실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘과 탄소의 합성으로 생산된 매우 단단한 결정질 화합물입니다.
높은 내마모성, 기계적 특성 및 열적 특성으로 인해 기술 세라믹으로 분류됩니다.
실리콘 카바이드에 대해 알아야 할 5가지 핵심 사항
1. 결정 구조와 종류
실리콘 카바이드는 폴리타입으로 알려진 여러 가지 형태로 존재합니다.
두 가지 주요 형태는 α-SiC와 β-SiC입니다.
β-SiC는 실리콘(Si)과 탄소(C)가 면 중심의 정육면체 격자를 형성하는 정육면체 결정계를 가지고 있습니다.
α-SiC는 4H, 15R, 6H를 포함한 100가지 이상의 폴리타입이 있으며, 산업용 애플리케이션에서는 6H가 가장 일반적입니다.
이러한 형태 사이의 전이는 온도에 따라 달라지며, β-SiC는 1600°C 이하에서 안정적이고 더 높은 온도에서는 α-SiC로 변합니다.
2. 생산 방법
실리콘 카바이드의 산업 생산에는 여러 가지 방법이 있습니다.
Acheson 방법(전통적인 탄화열 환원법): 이 방법은 고순도 석영 모래 또는 분쇄된 석영 광석과 석유 코크스, 흑연 또는 무연탄 미세 분말의 혼합물을 흑연 전극을 사용하여 2000°C 이상으로 가열하는 것입니다. 이 공정을 통해 α-SiC 분말이 합성됩니다.
이산화규소 저온 탄화 환원: 이 방법은 Acheson 방법과 유사하지만 합성 온도(1500~1800°C)를 낮춰 순도가 높은 β-SiC 분말을 생산합니다.
실리콘-탄소 직접 반응: 이 방법은 금속 실리콘 분말과 탄소 분말을 1000~1400°C에서 직접 반응시켜 고순도 β-SiC 분말을 생성합니다.
3. 응용 분야
실리콘 카바이드는 고유한 특성으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
반도체 산업: 탄화규소는 경도가 높고 마모가 적으며 열팽창계수가 실리콘 웨이퍼와 유사하기 때문에 연삭 디스크, 고정구 및 반도체 재료로 사용됩니다. 이러한 특성으로 인해 고속 연삭 및 연마에 적합합니다.
발열체: SiC는 고온 강도와 열충격 저항성으로 인해 산업용 용광로용 발열체에 사용됩니다.
세라믹 응용 분야: 세라믹 소재인 SiC는 다른 세라믹에 비해 전기 전도도가 높기 때문에 프레스 또는 압출 후 소결하여 생산하는 요소에 적합합니다.
4. 결론
실리콘 카바이드는 기술 세라믹으로서 연마재 및 절삭 공구의 전통적인 용도부터 반도체 및 발열체의 첨단 응용 분야에 이르기까지 다양한 용도로 사용되는 다목적 소재입니다.
높은 경도, 내마모성, 열 안정성 등 고유한 특성으로 인해 현대 산업 공정에서 매우 중요한 소재입니다.
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