탄화규소(SiC)는 탄소와 실리콘의 화합물로 뛰어난 기계적 및 열적 특성으로 잘 알려져 있습니다. 높은 경도, 높은 열전도율, 낮은 열팽창, 뛰어난 열충격 저항성이 특징입니다. SiC는 화학 반응에 대한 내성이 강하고 매우 높은 온도에서도 강도를 유지하므로 반도체, 발열체, 연마재 등 다양한 산업 분야의 고성능 애플리케이션에 적합합니다.
화학적 특성:
- 불활성 및 화학적 공격에 대한 저항성: 실리콘 카바이드는 최대 800°C의 산, 알칼리 또는 용융 염에 의해 공격받지 않습니다. 이러한 화학적 불활성 덕분에 부식성 물질에 자주 노출되는 환경에서 사용하기에 이상적입니다. 고온에서 SiC는 보호 실리콘 산화물 코팅을 형성하여 화학적 분해에 대한 저항성을 더욱 강화합니다.
- 열 안정성: 공기 중에서 SiC는 1200°C에서 보호 산화막을 형성하는 능력으로 인해 최대 1600°C까지 사용할 수 있습니다. 고온에서의 이러한 안정성은 고온 용광로 및 기타 재료가 극심한 열에 노출되는 응용 분야에서 사용하기에 매우 중요합니다.
물리적 특성:
- 높은 경도: 모스 경도 등급이 9인 SiC는 다이아몬드만큼이나 단단합니다. 따라서 내구성이 뛰어나고 마모에 강해 내마모성이 필요한 분야에 적합합니다.
- 높은 열전도율: SiC의 열전도율 범위는 120~270W/mK로 다른 소재보다 훨씬 높습니다. 이러한 특성 덕분에 효율적인 열 분배가 가능하고 국부적인 과열을 방지하여 고온 애플리케이션에 대한 적합성이 향상됩니다.
- 낮은 열팽창: SiC의 열팽창은 4.0x10-6/°C로 대부분의 다른 반도체 재료보다 낮습니다. 이 낮은 팽창 계수는 급격한 온도 변화로 인한 스트레스를 최소화하여 뛰어난 열충격 저항성을 제공합니다.
- 열충격 저항: 높은 열전도율과 낮은 열팽창으로 인해 SiC는 급격한 온도 변화에도 손상 없이 견딜 수 있습니다. 이 특성은 소재의 온도 변동이 빈번하고 큰 폭으로 발생하는 애플리케이션에서 매우 중요합니다.
전기적 특성:
- 전기 전도도: 실리콘 카바이드는 전기 전도체로 만들 수 있기 때문에 저항 발열체, 서미스터, 배리스터에 사용됩니다. 전기 저항을 제어할 수 있기 때문에 다양한 전자 애플리케이션에 다용도로 사용할 수 있습니다.
제조 및 응용 분야:
- 생산 방법: SiC는 소결, 반응 결합, 결정 성장, 화학 기상 증착(CVD) 등의 방법을 통해 산업적으로 생산됩니다. 각 방법은 다양한 애플리케이션에 맞는 특정 특성을 가진 SiC를 생산할 수 있습니다.
- 애플리케이션: 독특한 특성 조합으로 인해 SiC는 연마재, 내화물, 세라믹, 반도체 웨이퍼 트레이 지지대, 발열체, 전자 부품 등 다양한 용도로 사용됩니다. 또한 고강도, 저밀도 및 우수한 내마모성으로 인해 구조 및 마모 응용 분야에도 적합합니다.
요약하면, 탄화규소의 높은 화학적 불활성 및 열 안정성이 높은 경도, 높은 열전도율 및 낮은 열팽창이라는 물리적 특성과 결합되어 고온 및 고응력 애플리케이션에 적합한 소재입니다. 전기 전도성 덕분에 다양한 산업 및 전자 분야에서 그 활용도가 더욱 확대되고 있습니다.
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