세계가 발전함에 따라 혁신은 도처에 있습니다. 첨단 가공 기술의 도입으로 특수 세라믹이 산업계에 널리 보급되고 있습니다. 이 특별한 글에서는 가장 까다롭고 독특한 세라믹, 바로 테크니컬 세라믹에 대해 알아보겠습니다.
기술 세라믹이란 무엇인가요?
테크니컬 세라믹은 다양한 이름으로 알려진 고급 세라믹입니다. 고급 세라믹 또는 엔지니어링 세라믹시장에서. 일부 제조업체는 고성능 세라믹과 정밀 세라믹이라는 용어를 사용하기도 합니다. 어떤 용어를 사용하든 모두 같은 것을 의미합니다.
테크니컬 세라믹은 무기 세라믹 소재로 정의됩니다. O₂(산소)와 AI(알루미늄)를 포함한 특수 원소로 구성된 고급 세라믹입니다. 테크니컬 세라믹은 최고의 기계적, 전기적, 열적 특성을 가지고 있으며, 다른 미량 원소를 첨가하여 이러한 특성을 조절할 수 있습니다. 테크니컬 세라믹은 열적, 물리적 특성이 결합되어 다른 대안이 적합하지 않은 제품에 최적의 선택이 될 수 있습니다.
테크니컬 세라믹은 합성 또는 천연 재료로 제조됩니다. 테크니컬 세라믹은 제조 공정에 필요한 재료가 고도로 정제되어 있기 때문에 고급 세라믹이라고 불립니다. 이 재료들은 입자의 모양과 크기를 제어하기 위해 세심하게 정제됩니다. 테크니컬 세라믹은 일상생활에 사용되는 다양한 제품을 제조하는 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.
기술 세라믹의 재료 분류:
고급, 기술 또는 고성능 세라믹은 다음 유형으로 분류할 수 있습니다.
- 복합재료: 섬유강화재료, 비산화물, 산화물 및 기타 재료의 조합은 물론 입자 강화재료도 포함됩니다.
- 산화물: Zr, Be, Al2O3 등의 원소가 포함됩니다.
- 비산화물: 질화물, 탄화물 등이 비산화물 범주에 속합니다.
왜 첨단 세라믹이 그렇게 인기가 있을까요?
세계가 발전함에 따라 테크니컬 세라믹 또는 엔지니어링 세라믹의 수요와 범위 또한 증가하고 있습니다. 다결정 소재로 정의되는 이 소재는 전 세계적으로 큰 인기를 얻고 있습니다.
수요가 높은 첫 번째 이유는 다양한 분야에서 새로운 기회를 열어주기 때문입니다. 예를 들어 플랜트 및 기계 공학, 자동차 제조, 주조, 전자, 섬유 제조, 의료 기술 등이 있습니다.
또한, 다양한 산업 분야에 대한 소비자의 요구는 해마다 빠르게 변화하고 있습니다. 따라서 다양한 엔지니어와 건설업자들은 모든 요구와 요건을 충족하기 위해 테크니컬 세라믹과 같은 첨단 고품질 소재를 선호합니다. 테크니컬 세라믹은 위에서 언급한 분야 외에도 나노기술 및 광학 산업에도 활용될 것으로 예상됩니다.
마지막으로, 기술 또는 정밀 세라믹은 높은 맞춤형 제작 가능성으로 인해 여러 산업 분야에서 수요가 증가하고 있습니다. 전문 기업에서 생산하는 고품질 정밀 세라믹은 이제 다양한 응용 분야에서 기존 소재를 대체하고 있습니다.
이전에는 회사들이 일반적인 내화 재료 그리고 폴리머도 있었지만, 이제는 기술 세라믹으로 널리 전환하고 있습니다.
기술 세라믹 소재의 중요한 특성은 무엇입니까?
기술 세라믹의 몇 가지 중요한 특성은 다음과 같습니다.
●압축강도
테크니컬 세라믹은 압축 시 매우 높은 강도를 보입니다. 테크니컬 세라믹은 최소 4,000MPa(MPa는 메가파스칼의 약자)의 높은 하중을 견딜 수 있습니다. 하지만 지르코늄이나 티타늄과 같은 다른 소재와 비교해 보면 테크니컬 세라믹의 강도가 얼마나 강한지 짐작할 수 있습니다.
●내마모성
첨단 정밀 세라믹 또는 테크니컬 세라믹은 고온에도 견딜 수 있습니다. 고온을 견딜 뿐만 아니라 기계적, 전기적 특성도 효과적으로 유지할 수 있습니다. 이러한 이유로 테크니컬 세라믹은 열 방출이 많은 다양한 분야에 사용됩니다. 절삭 공구, 용광로, 제트 엔진 등이 그 예입니다.
●경도
테크니컬 세라믹은 뛰어난 강성과 경도로 고급 사용자들의 마음을 사로잡은 것은 의심의 여지가 없습니다. 제조업체들은 테크니컬 세라믹에 우선순위를 두고 있는데, 이 독특한 소재는 스테인리스 스틸보다 4배 더 단단하기 때문입니다.
●밀도
테크니컬 세라믹의 밀도는 2g/cc부터 시작합니다. 낮은 밀도 덕분에 테크니컬 세라믹은 다양한 용도에서 다른 소재보다 선호됩니다. 아시다시피, 밀도가 낮으면 무게가 줄어듭니다. 밀도가 낮을수록 물질의 무게는 줄어듭니다.
●온도 능력
데이터에 따르면 다양한 종류의 첨단 세라믹은 1750°C(3182°F) 이상의 온도를 견딜 수 있습니다. 고온을 견딜 수 있기 때문에 초고온 소재로 분류됩니다. 고온 내구성 덕분에 다양한 엔진, 터빈, 베어링 등에 사용될 수 있습니다.
●내식성
테크니컬 세라믹은 화학적으로 안정한 소재임은 의심의 여지가 없습니다. 하지만 그 이유는 무엇일까요? 바로 화학 결합에 있습니다. 대부분의 테크니컬 세라믹 소재(특히 산화물)는 이온 결합이 지배적이기 때문에 내식성이 매우 뛰어납니다.
●열전도도 또는 단열성
테크니컬 세라믹은 다양한 열전도도 또는 단열 특성을 가질 수 있습니다. 이러한 특성은 재료의 화학적 조성에 따라 달라집니다. 예를 들어, 일부 테크니컬 세라믹은 우수한 열전도도를 가지고 있습니다. 이러한 제품은 방열판이나 열교환기에 가장 적합합니다.
반면, 일부 산업용 세라믹 제품은 단열성을 가지고 있습니다. 간단히 말해, 산업용 세라믹은 매우 유연하고 맞춤 제작이 가능합니다.
기타 중요한 특성으로는 생체적합성, 굽힘 강도, 금속화, 압전 및 동역학, 열충격 및 변동 저항성 등이 있습니다.
기술 세라믹과 전통 세라믹의 차이점
이제 각각의 고유한 특성을 살펴보았으니, 이 첨단 소재가 기존 세라믹과 어떻게 다른지 살펴보겠습니다. 두 종류의 세라믹은 용도와 제조 공정이 매우 다르며, 각각 고유한 장점을 가지고 있습니다. 아래에서 두 소재의 차이점을 더 자세히 살펴보겠습니다.
1. 구성:
테크니컬 세라믹과 전통 세라믹의 주요 차이점은 성분입니다. 테크니컬 세라믹의 구성 재료는 주로 산화알루미늄, 질화규소, 탄화규소 등과 같은 다양한 탄화물, 산화물, 질화물이며, 이외에도 다양한 합성 물질이 함유되어 있습니다.
전통 도자기의 제조 및 가공에는 다양한 종류의 원료(예: 실리카, 점토, 장석)가 사용됩니다.
2. 성능:
테크니컬 세라믹과 전통 세라믹의 또 다른 큰 차이점은 성능입니다. 전통 세라믹은 제한적인 용도로 사용됩니다. 예를 들어, 중간 수준의 전기 절연이 있습니다. 그런데 왜 중간 수준의 공정에는 사용되고 고급 작업에는 사용되지 않는 걸까요?
그 이유는 전통적인 세라믹이 일반적으로 낮거나 중간 정도의 경도를 가지고 있기 때문입니다. 경도가 낮을 뿐만 아니라 강도와 열 평형 상태도 낮습니다. 반대로, 특수 세라믹은 이러한 특성으로 인해 까다로운 용도에 적합하도록 설계되었습니다.
3. 처리:
마지막으로, 고급 세라믹은 가공 측면에서 기존 세라믹과 크게 다릅니다. 기존 세라믹은 일반적으로 주조와 같은 기본적인 방법으로 형상을 만든 후 고온에서 소성하여 최종 형태를 완성합니다. 이와 대조적으로 고성능 세라믹은 특수 기술을 필요로 합니다. 이러한 방법은 산업마다 다르지만, 일반적으로 정밀 가공과 분말 성형이 사용됩니다.
결론:
테크니컬 세라믹은 무기 비금속 소재로 간주됩니다. 이러한 첨단 세라믹의 다양한 산업 분야에서의 적용은 의심할 여지 없이 날로 증가하고 있습니다. 독특한 특성 덕분에 전 세계적으로 수요가 매우 높습니다. 제조업체와 고급 사용자들은 이러한 특성 덕분에 흔히 사용되는 소재를 대체하기 위해 테크니컬 세라믹을 사용하고 있습니다.