탄화규소 재료 특성

탄화규소는 이름에서 알 수 있듯이 산업용 소재입니다. SiC 소재는 탁월한 경도, 탁월한 내열성, 다양한 적용 가능성 덕분에 항공우주, 자동차, 전자 산업에 적합하도록 설계되었습니다. 이 글에서는 탄화규소의 유래, 결정 구조 내 원자의 독특한 배열(이것이 탄화규소를 탁월한 소재로 만드는 요소) 및 탄화규소를 사용할 수 있는 다양한 방법에 대해 알아보겠습니다.

결정 구조

탄화규소는 마법 같은 결정 구조를 가지고 있습니다. 탄화규소(SiC)는 폴리타입이라고 하는 중간체 형태로 제공되며, 특정 상업적 요구를 충족하도록 다양한 유형이 맞춤 제작됩니다. 주요 폴리타입은 다음과 같습니다.

• 4H-SiC: 전자 이동도가 더 높아 고전압 전력 전자 장치에 더 적합합니다.

• 6H-SiC - 방열을 위한 뛰어난 열전도도.

• 3C-SiC: 구조가 복잡한 다른 변형에 비해 구조적 단순성 측면에서 더 선호됩니다. 균일성이 잘 정의되어 표면 가까이에서 마이크로전자공학에 일반적으로 사용됩니다.

SiC의 조정 수준은 제조업체가 다양한 작업에 맞게 화합물을 보정할 수 있는 기회를 제공하여 구조적 조건이 충분히 유리하여 높은 효율성을 얻는 것과 환경 친화적이지 않은 환경에서 견고성과 신뢰성을 얻는 것 중에서 선택할 수 있게 해줍니다.

다재

극한 환경에서도 뛰어난 성능을 발휘하는 탄화규소는 다음과 같은 다른 형태로도 변형이 가능합니다.

• 복합재료에 적합한 섬유.

• 코팅용 분말.

• 구조용으로 사용되는 대량 구성품.

이는 SiC가 우주선 성능 향상부터 산업용 공구의 내구성 향상까지 모든 산업에 적용 가능하다는 것을 의미합니다. 엔지니어와 혁신가들은 정밀성, 강도, 그리고 수명 연장을 위해 무엇보다도 탄화규소를 선택합니다.

탄화규소의 화학적 및 물리적 특성

SiC는 화학적 및 물리적 특성으로 인해 재료가 큰 응력을 받는 환경에서 필수적입니다. 이러한 화학적 안정성, 경도, 강도 및 열 안정성 덕분에 이 섹션에서 SiC를 자세히 설명합니다.

내화학성

탄화규소는 매우 가혹한 화학 환경에서도 부식에 매우 강합니다. 여기에는 공유 결합이 다음과 같은 방식으로 분해되는 것도 포함됩니다.

• 산

• 알칼리

• 염류

이는 장기적인 신뢰성을 의미합니다. 예를 들어 화학 처리 공장에서 SiC 부품은 다음과 같습니다.

• 수리율을 낮추세요.

• 전체 유지관리 비용이 낮습니다.

매우 혹독한 환경에서도 최상의 성능을 발휘할 수 있습니다. 이러한 불활성 특성 덕분에 SIC는 다음과 같은 해수 응용 분야에도 적합합니다.

• 담수화 플랜트.

• 해양 엔지니어링 시스템

• 경도와 강도

탄화규소는 모스 경도 9.5에서 다이아몬드 다음으로 높은 경도를 가집니다. 탄화규소의 경도는 다음과 같은 점에서 다이아몬드보다 높습니다.

• 절삭 공구

• 연삭 휠

• 내마모성 라이닝

또한 높은 경도 값을 갖는 SiC는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 인장강도

• 압축 강도

이로 인해 SiC는 다음에 적합합니다.

• 군사용과 민간용으로 모두 사용 가능한 방탄 장갑입니다.

• 산업 기계의 극한 환경에서.

열 안정성

탄화규소는 고온에 매우 강하기 때문에 그에 필적할 만한 소재는 거의 없습니다. SiC는 최대 1,600°C(2,912°F)까지 안정적이며, 이는 다음과 같은 산업에서 중요합니다.

• 항공우주.

• 에너지 생산.

SiC 열 안정성을 활용한 응용 분야:

• 열교환기.

• 용광로 안감.

• 가스터빈.

또한 열 충격 저항성으로 인해 SiC는 다음과 같은 용도로 적합합니다.

• 우주시대 도자기.

• 고온에서의 절연 시스템.

열전도도

현대 시스템에는 효과적인 열 관리가 필요하며, 탄화규소는 전례 없는 열전도도를 제공합니다. 발열량이 높은 응용 분야에서 SiC는 고전력 전자 장치 냉각 및 항공우주 시스템의 열 안정성을 위한 검증된 솔루션입니다.

열 방출

열전도도는 120~270 W/m·K로 기존 소재보다 높습니다. 이는 다음과 같은 경우에 중요합니다.

• 과열을 방지합니다.

• 기기의 수명을 연장합니다.

• 시스템 효율성이 향상됩니다.

고열이 발생하는 산업

SIC 열전도도를 사용하는 산업:

• 전자 제품: 자동차 충전 속도 향상 및 전기 자동차 배터리 수명 연장. 재생 에너지 시스템의 에너지 효율 향상.

• 항공우주: 제트 엔진과 우주선의 작동 신뢰성. (열) 차폐막과 재돌입체에서 극심한 열 구배를 견딜 수 있음.

탄화규소의 밀도

무게를 중시하는 산업 분야에서는 1그램이 중요합니다. SiC는 낮은 밀도와 높은 강도 덕분에 성능만이 중요한 것이 아니라 무게 또한 중요한 분야에 적용 가능합니다.

특징

탄화규소는 3.2g/cm³의 뛰어난 인성을 가진 여러 금속의 절반에 해당합니다. 따라서 다음과 같은 용도로 적합합니다.

• 더 빠르고, 더 긴 비행이 가능한 드론 기술.

• 고성능 자동차 구조 부품.

무게가 중요한 곳

SiC 저밀도로부터 이익을 얻는 산업은 다음과 같습니다.

항공우주

• 항공기와 위성의 연료 효율성을 높이고, 탑재량을 늘립니다.

• 열 차단 코팅은 엔진 성능을 향상시킵니다.

자동차

• 핸들링을 개선하고 에너지 소비를 줄이기 위한 브레이크 디스크 최적화 조치.

• 전기 구동장치 구성 요소의 효율성이 향상되었습니다.

탄화규소의 기계적 성질

실리콘 카바이드는 기계적 성능을 벤치마킹합니다. 뛰어난 강도, 내마모성, 그리고 밀도를 갖춘 실리콘 카바이드는 극한 조건에서도 완벽한 성능을 유지해야 하는 분야에 완벽한 솔루션을 제공합니다.

강도와 인성

SiC의 인장 및 압축 강도는 변형 없이 큰 기계적 하중을 견딜 수 있음을 의미하며 다음과 같은 용도에 적합합니다.

• 고성능 광산 장비

• 건설기계

• 항공우주 추진 시스템

마모 및 내마모성

탄화규소는 매우 단단하여 마모와 마찰에 있어서 타의 추종을 불허합니다. 산업계에서는 SiC 공구를 다음과 같은 용도로 사용합니다.

• 생산성을 높이다

• 고강도 공정으로 인해 정밀성이 저하되지 않도록 하세요.

일반적인 응용 분야:

• 연삭 휠

• 샌드블라스팅 노즐

• 절단날

혹독한 환경 응용 분야

SiC의 견고성은 다음과 같은 경우에 필수적입니다.

• 석유 탐사 장비

• 군에서는 방탄 장갑을 사용합니다.

• 고압에서 사용되는 산업용 시스템.

탄화규소의 열팽창 계수

정밀 공학에서 치수 안정성은 필수적이며, 탄화규소의 낮은 CTE는 이를 보장합니다. 높은 CTE 재료는 다음과 같은 문제가 발생하기 쉽습니다.

• 온도 변화에 따른 휘어짐

• 열 사이클 하에서 균열 발생

• SiC의 낮은 CTE는 이러한 위협을 제거하고 우수한 성능을 보장합니다.

• 정밀 기기

• 장기 실행 시스템

정밀 시스템

주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

광학

• 고정밀 거울

• 가혹한 환경용 렌즈

마이크로전자

• 반도체용 신뢰성 기판

• IC의 열 공정 저항

탄화규소 응용 분야

탄화규소는 반도체부터 절삭 공구, 고온 응용 분야에 이르기까지 매우 다양한 용도로 사용됩니다. 다음 섹션에서는 산업 전반에 걸쳐 탄화규소의 활용 범위를 보여줍니다.

전자, 전자 및 반도체

SiC 반도체는 다음의 미래입니다.

• 전기 자동차.

• 재생 에너지 그리드.

• 배터리와 인버터 최적화를 통한 에너지 저장 시스템 포함.

연마재 및 절삭 공구

SiC의 높은 경도는 다음과 같은 용도에 적합합니다.

• 연삭 및 절단.

• 항공우주 및 의료용 부품 연마.

고온 환경

SiC는 다음에서 사용됩니다.

• 용광로 및 열교환기.

• 가스터빈과 차세대 원자로를 포함합니다.

실리콘 카바이드의 이점

탄화규소는 깨지지 않는 에너지 효율성과 지속 가능성을 갖춘 가장 혹독한 산업에서 사용되는 최고의 소재입니다.

내구성

SiC에는 다음이 있습니다.

• 내마모성, 고온 및 내화학성.

• 수명이 길어지고 환경에 미치는 폐기물이 줄어듭니다.

에너지 효율

SiC는 에너지 손실이 최소화되며:

• 풍력 터빈, 태양광 패널과 같은 친환경 기술을 발전시킵니다.

• 에너지를 최대한 최적화하여 분배하는 스마트 그리드.

지속 가능성

SiC는 다음과 같은 점에서 친환경적 제조를 준수합니다.

• 재활용이 가능하고 무독성입니다.

• 인프라 프로젝트에서 탄소발자국을 줄입니다.

결론

탄화규소는 단순한 소재가 아니라 현대 공학의 기반입니다. 항공우주부터 반도체에 이르기까지 탄화규소의 특성은 모든 것을 더욱 혁신적이고 효율적으로 만듭니다. 제조 기술이 발전하고 비용이 절감됨에 따라, 지속 가능한 고성능 기술에서 탄화규소의 역할은 더욱 커질 것입니다.