마모는 산업 작업에 지속적인 위협으로 작용하여 비용을 증가시키고, 작업 시간을 연장하며, 전반적인 작업 효율성을 저하시킵니다. 세라믹 소재는 이러한 문제를 해결하는 한 가지 방법입니다. 탄화규소(SiC)와 탄화텅스텐(WC)은 일반적으로 사용되는 두 가지 옵션입니다. 화려한 도자기이 글에서는 두 가지 재료를 비교하고 마모 응용 분야에서의 효과를 살펴보겠습니다.
탄화규소
텅스텐 카바이드
실리콘 카바이드란 무엇인가
탄화규소는 화학 및 온도에 민감한 응용 분야에 적합한 것으로 잘 알려져 있습니다. 이 소재는 탄소와 규소 원소의 혼합물이며, 원자들이 공유 결합을 이루어 결정 구조를 형성합니다.
다이아몬드 다음으로 가장 단단한 원소입니다. 따라서 마모가 발생하는 다양한 용도에 적합합니다. 탄화규소는 산화되지 않아 부식이 발생하지 않아 신뢰성이 더욱 향상됩니다.
텅스텐 카바이드란 무엇입니까?
텅스텐 카바이드 WC는 이름에서 알 수 있듯이 텅스텐과 탄소를 사용하여 제조된 제품입니다. 소결WC는 산업 분야에서 오랫동안 사용되어 왔습니다. 이러한 소재는 마모, 마찰, 내열성, 내화학성 등 어떤 용도로든 적합합니다.
마모 응용 분야에서의 탄화규소 대 탄화텅스텐
비용은 마모 재료 선택에 중요한 요소이지만, 유일한 요소는 아닙니다. 장기적으로 극한의 압력, 온도, 마모, 화학 물질 노출 등 다양한 작업 환경에서 재료의 신뢰성을 이해하는 것은 재료의 전반적인 효율성을 이해하는 데 매우 중요합니다.
예를 들어, 텅스텐 카바이드는 가격이 높은데, 이는 최대 6,833Mpa에 달하는 높은 압축 강도로 정당화됩니다. 그러나 극한의 온도에서 작업할 경우, 소성 변형으로 인해 이러한 강도의 상당 부분이 무용지물이 됩니다. 따라서 고응력 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 반대로, 고온 내성을 가진 소재가 더 나은 대안이 될 수 있습니다.
이러한 배경에서 탄화규소(SiC)가 대안이 될 수 있습니다. SiC는 고온 및 내화학성이 요구되는 작업에 주로 적용됩니다. 하지만 두 세라믹 모두 선택 시 여러 요소를 신중하게 고려해야 합니다. 이러한 요소들은 아래에서 자세히 설명합니다.
연마 조건
세라믹의 경도는 마모 응용 분야의 주요 측면입니다. 세라믹이 단단할수록 손상 가능성이 줄어듭니다. 모스 경도계에서 탄화규소의 경도는 9.5로 텅스텐의 8.5~9보다 높습니다. 따라서 탄화규소는 연마에 민감한 응용 분야에 더 권장됩니다.
밀도 측면에서 SiC는 3.21g/cm³로 텅스텐의 15.6g/cm³보다 훨씬 낮은 최하위를 기록합니다. 이처럼 낮은 밀도 덕분에 탄화규소는 취급이 용이합니다. 또한, 뛰어난 내스크래치성으로 인해 두 가지 장점을 모두 누릴 수 있습니다.
심한 슬러리 및 극한의 펌핑 조건
슬러리 및 펌핑 기계는 연마 및 부식 환경에서 효과적으로 작동하기 위해 호환성이 있어야 합니다. 탄화규소는 이러한 환경에서 가장 적합한 것으로 간주됩니다. 마찰 계수가 낮아 마모와 에너지 손실을 최소화합니다.
반대로, 텅스텐 카바이드는 코발트 결합으로 인해 강산에 매우 취약합니다. 그러나 크롬과 몰리브덴을 추가로 코팅하면 이러한 문제를 해결할 수 있지만, 최종 비용이 높아집니다. 따라서 이러한 용도에는 실리콘 카바이드가 선호됩니다.
고압 환경
석유 및 가스 시추 작업에는 고압이 수반되므로, 해당 씰은 이러한 압력을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다. 텅스텐 카바이드는 높은 밀도와 강도의 좋은 조합을 갖추고 있어 이러한 경우에 적합합니다. 하지만 강도만 고려하면 실리콘 카바이드도 유용하지만, 높은 밀도 때문에 텅스텐보다 성능이 떨어집니다.
급격한 온도 변화
용광로와 같은 고온 응용 분야에 사용되는 기계는 온도에 대한 복원력이 뛰어난 소재로 제작되어야 합니다. 따라서 실리콘과 텅스텐 카바이드 중에서 선택할 때 온도 복원력을 고려해야 합니다.
실리콘 카바이드의 온도 팽창 계수는 약 4~4.5×10⁻⁶/°C인 반면, 텅스텐은 5.00~6.00×10⁻⁶/°C로 낮아 가장 적합한 것으로 간주됩니다. 하지만 이것이 전부는 아닙니다. 열전도도 측면에서도 실리콘은 120~170 W/mK로 텅스텐의 84~100 W/mK보다 우수합니다.
내구성 및 내마모성의 차이
탄화규소(SiC)는 강도와 내열성이 뛰어납니다. 마모와 마찰 발생 가능성이 높은 응용 분야에서 SiC는 신뢰할 수 있는 선택이 될 수 있습니다. 비산화물 특성과 낮은 온도 계수 덕분에 변형을 방지하고 다양한 응용 분야에서 뛰어난 내구성을 보장합니다.
반면, 텅스텐의 강성과 강도는 타의 추종을 불허합니다. 이러한 특성으로 인해 세라믹은 장시간 고압 환경에서도 뛰어난 내구성을 유지합니다. 따라서 온도와 화학 물질 노출에 취약하지 않은 응용 분야에는 텅스텐 카바이드가 최적의 솔루션이 될 수 있습니다.
실리콘 카바이드와 텅스텐 카바이드 기계적 씰 중 선택하는 방법
실리콘과 텅스텐 카바이드 중 하나를 선택할 때는 먼저 사용 사례를 이해하는 것이 중요합니다. 여기에는 유체의 존재 여부, 온도 범위, 압력 변화, 마모, 부식 가능성 등 여러 측면을 신중하게 고려해야 합니다.
텅스텐은 높은 밀도와 뛰어난 강도 덕분에 고압 응용 분야에서 광범위하게 활용됩니다. 반면, 탄화규소는 밀도 면에서만 뒤떨어질 뿐, 강도, 내열성, 내식성, 내마모성이 더 뛰어납니다. 탄화규소는 다른 화학 물질에 노출되어도 매우 안정적입니다.
위 분석에 따르면, 실리콘 카바이드는 극한의 압력이 필요한 경우를 제외한 모든 유형의 마모 응용 분야에 적합하다고 말할 수 있습니다. 또한, 텅스텐에 비해 가격이 저렴하여 더 유리하지만, 최종 선택은 각 공정의 선호도에 따라 달라집니다.
결론
탄화규소와 탄화텅스텐은 모두 고유한 장점과 한계를 가지고 있습니다. 탄화텅스텐은 산업용으로 여전히 널리 사용되는 반면, 탄화규소는 비용 효율적이고 다재다능한 대안으로 떠오르고 있습니다. 화려한 도자기 고객의 니즈에 맞춘 혁신적인 솔루션을 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 지금 바로 연락하셔서 프로젝트에 대해 상담하고, 저희의 전문성이 어떻게 고객의 프로세스를 향상시킬 수 있는지 알아보세요.