소개

탄화규소(SiC) 는 현대 기술에 매우 유용한 잘 알려진 세라믹 소재입니다. 사실 오늘날 고온과 고열 환경에서 열 안정성을 요구하는 많은 신흥 산업은 탄화규소 없이는 버틸 수 없습니다. 그 이유는 결코 과장이 아닙니다. 탄화규소는 이러한 환경에서 뛰어난 성능을 발휘하는 데 필요한 필수적인 특성을 갖추고 있기 때문입니다. 가장 중요한 것은 이 최신 세라믹 소재의 탁월한 경도와 높은 열전도도입니다. 오늘 기사에서는 탄화규소의 특성과 전 세계 신에너지 및 신흥 산업에 얼마나 유용한지에 대해 자세히 알아보겠습니다. 또한 SiC가 반도체 및 전력 전자 산업에 어떤 이점을 제공하는지도 살펴보겠습니다.

실리콘 카바이드란 무엇인가?

탄화규소(SiC)는 규소와 탄소를 산업적으로 합성하여 만든 회색 결정질 세라믹 소재입니다. 탄화규소는 탄소와 규소가 공유 결합된 결정 격자 사면체 구조를 가지고 있어 매우 단단합니다. 대부분의 제조업체에서는 탄화규소를 카보런덤(Carborundum)이라고 부르며, 높은 성능 기준과 특성 덕분에 오늘날 매우 중요한 소재로 자리 잡았습니다. 다른 첨단 세라믹 소재 중에서도 탄화규소는 오늘날 우리가 보는 3세대 반도체의 주요 구성 요소입니다. 탄화규소가 없으면 대부분의 반도체가 제대로 작동하지 않습니다. 과도한 하중과 장력으로 인해 파손되거나, 열 발산이 원활하지 않아 고온에서 과열될 수 있습니다.

탄화규소는 애치슨 공정을 사용하면 실제로 쉽게 생산할 수 있습니다. 필요한 것은 여분의 실리콘(석유 석영)과 필수 첨가제를 탄소(산업용 코크스)와 함께 2,400°C에 달하는 매우 높은 열이 가해지는 용광로에서 혼합하는 것뿐입니다. 고부가가치 응용 분야에 적합한 최고 등급의 SiC를 생산하려는 제조업체라면, 더 높은 온도와 낮은 압력에서 탄화규소를 소결하는 방법을 고려할 수 있습니다.

그렇다면 탄화규소는 무엇에 사용됩니까? 실제로 탄화규소는 다양한 용도로 사용되며 여러 분야에 걸쳐 있습니다. 탄화규소는 모든 장치나 산업 장비의 효율과 성능을 크게 향상시킬 수 있는 몇 안 되는 첨단 세라믹 소재 중 하나입니다. 생산 엔지니어는 탄화규소를 사용하여 더 빠르고 안정적인 장치, 즉 과열에 강할 뿐만 아니라 무게도 가벼워 생산 비용을 크게 절감할 수 있는 장치를 생산할 수 있습니다.

탄화규소는 가볍고 열 안정성이 뛰어나 전기 자동차에 더 안전하고 우수한 배터리를 생산할 수 있습니다. 이러한 탄화규소 배터리는 전기 자동차뿐만 아니라 다른 고출력 전자 기기에서도 더 빠른 속도로 충전되는 경향이 있습니다. 자동차 회사와 최근 항공우주 산업에서는 초경질 내마모성 덕분에 SiC 소재를 사용하여 예비 부품, 엔진 베어링, 씰 링을 생산하고 있습니다.

또한 이를 사용하여 고급 반도체용 실리콘 카바이드 칩 및 SiC 웨이퍼를 생산할 수도 있습니다. 내마모성 오늘날 새로운 산업에 사용되는 연삭 및 절삭 공구/휠, 용광로 라이닝, 광학 기기, 거울, X선과 같은 의료 기기 및 기타 다양한 필수 구성 요소.

탄화규소의 특성

SiC의 뛰어난 특성은 다음과 같습니다.

• 물과 산에 녹지 않습니다.

• 6.8MPa·√m의 높은 압축강도와 파괴인성을 가지고 있습니다.

• 밀도는 3.21 g/cm3입니다.

• 경도는 32 GPa이고 모스 경도 척도에서 9.5 등급을 받았습니다.

• 3.26eV의 밴드갭을 갖는 넓은 밴드갭 반도체입니다.

• 열전도도는 120 W/m•K입니다.

• 탄성계수는 440 GPa입니다.

• 굽힘강도는 490MPa이다.

• 2,600°C에 달하는 온도를 견딜 수 있습니다.

• 열팽창계수는 4.0 x10–6/°C입니다.

• 이 소재는 부식, 마모 및 파손에 매우 강합니다.

실리콘 카바이드와 반도체

이전에는 여러 산업에서 실리콘 칩과 기타 첨단 세라믹 소재를 사용하여 전자 장치 및 기계용 반도체를 제조했습니다. 이러한 반도체는 속도가 느리고 과열되기 때문에 "1세대 반도체"라고 불릴 수 있습니다. 그러나 와이드 밴드갭 반도체가 아니기 때문에 전반적인 효율이 낮았으며, 특히 가열 온도에서 고정밀도에 대한 요구가 증가함에 따라 더욱 그러했습니다. 오늘날, 이러한 산업에서 탄화규소(SiC)가 사용되면서 훨씬 더 향상된 와이드 밴드갭 반도체가 생산되고 있습니다. "3세대 반도체"로 알려진 이 반도체는 탄화규소 칩과 SiC 웨이퍼로 구성됩니다.

신흥 산업에서는 새롭게 생산되는 와이드 밴드갭 반도체의 성능 기준을 높이기 위해 실리콘 카바이드 기판(칩 및 웨이퍼)을 사용합니다. 전력 소자의 반도체 및 전자 패널에 사용되는 실리콘 카바이드 칩과 방열판은 열을 더 빨리 방출하는 데 도움을 줍니다. 또한, 파손 없이 장력이나 과부하를 견딜 수 있을 만큼 견고합니다. 이 모든 것은 SiC의 높은 경도와 높은 열전도도 덕분에 가능합니다.

오늘날 엔지니어들은 여전히 실리콘보다 탄화규소 기반 반도체를 생산에 선호합니다. 그 이유는 무엇일까요? 생산 비용이 저렴하고, 다른 소재에 비해 고온, 고강도, 고응력 환경에서도 과열되거나 파손되지 않기 때문입니다. 이러한 장점은 뛰어난 열 안정성과 경도 때문입니다.

이것들의 효율성 SiC 소재 반도체의 경우 도핑을 통해 성능을 향상시킬 수 있습니다. 도펀트에는 붕소, 알루미늄, 비소, 인 등이 포함됩니다.

그렇다면 실리콘 카바이드가 아니라면 제조업체로서 이러한 반도체 생산 및 코팅에 더 적합한 다른 소재를 고려하시겠습니까? 없습니다! 신흥 산업에서 실리콘 카바이드가 어떻게 사용되는지 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

실리콘 카바이드와 신흥 산업

지난 몇 년 동안 시작된 많은 제조 산업에서 고정밀 응용 분야에 탄화규소를 사용하고 있습니다. 엔지니어링, 자동차, 전력 전자, 태양 에너지, 항공우주, 연마재, 그리고 최근에는 의료까지 다양한 분야의 산업에서 탄화규소를 사용하고 있습니다. 이러한 산업은 모두 SiC와 같은 우수한 특성을 지닌 매우 안정적이고 견고한 세라믹 소재를 필요로 합니다. 예를 들어, 기계 엔지니어링 회사는 막대, 가마로 라이닝, 기계 로터, 씰 링 생산을 위해 고강도 소재가 필요합니다. 이러한 응용 분야에 가장 적합한 소재는 SiC입니다. 경도와 열 안정성 측면에서 다이아몬드만이 SiC를 능가하기 때문입니다.

자동차 업계는 실리콘 카바이드를 사용하면 자동차 부품과 엔진의 성능이 향상된다는 것을 알고 있습니다. 어떻게 그럴 수 있을까요? SiC는 앞서 언급했듯이 매우 단단하고, 마모와 녹을 유발하는 화학 물질에 대한 저항성이 뛰어나며, 외부 문제를 일으키지 않고 열과 전기를 모두 전달할 수 있을 만큼 안정적입니다. 이러한 특성은 우수한 부품과 기능을 갖춘 좋은 자동차를 생산하는 데 매우 필수적입니다.

테슬라와 같은 새로운 자동차 산업이 전기 자동차 생산에 뛰어들면서, 이들은 전력 변환율을 개선하고, 실리콘 카바이드 배터리를 생산하고, 크기를 줄이고, 주행 중 안정적인 가속과 감속을 유지하기 위해 SiC가 필요합니다.

태양 에너지도 예외는 아닙니다. 이 분야의 신흥 산업들은 현재 고효율의 실리콘 카바이드 기반 태양광 인버터와 배터리, 그리고 전력 모듈을 생산하고 있습니다. 재생 에너지에 사용되는 무정전 전원 공급 장치(UPS)와 풍력 터빈은 모두 실리콘 카바이드가 사용됩니다. 실리콘 카바이드는 재료비와 크기를 줄이는 동시에 이러한 태양광 제품의 효율을 높이는 데 도움이 됩니다. 실리콘 카바이드 사용으로 태양 에너지 변환율은 현재 최소 95%(1000kJ/s)에 달합니다. 97.5%의 이 향상된 인버터는 전체 에너지 손실을 25%에 해당하는 수준으로 줄였습니다. SiC가 제공하는 엄청난 이점을 상상해 보십시오.

이어서, 전력 전자 분야에서도 SiC를 활용하여 더욱 효율적이고 전력을 절약하는 LED 조명을 생산합니다. SiC는 온도 손실을 줄이고 전기 전도성을 향상시켜 LED 조명의 수명을 늘리고 밝기를 더욱 밝게 하는 경향이 있습니다. 이는 이 분야 산업의 생산 비용 절감과 생산성 향상으로 이어집니다.

최근 연구에 따르면 이러한 신흥 산업 분야에서 탄화규소의 사용량과 응용 분야가 전 세계적으로 급증했습니다. 이러한 증가 추세를 감안할 때, 현재 SiC 시장(반도체, 전력 전자 및 기타 응용 분야 모두)은 2023년 1조 4천억 달러 규모에서 2026년에는 1조 4천억 달러 이상으로 시장 최고치를 기록할 것으로 예상됩니다.

신에너지 및 세라믹 투자자들이 놀라운 속도로 투자하고 있습니다. SiC의 뛰어난 잠재력 덕분에 전 세계 여러 대륙에서 실리콘 카바이드 공급업체들이 활발하게 활동하고 있습니다. 놓치지 마세요. 지금 바로 문의하세요. GGSCeramics 귀사의 응용 분야에 적합한 최고 품질의 SiC 및 소결 SiC 소재를 제공합니다. 저희는 탄화규소 공급업체 중 선두주자이며, 최고의 품질을 보장해 드립니다.

자주 묻는 질문

탄화규소는 무엇에 사용되나요?

대부분의 제조업체는 실리콘 카바이드를 고도로 기계적, 고응력 환경 조건에서 사용하는 것 외에도 사포, 연삭, 절삭 공구 및 휠을 생산하는 연마재로 사용합니다.

탄화규소 생산에 사용되는 원자재는 무엇입니까?

SiC 생산(에치슨 공정)에 사용되는 주요 원재료는 석유석영(산업용 실리콘)과 코크스(탄소)입니다.

탄화규소의 녹는점은 무엇입니까?

탄화규소는 고정된 녹는점을 가지고 있지 않습니다. 하지만 2,730°C에서 승화하기 시작한다는 것을 알 수 있습니다.

결론

이제 "탄화규소는 무엇에 사용되나요?"라는 질문에 대한 가장 확실한 답을 아셨을 겁니다. 처음 접하는 분이든 업계에 종사해 본 분이든 탄화규소가 최선의 선택이라는 것은 이미 알고 계실 겁니다. 다차원 세라믹 소재 반도체, 전력 전자, 그리고 기타 여러 분야에서 널리 사용됩니다. 단단하고 열적으로 안정적일 뿐만 아니라, 위험한 화학 물질, 고온, 그리고 혹독한 환경에서의 마모에도 쉽게 견딜 수 있어 모든 제조업체가 믿고 의지할 수 있는 훌륭한 소재입니다. 탄화규소는 오늘날 전 세계적으로 얻고 있는 인기와 인정을 받을 만합니다. 의심할 여지 없이 탄화규소는 현재와 미래의 신흥 산업에 강력한 희망의 빛을 제공합니다!