붕소를 도핑하여 다양한 종류의 도체를 만들 수도 있습니다.

1500℃에서 공융에 가까운 Si-Zr 합금을 침투시킨 다양한 질량 비율과 입자 크기의 TIMREX KS 25 흑연 분말을 사용하여 제조한 다공성 탄소 프리폼의 SEM 단면 이미지가 여기에 표시됩니다. 이 프리폼 내에서 관찰된 Zr이 풍부한 상 밴딩은 분석적 예측을 통해 확인됩니다.

높은 비강성

실리콘 침투 탄화규소(SiSiC)는 높은 비강성, 낮은 열팽창 계수, 뛰어난 내화학성, 내산화성, 내열충격성이 특징인 산업용 세라믹 소재입니다. 또한 이 소재는 뛰어난 마찰 특성을 자랑합니다. SiSiC는 다공성 탄소 프리폼에 용융 실리콘을 침투시켜 탄소 분자와 실리콘 분자 사이의 발열 반응을 일으켜 고밀도 복합체를 형성함으로써 생산됩니다.

아래는 광택 광학 현미경을 사용하여 다양한 배율에서 완전히 침투된 프리폼의 다양한 현미경 사진입니다. SiCp/C의 경우 아직 반응하지 않은 미반응 탄소와 함께 반응 형성된 Si를 볼 수 있으며, 대부분의 프리폼은 끊어지지 않은 Si 층으로 덮여 있는 것을 볼 수 있습니다.

Cf/C 프리폼은 거의 모든 비정질 탄소가 균일한 Si 층으로 대체되고 소량의 탄소 섬유만 남는다는 점에서 크게 다르며, 이러한 사실은 느린 침투 동역학 및 향상된 기공 직경 감소 기능으로 입증됩니다.

낮은 전기 저항

실리콘 카바이드(SiC)는 높은 녹는점, 낮은 소결 온도, 높은 전도도 특성으로 인해 반도체 전자제품에 널리 활용됩니다. 또한 고온에서도 산화가 일어나지 않고 안정성을 제공합니다. 물리적 특성은 비슷하지만 소결 온도가 낮아 기공이 적은 대체 소재인 실리콘 침투 실리콘 카바이드(SiSIC)는 기존 분말 소결 기술보다 더 크고 복잡한 모양의 부품을 생산할 수 있으며 비용 효율적입니다.

1500℃와 1700℃에서 다양한 흑연 분말 질량 분율과 입자 크기를 가진 다공성 탄소질 프리폼에 공융에 가까운 Si-Zr 합금을 침투시켜 고밀도 Si-Zr-SiC 구조를 생성했습니다. HR-SEM 단면을 통해 침투 깊이는 침투 용융물을 프리폼 기공으로 끌어당기는 모세관 힘뿐만 아니라 1500degC에서 용융된 실리콘과 흑연 분말 사이의 화학 반응에 따라 네트워크 투과성이 감소하여 주어진 다공성에 대한 침투 깊이가 감소하는 것으로 나타났습니다. 따라서 흑연 질량 분율이 증가함에 따라 주어진 다공성에 대한 침투 길이도 그에 따라 증가해야 합니다.

고온 저항

실리콘 카바이드는 부식, 마모, 침식에 대한 저항성이 뛰어나 고온 애플리케이션에 이상적인 소재입니다. 또한 낮은 열팽창률과 경도 특성으로 인해 열전대 센서와 같은 대형 부품에 적합합니다.

침투형 RC는 여러 과학 실험에서 매우 성공적인 것으로 입증되었습니다. 주목할 만한 사례로는 허셜 우주망원경의 SiC 미러 디스크 사용이 있으며, 높은 저항 특성으로 인해 1,400℃에 이르는 온도에 적합합니다.

1500~1700℃에서 다양한 양의 흑연 분말을 함유한 다공성 탄소질 프리폼에 액체 실리콘을 1500~1750℃에서 침투시켜 침투를 진행했습니다. SEM 단면을 보면 기공 차단은 주로 침투 전면에서 고체 지르코늄 규산염의 침전에 의해 발생하며, 흑연 질량 분율을 높이거나 침투 온도를 낮추면 침투가 크게 개선되지만 액체 실리콘만으로는 채울 수 없는 다량의 미침투 기공이 일부 중앙 영역에 남는 것으로 나타났습니다.

높은 강도

탄화규소(SiC)는 넓은 밴드갭 반도체 특성을 가진 무기 경질 화합물로, 일반적으로 보석 모이사나이트처럼 자연적으로 발견되지만 연마재로 사용하기 위해 대량 생산된 분말 및 결정 형태가 연마재로 널리 상업적으로 생산되고 있습니다. SiC는 우수한 기계적 강도와 파괴 인성은 물론 고온에서 우수한 마찰 특성을 자랑하며, 내화학성 및 내산화성 또한 우수하여 고온 사용에 적합합니다.

다공성 SiC-C 프리폼의 액체 실리콘 침투는 기존의 반응 결합 SiC(RBSC)를 통해 얻을 수 있는 것보다 더 높은 압축 및 굴곡 강도를 가진 고밀도 세라믹을 생산하는 데 사용되는 혁신적인 기술입니다. 이를 달성하려면 다공성 분포, 기공 구조, 탄소원 사용량 등 다양한 파라미터를 수정해야 합니다. 이러한 결과를 달성하기 위해 엔지니어링 멀티모달 입자 그라데이션과 나노카본 블랙 첨가제를 사용합니다(그림). 침투된 샘플의 SEM 단면 이미지는 그 효율성을 보여줍니다(그림). 5-30% 흑연 질량 분율에서 Zr이 풍부한 상이 균일하게 분포하고 잔류 다공성이 최소화된 샘플을 얻을 수 있었습니다. 흑연 질량 분율이 30인 샘플은 공융에 가까운 Si-Zr 합금 합금으로 침투된 코어 영역이 남아 있습니다.