실리콘 카바이드는 무엇인가요?

일반적으로 카보룬듐이라고 불리는 탄화규소는 희귀 광물인 모이사나이트와 운석에서 자연적으로 발생하지만, 오늘날 판매되는 대부분의 상업용 SiC는 합성으로 만들어집니다.

탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 전기 저항로에서 실리카 모래와 석유 코크스를 탄화열 환원하여 생산되는 매우 단단한 공유 결합 소재로 부식과 마모에 강합니다.

열역학

실리콘 카바이드(SiC)는 경도, 높은 열전도율, 화학 반응 저항성으로 잘 알려진 안티몬 세라믹입니다. 또한 SiC는 열팽창 계수가 낮아 열이나 열충격에 대한 저항성이 요구되는 애플리케이션에 적합합니다.

SiC는 모스 척도 경도 등급이 9인 매우 순수한 물질로, 전기 저항형 용광로에서 모래와 탄소 혼합물을 가열하여 만들 수 있으며, 더 세분화하면 알루미늄 도펀트를 추가하여 n형 또는 p형 반도체 소자를 만들 수 있습니다.

SiC의 녹는점은 다형성 결정 구조에 따라 달라질 수 있습니다. 알파 실리콘 카바이드(4H-SiC)는 가장 널리 사용되는 뷔르츠자이트와 유사한 육각형 결정 구조를 가진 알파 실리콘 카바이드(4H-SiC)를 포함하여 70가지 이상의 다양한 형태로 제공됩니다. 베타 실리콘 카바이드는 아연 블렌드 또는 스팔레라이트와 유사한 면 중심의 입방 결정 구조로도 존재하며 널리 사용되고 있습니다.

결정 구조

실리콘 카바이드는 여러 가지 종류 또는 폴리타입으로 구성된 결정성 물질로, 실리콘과 탄소 원자가 사면체 형태로 결합된 층이 각각 고유한 배열을 이루고 있습니다. 각 폴리타입의 적층 순서에 따라 고유한 결정 구조가 만들어집니다.

실리콘 카바이드는 알파 실리콘 카바이드(a-SiC)와 베타 실리콘 카바이드(b-SiC)의 두 가지 주요 종류로 나뉩니다. 이 두 가지 형태 중 베타 SiC는 다이아몬드, 아연 블렌드 또는 스팔러라이트를 연상시키는 면 중심의 입방 결정 구조를 나타냅니다.

SiC 내화 세라믹은 a-SiC와 b-SiC의 원자 반경이 거의 같기 때문에 열전도율이 우수하여 열 전도성이 뛰어납니다. 또한 이러한 특성 덕분에 포논이 조성물 내에서 자유롭게 전파될 수 있습니다. 이러한 모든 특성은 높은 융점 및 낮은 열팽창률과 결합하여 탄화규소를 고온 용광로에 적합한 재료로 만들 뿐만 아니라 내식성 및 강성 특성을 제공하여 매력적인 재료 선택이 될 수 있습니다.

화학 성분

탄화규소는 화학적 불활성, 높은 강도, 모스 경도 9, 낮은 열팽창률, 화학 반응에 대한 내성, 우수한 크리프 저항성, 산화 시작 없이 최대 1600℃의 온도에서 견디는 우수한 기계적 및 물리적 특성을 가진 비산화 세라믹 소재입니다.

응고 결과 탄소와 실리콘 원자는 3중 배위 구조를 형성하게 되는데, 109도(사면체 각도)에서 명확한 피크를 보이는 형상 계수 분포와 이 피크 주변의 넓은 영역을 통해 다양한 국소 구조가 존재한다는 것을 알 수 있습니다.

SiC는 점토와 분말 석탄을 함께 녹이거나 전기로에서 탄소 또는 수소로 직접 환원하여 생산할 수 있습니다. 1891년 에드워드 굿리치 애치슨이 처음으로 전열 공정을 사용하여 대규모 SiC를 생산한 이후, 이 내구성이 뛰어난 소재는 연마 가공 및 라이닝 작업에 널리 사용되었을 뿐만 아니라 내화물 및 전자 부품과 같은 다른 응용 분야에도 적용되고 있습니다.

애플리케이션

실리콘 카바이드는 여러 가지 유용한 용도로 사용됩니다. 황동, 청동, 강철, 대리석과 같은 금속을 연마하고 연마하며 세라믹을 절단하는 데 널리 사용되는 연마재입니다. 또한 모스 척도 등급이 9로 다이아몬드 경도와 매우 유사할 뿐만 아니라 내구성이 뛰어나고 화학 반응에 대한 내성이 강합니다.

질화 알루미늄은 열전도율과 열팽창성이 뛰어나 탄도 장갑으로 사용하기에 이상적인 소재입니다. 또한 강하고 단단한 특성으로 인해 탄도 무기 시스템과 미사일 및 로켓 엔진에 적합합니다.

페블 베드 원자로(PBR). 또한, 이 소재의 고유한 산화 저항성으로 인해 내화 벽돌 생산과 페블 베드 원자로와 같은 원자로의 라이닝에 적합합니다. 또한 이 소재로 만든 알루미나 및 지르코니아 세라믹도 페블 베드 리액터를 제품에 사용하며, 경도, 강성 및 낮은 열팽창으로 천체 망원경에 사용하기에 매력적인 거울 소재로 선택됩니다.