실리콘 카바이드 정의

실리콘 카바이드는 일반적으로 SiC라고 불리는 검은색 또는 짙은 녹색의 결정질 물질로, 실험실에서 합성하거나 희귀 광물인 모이사나이트처럼 자연적으로 발견할 수 있습니다.

세라믹 소재는 현존하는 가장 가볍고 단단하며 가장 강력한 첨단 세라믹 소재 중 하나입니다. 물리적 마모, 부식, 열팽창 및 수축에 대한 저항성은 타의 추종을 불허하며 고유한 전기적 특성도 제공합니다.

물리적 속성

탄화규소(SiC)는 매우 단단하고 부서지기 쉬운 소재로, 자연에서는 광물 모이사나이트와 같이 자연적으로 발견되며 산업적으로는 연마재 및 반도체로 사용됩니다. 이러한 독특한 물리적 특성의 조합으로 인해 SiC는 오랫동안 다양한 용도로 수많은 애플리케이션에 사용되어 왔습니다.

SiC의 결정 구조는 순도에 따라 육각형 또는 마름모꼴 a-SiC에서 입방체 b-SiC(2100degC 이상의 온도에서 a-SiC로 변함)까지 다양합니다. 산업용 SiC는 불순물 수준과 유형에 따라 흰색, 노란색, 녹색, 파란색 또는 검은색으로 보일 수 있습니다.

순수한 상태의 실리콘 카바이드는 전기 절연체 역할을 하지만 도펀트나 불순물로 처리하면 반도체가 되어 LED나 감지기 같은 저에너지 전자 장치에 사용하기에 이상적입니다.

극한 환경에 대한 탄화규소의 인상적인 복원력으로 인해 수성을 향한 베피콜롬보 미션에서 태양 전지판이 가장 혹독한 우주 환경에서도 견딜 수 있는 것으로 입증된 SiC 다이오드를 사용하는 등 우주 기술 분야에서 탄화규소의 사용이 증가하고 있습니다. 또한 탄화규소는 산업적 유용성과 영적 상징성이 독특하게 결합되어 있어 인생의 도전을 통해 인내심을 고취하는 동시에 체험을 통해 변화를 불러일으키는 능력으로 인해 영적 수행자들 사이에서 인기를 얻으며 글로벌 시장 성장에 더욱 박차를 가하고 있습니다.

전기적 특성

실리콘 카바이드는 온도에 따라 낮은 온도에서는 절연체 역할을 하고 높은 온도에서는 금속 도체 역할을 할 수 있습니다. 그러나 질소 또는 인 불순물과 같은 불순물을 추가하여 자유 전하 캐리어(전자 및 정공)를 생성하면 실리콘 카바이드는 전하 캐리어(전자 및 정공)가 증가한 반도체 재료가 될 수도 있습니다.

알루미늄 합금은 절삭 공구뿐만 아니라 자동차 브레이크, 클러치, 방탄 조끼 세라믹 플레이트와 같은 구조용 응용 분야에서도 흔히 볼 수 있습니다. 또한 피뢰기와 천체 망원경의 거울에도 이 소재를 사용하는 경우가 많습니다.

실리콘에 비해 원자가 밴드에서 전도 밴드로 전자를 전달하는 데 필요한 에너지가 적기 때문에 실리콘의 전기적 특성은 넓은 밴드갭 반도체 특성으로 인해 더욱 향상되어 더 높은 항복 전압과 짧은 스위칭 시간으로 이어져 손실을 줄이고 효율성을 향상시킵니다.

실리콘 카바이드 트랜지스터는 더 작고 가벼운 인버터로 더 많은 전력을 공급함으로써 전기 자동차 애플리케이션에서 상당한 효율 이점을 제공하며, 특히 충전 표준이 800볼트로 증가함에 따라 고전압 처리 시 손실을 최소화하는 부품이 필요합니다. 실리콘 카바이드는 높은 차단 전압 성능과 매우 낮은 턴온 저항을 갖춘 IGBT 및 MOSFET을 통해 이러한 솔루션을 제공하여 이러한 고전압 레벨을 보다 안정적으로 충족함으로써 주행 거리를 늘리고 시스템 비용을 절감할 수 있습니다.

열 속성

탄화규소는 모스 척도 등급이 9에 달해 지금까지 만들어진 합성 물질 중 가장 단단한 물질입니다. 분말 또는 결정 형태로 생산되는 실리콘 카바이드는 연마재로 사용되는 세라믹과 방탄 조끼 갑옷 또는 자동차 브레이크 플레이트 세라믹 판과 같은 구조용 재료로 결합할 수 있습니다. 또한 열적 특성으로 인해 금속 용융, 화학 처리 시설 구축 또는 에너지 생성 장비와 같은 까다로운 응용 분야에서도 사용됩니다.

실리콘 카바이드는 화학 반응에 대한 내성과 고온 강도로 인해 경질 내화물 제조에 매우 귀중한 원료이며, 세라믹 응용 분야에는 연삭 매체뿐만 아니라 강력하고 내마모성이 강한 코팅을 만드는 것이 포함됩니다. 또한 실리콘 카바이드는 펌프 및 구동 시스템에 사용되는 동적 씰링 기술에 탁월한 소재입니다.

실리콘 카바이드는 순수한 상태에서는 절연체처럼 작동하지만 알루미늄, 붕소, 갈륨 또는 질소 불순물과 같은 불순물을 제어하여 첨가하면 반도체가 됩니다. 탄화규소 반도체는 매우 넓은 밴드갭을 가지고 있어 원자가 밴드에서 전도 밴드로 전자를 이동시키는 데 다른 반도체보다 훨씬 많은 에너지가 필요하므로 전자를 분해하는 데 더 낮은 전압이 필요하고 기생 저항이 감소하면서 더 높은 스위칭 주파수를 허용합니다.

기계적 특성

탄화규소는 파단 인성 저하를 최소화하면서 최대 1400degC의 온도까지 견딜 수 있어 금속 및 세라믹 연삭, 세공용, 브레이크 및 클러치와 같은 자동차의 구조재에 적합한 우수한 연마재이며, 고온 또는 고전압에서 작동하는 방탄 조끼 세라믹 플레이트 및 반도체 전자 장치에 사용됩니다. SiC의 경도는 또한 자동차 브레이크 및 클러치에 사용되는 연마 연마재로 이상적이며, 파단 인성 특성으로 인해 경쟁 제품보다 예상보다 높은 온도/전압에서 작동하는 세라믹 플레이트에 연마재로 사용되는 금속 및 세라믹에 대한 연마재로 유용하므로 높은 신뢰성으로 인해 SiC는 자동차 브레이크 및 클러치는 물론 방탄 조끼에 사용되는 세라믹 플레이트!!! 및 예상보다 높은 온도/전압에서 작동하는 반도체 전자 장치에 사용되는 연마제로서 연마 응용 분야에서 인기있는 연마제입니다.

순수한 상태의 실리콘 카바이드는 전기 절연체이지만 불순물이 유입되면 반도전성이 됩니다. 결정질 실리콘보다 밴드갭이 더 넓고 전자를 전도대로 이동시키는 데 필요한 에너지가 더 크기 때문에 탄화규소는 더 높은 파괴 전기장을 견딜 수 있습니다.

1891년 펜실베이니아의 에드워드 애치슨이 발견한 카보룬덤(Carbrundm/)은 이후 가장 중요한 산업용 세라믹 소재 중 하나가 되었습니다. 모이사나이트 광물처럼 자연적으로 발생하거나 합성으로 생산되는 SiC는 100년 이상 연마재로 사용하기 위해 분말 형태로 대량 생산되어 왔습니다. 또한 다양한 결합제를 사용하여 SiC 입자를 결합하여 매우 단단한 세라믹을 만들 수 있어 내열성(고온 저항성)과 기계적 강도(경도)가 모두 필요한 응용 분야에 유용합니다. SiC는 금속이나 세라믹을 강화하는 데도 유용합니다.