실리콘 카바이드 재료 특성

실리콘 카바이드(SiC)는 뛰어난 열적, 기계적, 전기적 특성을 지닌 내구성이 매우 뛰어난 비산화 세라믹입니다. SiC는 극히 희귀한 광물인 모이사나이트를 제외하고는 자연에서 자연적으로 발생하지 않지만, 1891년 펜실베이니아의 발명가 에드워드 G. 애치슨에 의해 대량 생산이 시작되었습니다.

모스 척도 등급이 9로 강철처럼 단단하고 경도 차트에서 다이아몬드 바로 뒤에 있는 이산화지르코늄은 충격에 강하고 고전압을 쉽게 견뎌냅니다.

경도

실리콘 카바이드는 기계적 강도가 뛰어나 상당한 응력과 압력을 견딜 수 있는 매우 단단한 소재로 열팽창률이 상대적으로 낮고 화학적 불활성 특성이 뛰어나 여러 까다로운 애플리케이션에 탁월한 선택이 될 수 있는 세라믹입니다.

탄화규소의 인상적인 경도(모스 경도 9등급으로 다이아몬드와 탄화붕소만이 탄화규소의 경도를 능가하는)는 탄소 4개와 실리콘 4개 원자가 원자 격자 격자 구조 내에서 공유 결합으로 단단히 결합하여 4면체 사면체 구조를 형성하는 독특한 결정 구조에서 비롯됩니다. 이러한 배열은 알루미늄 산화물과 같은 다른 산업용 소재가 자랑할 수 없는 뛰어난 경도를 제공합니다.

실리콘 카바이드 생산에는 실리콘 카바이드를 금속과 반응시켜 비정질 상태 및 소결 표면으로 가열하는 것부터 애플리케이션 요구 사항에 따라 고체 또는 액체 상태로 침투시키는 것까지 특정 용도에 맞게 다양한 형태로 가공하는 과정이 포함됩니다.

구조용 실리콘 카바이드(SiC)는 규산염 매트릭스에 도입된 5-20% 실리콘과 탄소의 침투성 혼합물입니다. 이러한 특성으로 인해 베어링, 기계 씰, 절삭 공구와 같은 구조 부품에 사용하기에 적합할 뿐만 아니라 기계적 응력과 압력에도 경도가 변하지 않아 연마 용도로도 유용합니다.

실리콘 카바이드는 1891년 연마재로 처음 발견된 이후 이 용도로 광범위하게 활용되고 있습니다. 패드, 디스크 또는 벨트로 성형하기 위해 느슨한 상태와 바인더와 혼합하여 사용할 수 있는 실리콘 카바이드는 열팽창 계수가 낮고 부식에 대한 저항성이 높습니다.

실리콘 카바이드(SiC)는 세계 최고의 산업용 세라믹 중 하나로, 펌프 베어링, 밸브, 샌드블라스팅 인젝터, 용광로 라이닝 및 압출 금형과 같은 중요하고 열악한 환경의 여러 응용 분야에 적합한 뛰어난 열적, 기계적 및 화학적 특성을 자랑합니다. 또한 SiC는 알루미나와 같은 일반적인 대체 소재보다 단단하면서도 덜 부서지기 때문에 연마 용도로도 사용됩니다.

열 안정성

탄화규소는 열적으로 매우 안정적인 소재로 고온에 노출되어도 부서지거나 분해되지 않아 3D 프린팅, 탄도, 화학 생산, 에너지 기술, 종이 제조 및 파이프 시스템 부품과 같이 장시간 노출이 필요한 분야에 이상적인 소재입니다.

재료의 결정 구조는 원자가 공유 결합된 규칙적인 밀집 구조를 특징으로 합니다. 이는 플라스틱과 같은 비정질 소재보다 내열성이 뛰어난 견고한 결정 구조를 만들어냅니다. 또한 강력한 이온 및 금속 결합으로 인해 추가적인 강도를 제공합니다. 마지막으로 원자 배열과 분자 크기는 비결정질보다 열팽창과 수축에 더 쉽게 저항하여 열 안정성에 기여합니다.

실리콘 카바이드는 내구성과 내마모성이 뛰어나 래핑을 포함한 연마 가공 공정에 사용하기에 적합한 소재입니다. 루스 실리콘 카바이드는 랩핑에 사용하거나, 페이스트/스틱/시트/디스크/벨트를 형성하기 위해 차량과 혼합하거나, 실리콘 카바이드 모양의 시트, 디스크 및 벨트에 바인더 시트를 사용하여 형성할 수 있습니다. 실리콘 카바이드는 현대 세공(석재 조각)에서도 널리 사용되는 연마재가 되었습니다.

방수 금속 시트는 부식과 산화에 대한 내성이 뛰어나 산성 폐수 처리장이나 증기 보일러와 같이 화학 물질이 많이 사용되는 까다로운 산업 환경에서 사용하기에 매력적인 소재입니다.

실리콘 카바이드의 결정 구조는 인상적인 강도와 강성을 제공하여 시중에서 가장 견고한 산업용 세라믹 중 하나입니다. 소결, 융합 접합, 반응성 소결 등 다양한 공정을 통해 제조되는 이 소재는 모든 용도에 맞게 다양한 모양과 크기로 생산할 수 있습니다. 또한 탄화규소는 견고함에도 불구하고 고급 세라믹에 비해 상대적으로 가벼워 운반과 취급이 훨씬 간편하며 독성학적 안전성이 뛰어나 까다로운 산업 환경에서 사용하기에 탁월한 선택입니다.

화학적 불활성

카보룬듐이라고도 불리는 실리콘 카바이드는 뛰어난 기계적 특성으로 인해 자동차 산업에서 점점 더 인기를 얻고 있는 소재입니다. 고온과 열악한 환경의 부식을 견딜 수 있는 실리콘 카바이드는 다양한 응용 분야에서 사용하기에 이상적입니다.

실리콘 카바이드의 화학적 불활성은 독특한 원자 구조에서 비롯됩니다. 보다 구체적으로 실리콘과 탄소 원자는 결정 격자 내에서 강력한 사면체 공유 결합을 형성하여 각각의 sp3 하이브리드 궤도를 통해 전자를 공유할 수 있으므로 매우 강력한 공유 결합을 형성하여 공격적인 산이나 염기에 노출되어도 화학적으로 불활성 상태를 유지할 수 있습니다. 따라서 실리콘 카바이드는 공격적인 산이나 염기에 노출되었을 때 매우 안정적이고 불활성을 유지합니다.

탄화규소는 화학적 불활성으로 인해 극한의 조건에서도 견딜 수 있어 펌프 베어링, 밸브, 샌드블라스팅 인젝터, 압출 금형과 같은 고성능 엔지니어링 분야에 적합합니다. 또한 실리콘 카바이드는 산업용 용광로뿐만 아니라 야금 원료 및 세라믹 조성물 생산에도 널리 활용됩니다.

"화학에서 '불활성'이란 다른 원소나 화합물과 반응하지 않는 주기율표 18족의 희가스와 같이 일반적인 화학 환경에 노출되었을 때 활발하게 반응하거나 크게 변화하지 않는 물질을 말합니다.

실리콘 카바이드의 불활성은 방사선과 극한의 온도에 대한 저항성도 뛰어나기 때문에 다른 소재가 시간이 지나면서 성능이 저하되는 거친 마모 환경이나 고온의 환경에서 가장 적합한 소재입니다. 따라서 실리콘 카바이드는 연마재 및 내열 소재로 널리 사용되고 있습니다.

탄화규소는 우수한 반도체 특성으로 인해 전자 장치에 사용하기에 가장 적합한 소재이며, 특히 실리콘보다 10배 이상 높은 전압 저항과 1000V 이상의 시스템에서 질화갈륨보다 훨씬 우수한 성능을 발휘합니다. 이러한 특성으로 인해 실리콘 카바이드는 고전력 회로 소자에서 실리콘을 대체하는 재료로 빠르게 선호되고 있으며, 예를 들어 Alter Technology는 열악한 우주 조건을 견딜 수 있도록 Alter가 설계한 SiC 다이오드로 제작된 BepiColombo 임무용 차단 SiC 다이오드를 설계했습니다. 이러한 놀라운 특성에 대해 자세히 알아보려면 위의 링크를 통해 실리콘 카바이드 공급업체 중 하나에 문의하세요!

전기 전도성

실리콘 카바이드(SiC)는 매우 단단하지만 결정 구조로 인해 탁월한 전기 전도성 물질입니다: Si와 C 원자는 정돈된 결정 격자에서 강한 공유 결합으로 결합되어 많은 수의 자유 전자를 생성하여 전기장에 쉽게 반응하고 큰 저항 없이 전기가 흐르도록 합니다.

SiC는 화학적으로 불활성이며 부식에 매우 강합니다. 고농도의 불산과 황산을 제외한 일반적인 농도의 대부분의 유기산, 무기산, 알칼리 또는 염분은 물론 산업 공정에 사용되는 산업 공정용 화학 물질에 대해서도 잘 견딥니다.

따라서 실리콘 카바이드는 금속과 세라믹을 연마하는 데 널리 사용됩니다. 또한 고온 벽돌과 같은 많은 내화 재료의 귀중한 구성 요소입니다. 또한 탄화규소는 모스 경도 등급이 9로 알루미나와 다이아몬드 사이에 있는 가장 단단한 합성 물질로 알려져 있습니다. 또한 파단 특성이 우수하고 열충격에 대한 내성이 뛰어납니다.

실리콘 카바이드의 전기 전도도는 불순물을 첨가하면 크게 증가할 수 있습니다. 이러한 불순물은 추가적인 전하 운반체 또는 산란 센터로 작용하여 전자 구조를 변경합니다. 알루미늄과 붕소를 도핑하면 p형 반도체를, 질소와 인 불순물을 도핑하면 n형 반도체를 만들 수 있습니다.

또한 이러한 불순물은 온도와 전압이 증가함에 따라 재료의 전기 저항을 크게 감소시켜 높은 온도, 전압 및 주파수가 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

탄화규소는 항공우주, 자동차, 방위 산업 등 무거운 기계적 부하를 견뎌야 하는 부품에 이상적인 소재입니다. 또한 이 소재는 방사선 센서 소재 또는 광전자 장치 구성 요소로서 큰 잠재력을 가지고 있으며, 생물학적 용도로의 활용 가능성도 모색되고 있습니다. Alter Technology는 수성을 향한 베피콜롬보 미션 중에 열악한 우주 환경을 견딜 수 있도록 특별히 설계된 차단 SiC 다이오드를 개발했습니다.