실리콘 카바이드: 산업 혁신의 열쇠: 실리콘 카바이드

효율성, 내구성 및 성능을 끊임없이 추구하는 데 있어 첨단 재료가 가장 중요합니다. 그중 탄화규소(SiC)는 혁신적인 재료로 두각을 나타내며, 까다로운 수많은 산업 응용 분야에서 새로운 가능성을 열어줍니다. 특정 운영 요구 사항에 맞춰 제작된 맞춤형 탄화규소 제품은 혁신의 초석이 되어 기존 재료로는 부족한 곳에서 타의 추종을 불허하는 이점을 제공합니다. 이 블로그 게시물에서는 맞춤형 SiC의 세계를 탐구하여 응용 분야, 이점, 설계 고려 사항 및 중요한 부품에 적합한 공급업체와 파트너 관계를 맺는 방법을 살펴봅니다.

맞춤형 탄화규소 제품이란 무엇이며 왜 필수적인가?

탄화규소는 실리콘과 탄소의 합성 화합물로, 뛰어난 경도, 높은 열전도율, 우수한 내식성 및 고온에서의 우수한 강도로 유명합니다. 표준 SiC 부품은 여러 가지 용도로 사용되지만, 맞춤형 실리콘 카바이드 제품 고유하고 고성능 산업 응용 분야에 대한 정확한 사양에 따라 설계 및 제조된 부품입니다. 이러한 맞춤화에는 복잡한 형상, 특정 표면 마감, 좁은 공차 또는 까다로운 환경에서 성능을 최적화하기 위한 고유한 조성이 포함될 수 있습니다.

맞춤형 SiC의 본질적인 특성은 기성품 솔루션으로는 해결할 수 없는 복잡한 엔지니어링 문제를 해결하는 능력에서 비롯됩니다. 극한 온도, 연마 조건, 화학적 공격에 직면하거나 높은 강성과 낮은 무게가 필요한 산업에서는 맞춤형 SiC 부품이 공정 효율성을 크게 향상시키고, 장비 수명을 연장하며, 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 복잡한 반도체 가공 부품부터 산업 기계의 견고한 마모 부품에 이르기까지 맞춤형 SiC는 혁신과 신뢰성을 주도하고 있습니다.

산업 전반의 탄화규소 주요 응용 분야

탄화규소의 다재다능함은 광범위한 산업 분야에서 적용할 수 있도록 합니다. 고유한 특성 조합으로 인해 다른 재료가 빠르게 열화되는 환경에서 필수적입니다. SiC 부품을 활용하는 몇 가지 주요 부문은 다음과 같습니다.

• 반도체 제조: 웨이퍼 취급 부품(척, 링, 핀), 공정 챔버 부품, CMP 링 및 서셉터는 SiC의 열적 안정성, 화학적 불활성 및 강성으로부터 이점을 얻습니다.
• 전력 전자: SiC는 고전압, 고주파 장치(예: 전기 자동차, 재생 에너지 인버터, 산업용 모터 드라이브용 MOSFET, 쇼트키 다이오드 및 전력 모듈)에 사용됩니다. 높은 항복 전압, 열전도율 및 스위칭 속도 때문입니다.
• 항공우주 & 방위: 망원경용 경량 거울, 장갑판, 로켓 노즐 및 극초음속 차량용 부품은 SiC의 높은 강도 대 중량비, 내열 충격성 및 내마모성을 활용합니다.
• 고온 가공 및 야금: 용광로 부품(빔, 롤러, 튜브, 버너 노즐), 가마 가구, 도가니 및 열전대 보호 튜브는 SiC의 뛰어난 고온 강도와 내열 충격성 및 화학적 공격에 대한 저항성 때문에 만들어집니다.
• 자동차: 전력 전자 장치 외에도 SiC는 내구성과 열적 특성으로 인해 브레이크 디스크, 디젤 미립자 필터 및 엔진의 내마모성 부품에 사용됩니다.
• 화학 처리: 부식성 화학 환경의 펌프 씰, 밸브 부품, 베어링 및 열교환기는 SiC의 뛰어난 화학적 불활성 및 내마모성으로부터 이점을 얻습니다.
• LED 제조: LED 결정 성장을 위한 서셉터 및 도가니는 SiC의 고순도 및 열적 안정성에 의존합니다.
• 산업 기계: 기계적 씰, 베어링, 연마 블라스팅용 노즐 및 재료 취급 시스템용 부품과 같은 마모 부품은 SiC의 극심한 경도 및 내마모성을 사용합니다.
• 재생 에너지: 태양광 및 풍력 발전 시스템용 인버터는 더 높은 효율과 전력 밀도를 위해 SiC 전력 장치를 사용합니다.
• 석유 및 가스: 가혹한 환경의 다운홀 도구, 밸브 및 펌프용 부품은 SiC의 내식성 및 내마모성을 활용합니다.
• 의료 기기: 생체 적합성 SiC 코팅 및 부품은 임플란트 및 수술 도구에 대해 연구되고 있습니다.
• 원자력: SiC는 방사선 저항성 및 고온 안정성으로 인해 차세대 원자로의 연료 피복재 및 구조 부품으로 간주됩니다.
• 철도 운송: SiC 전력 모듈은 에너지 효율성을 개선하고 시스템 크기를 줄이기 위해 견인 변환기에 점점 더 많이 사용됩니다.
• 10447: 통신: 고주파 장치용 기판 및 방열판은 SiC의 열적 및 전기적 특성으로부터 이점을 얻습니다.

맞춤형 탄화규소를 선택해야 하는 이유: 타의 추종을 불허하는 이점

표준 재료 또는 표준 SiC 부품 대신 맞춤형 탄화규소 부품을 선택하면 장비 및 공정에서 최고의 성능과 수명을 목표로 하는 기업에 전략적 이점을 제공합니다. 맞춤화의 이점은 다면적입니다.

• 최적화된 성능: 맞춤화를 통해 응용 분야의 요구 사항에 정확히 일치하는 설계를 통해 효율성을 극대화할 수 있습니다. 예를 들어, 특별히 모양이 지정된 SiC 열교환기는 일반적인 설계보다 우수한 열 전달을 달성할 수 있습니다.
• 향상된 내열성 및 관리: SiC는 뛰어난 열전도율(종종 150W/mK를 초과하고 일부 등급의 경우 훨씬 더 높음)과 매우 높은 온도(일반적으로 등급 및 분위기에 따라 1400°C ~ 1800°C)까지의 안정성을 자랑합니다. 맞춤형 부품은 필요에 따라 열 발산 또는 유지를 최적화하도록 설계할 수 있습니다.
• 우수한 내마모성 및 내마모성: 다이아몬드 다음으로 경도가 높은(약 9-9.5) SiC 부품은 마모, 침식 및 연마에 대한 탁월한 저항성을 제공합니다. 맞춤형 설계는 연마 슬러리 또는 고속 입자 흐름에서 수명을 더욱 연장하기 위해 더 두꺼운 마모 표면 또는 특정 형상을 통합할 수 있습니다.
• 뛰어난 화학적 불활성: SiC는 고온에서도 거의 모든 산, 알칼리 및 용융 염에 매우 강합니다. 맞춤형 SiC 부품은 부식성 화학 환경에서 무결성을 보장하고 오염을 방지하며, 이는 화학 처리 및 반도체 제조와 같은 산업에 매우 중요합니다.
• 높은 강도 및 강성: 탄화규소는 고온에서도 기계적 강도를 유지하며 높은 탄성 계수(Young’s 계수 일반적으로 >400 GPa)를 나타냅니다. 이를 통해 변형 없이 상당한 기계적 하중을 견딜 수 있는 가볍고 견고한 구조를 설계할 수 있습니다.
• 맞춤형 전기적 특성: SiC는 전기 절연체로 자주 사용되지만, 반도체처럼 작동하도록 도핑할 수 있습니다. 이를 통해 특정 저항 또는 전도성 프로파일이 필요한 전자 응용 분야에서 맞춤형 SiC 부품을 사용할 수 있습니다.
• 복잡한 형상 및 정밀도: 첨단 제조 기술을 통해 복잡한 모양과 정밀한 공차를 가진 맞춤형 SiC 부품을 생산할 수 있으며, 이를 통해 복잡한 어셈블리 및 시스템에 통합할 수 있습니다.
• 가동 중지 시간 및 유지 보수 비용 절감: 맞춤형 SiC 부품의 수명 연장 및 신뢰성은 교체 빈도 감소, 유지 관리 일정 단축, 가동 중단 최소화로 직접적으로 이어집니다.
• 프로세스 수율 향상: 반도체 제조와 같은 응용 분야에서 맞춤형 SiC 부품의 순도, 안정성 및 정밀도는 더 높은 공정 수율과 더 나은 품질의 최종 제품으로 이어질 수 있습니다.

다음에 투자함으로써 맞춤형 실리콘 카바이드 솔루션, 기업은 향상된 운영 능력과 총 소유 비용 절감을 통해 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.

산업 응용 분야에 권장되는 SiC 등급 및 조성

탄화규소는 만능 재료가 아닙니다. 다양한 제조 공정을 통해 서로 다른 등급의 SiC가 생성되며, 각 등급은 특정 응용 분야에 맞게 조정된 고유한 특성을 가지고 있습니다. 이러한 등급을 이해하는 것은 최적의 재료를 선택하는 데 매우 중요합니다.

SiC 등급	주요 특징	일반적인 애플리케이션	제조 공정
반응 결합 탄화규소(RBSiC 또는 SiSiC)	우수한 내마모성 및 내식성, 높은 열전도율, 우수한 기계적 강도, 비교적 복잡한 모양 가능, 중간 비용. 약간의 유리 규소(일반적으로 8-15%)를 포함합니다. 최대 사용 온도는 약 1350-1380°C입니다.	가마 가구(빔, 롤러, 노즐), 내마모성 라이닝, 펌프 부품, 기계적 씰, 열교환기.	다공성 탄소 프리폼에 용융 규소를 침투시킵니다. 규소는 탄소와 반응하여 SiC를 형성하고 기존 SiC 입자를 결합합니다.
소결 실리콘 카바이드(SSiC)	매우 높은 순도(일반적으로 >98-99% SiC), 고온(최대 1600-1800°C)에서 우수한 강도, 우수한 내식성 및 내마모성, 우수한 내열 충격성. 첨가제에 따라 전기 전도성 또는 저항성을 가질 수 있습니다.	고성능 기계적 씰, 베어링, 반도체 공정 부품(에칭 링, 척), 방탄복, 부식성이 강한 환경의 열교환기 튜브, 로켓 노즐.	미세 SiC 분말을 소결 보조제(예: 붕소, 탄소)와 혼합하고 고온(2000-2200°C)에서 압력(무압 소결 – PLS) 또는 외부 압력 없이(고체 상태 소결 – SSS) 조밀화합니다.
질화 규소 결합 실리콘 카바이드(NBSiC)	우수한 내열 충격성, 우수한 기계적 강도, 용융 금속(특히 알루미늄)에 대한 내성. 질화규소 결합 상을 형성합니다.	가마 가구, 비철금속 주조용 부품(예: 열전대 시스, 라이저 튜브), 용광로 라이닝.	SiC 입자는 고온에서 SiC 입자와 혼합된 금속 규소를 질화시켜 형성된 질화규소(Si3N4) 상에 의해 결합됩니다.
재결정 탄화규소(RSiC)	높은 순도, 우수한 내열 충격성, 높은 다공성(10-20%), 매우 높은 온도(최대 1650°C)에서 우수한 강도.	가마 가구(판, 세터, 포스트), 복사열 튜브, 확산 튜브.	SiC 입자를 포장하고 매우 높은 온도(2200°C 이상)에서 소성하여 수축 없이 결합 및 재결정화합니다.
화학 기상 증착 탄화규소(CVD-SiC)	극도로 높은 순도(종종 >99.999%), 이론적으로 조밀함, 우수한 내식성, 매끄러운 표면. 코팅 또는 벌크 재료로 생산할 수 있습니다.	반도체 공정 장비(서셉터, 돔, 튜브), 광학 부품(거울), 흑연 또는 기타 SiC 등급의 보호 코팅.	기체 규소 및 탄소 전구체는 고온에서 반응하여 기판에 SiC 층을 증착합니다.
탄화규소 매트릭스 복합재(SiC-CMC)	단일 SiC에 비해 향상된 파괴 인성, 경량, 고강도. 종종 SiC 매트릭스 내 SiC 섬유.	항공우주 부품(터빈 엔진 핫 섹션 부품), 고성능 제동 시스템.	화학 기상 침투(CVI), 고분자 침투 및 열분해(PIP), 용융 침투(MI)를 포함한 다양한 방법.

SiC 등급의 선택은 온도, 화학적 환경, 기계적 응력 및 필요한 부품 수명을 포함한 특정 작동 조건에 크게 좌우됩니다. 올바른 선택을 위해서는 재료 전문가와 상담하는 것이 필수적입니다.

맞춤형 SiC 제품 설계를 위한 고려 사항

탄화규소로 부품을 설계하려면 경도와 취성을 포함한 고유한 재료 특성을 신중하게 고려해야 합니다. 제조 용이성(DfM)을 위한 효과적인 설계는 기능적이고 신뢰할 수 있으며 비용 효율적인 맞춤형 SiC 제품을 달성하는 데 핵심입니다.

• 기하학 및 복잡성:
  • 첨단 성형 기술을 통해 복잡한 모양을 만들 수 있지만, 일반적으로 더 간단한 형상이 생산 및 가공에 더 비용 효율적입니다.
  • 날카로운 내부 모서리와 급격한 단면 변화를 피하십시오. 응력 집중을 줄이기 위해 넉넉한 반경(예: 최소 0.5mm ~ 1mm, 또는 가능한 경우 더 크게)을 통합하십시오.
  • 최종 소결 전 가공(그린 가공)과 소결 후 가공(하드 가공)의 한계를 고려하십시오. 그린 가공은 더 복잡한 기능을 허용하지만 최종 하드 연삭보다 정밀도가 떨어집니다.
• 벽 두께 및 종횡비:
  • 소결 중 뒤틀림이나 균열을 방지하기 위해 가능한 경우 균일한 벽 두께를 유지하십시오. 권장 최소 벽 두께는 일반적으로 전체 크기 및 등급에 따라 다르지만 견고한 부품의 경우 일반적으로 2mm ~ 5mm입니다.
  • 높은 종횡비(길이 대 직경 또는 길이 대 두께)는 제조가 어려울 수 있으며 소성 중에 특수 지원이 필요할 수 있습니다. 공급업체와 제한 사항을 논의하십시오.
• 공차 능력:
  • 소결된 공차는 일반적으로 더 느슨합니다(예: 치수의 ±0.5% ~ ±2%). 더 엄격한 공차에는 소결 후 연삭 및 가공이 필요하며, 이는 비용을 추가합니다.
  • 도면에 중요 치수 및 공차를 명확하게 지정하십시오. 다양한 기능(직경, 평탄도, 평행도)에 대해 달성 가능한 정밀도를 이해하십시오.
• 응력점 및 하중 조건:
  • SiC는 압축에는 강하지만 인장에는 약하며 파괴 인성이 낮습니다. 설계는 가능한 경우 SiC 부품을 압축 하중 상태로 유지하는 것을 목표로 해야 합니다.
  • 잠재적인 응력 집중기를 분석하고 이를 완화하도록 설계하십시오. 유한 요소 분석(FEA)은 중요한 SiC 부품 설계를 최적화하는 데 매우 유용할 수 있습니다.
• 가입 및 조립:
  • SiC 부품이 다른 부품과 어떻게 조립될지 고려하십시오. SiC가 금속에 단단히 결합된 경우 차동 열팽창이 문제가 될 수 있습니다.
  • 브레이징, 압입 또는 기계적 클램핑이 일반적인 접합 방법입니다. 설계는 선택한 접합 기술을 수용해야 합니다.
• 표면 마감 요구 사항:
  • 필요한 표면 조도(Ra 값)를 지정하십시오. 소성된 표면은 연삭 또는 랩핑/연마된 표면보다 거칩니다. 더 매끄러운 마무리를 위해서는 추가 공정 단계가 필요한 경우가 많습니다.
• 재료 등급 선택:
  • SiC 등급(RBSiC, SSiC 등)의 선택은 수축, 가공성 및 기계적 특성의 차이로 인해 설계 매개변수에 영향을 미칩니다. 이는 설계 프로세스 초기에 고려해야 합니다.

SiC 공급업체의 엔지니어링 팀과 조기에 협력하면 제조 용이성, 성능 및 비용을 위해 설계를 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

SiC 부품의 공차, 표면 조도 및 치수 정확도

정밀한 치수 정확도, 엄격한 공차 및 특정 표면 조도를 달성하는 것은 많은 맞춤형 탄화규소 부품의 기능, 특히 반도체 공정, 정밀 광학 및 기계적 씰과 같은 첨단 응용 분야에서 매우 중요합니다. SiC의 고유한 경도로 인해 가공은 특수하고 종종 비용이 많이 드는 공정이므로 달성 가능한 수준을 이해하는 것이 중요합니다.

허용 오차:

• 소결된 공차: 추가 가공 없이 소결로에서 직접 나온 부품은 일반적으로 치수의 ±0.5% ~ ±2% 범위의 공차를 갖습니다. 이는 높은 정밀도가 주요 관심사가 아닌 응용 분야, 예를 들어 일부 가마 가구에 적합합니다.
• 소결 또는 반응된 상태로 사용할 수 다이아몬드 연삭은 SiC 부품에 대해 더 엄격한 공차를 달성하는 가장 일반적인 방법입니다.
  • 선형 치수: 일반적으로 ±0.01mm ~ ±0.05mm(±0.0004″ ~ ±0.002″)의 공차를 달성할 수 있습니다. 매우 중요한 치수의 경우 특수 공정을 통해 ±0.002mm ~ ±0.005mm(±0.00008″ ~ ±0.0002″)까지 더 엄격한 공차를 얻을 수 있지만, 이는 비용을 크게 증가시킵니다.
  • 평행도 및 평탄도: 연삭된 표면의 경우 25mm당 0.005mm ~ 0.025mm(0.0002″ ~ 0.001″)의 평행도 및 평탄도가 일반적입니다. 더 큰 표면은 특별히 랩핑하지 않는 한 비례적으로 더 큰 편차를 가질 수 있습니다.

표면 마감:

• 소결된 그대로의 마감: 소결된 부품의 표면 거칠기(Ra)는 SiC 등급 및 제조 공정에 따라 크게 달라질 수 있으며, 일반적으로 Ra 1.6µm ~ Ra 12.5µm(63µin ~ 492µin) 범위입니다.
• 지상 마감: 다이아몬드 연삭은 일반적으로 Ra 0.2µm ~ Ra 0.8µm(8µin ~ 32µin) 범위의 표면 조도를 달성할 수 있습니다. 더 미세한 연삭 작업을 통해 더 매끄러운 마무리를 얻을 수 있습니다.
• 랩핑 및 연마 마감: 초매끄럽고 평평한 표면(예: 기계적 씰, 거울, 웨이퍼 척)이 필요한 응용 분야의 경우 랩핑 및 연마 공정을 사용합니다.
  • 랩핑된 표면은 Ra를 달성할 수 있습니다. <0.1 µm (<4 µin) and superior flatness.
  • 연마된 표면은 Ra로 광학적 품질의 마무리를 달성할 수 있습니다. <0.025 µm (<1 µin) or even down to angstrom levels for specialized optics.

치수 정확도:

치수 정확도는 공칭 치수와 허용 공차를 달성하는 조합입니다. 엔지니어링 도면에 중요 치수와 필요한 정밀도를 명확하게 정의하는 것이 중요합니다. 최종 치수 정확도에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.

• SiC 등급 및 소결 거동(수축).
• 부품 형상의 복잡성.
• 성형 및 가공 장비의 기능.
• 작업자의 기술.
• 검사에 사용되는 계측 장비.

SiC 부품에서 높은 정밀도를 달성하려면 첨단 가공 기술, 정교한 계측 및 재료 거동에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 설계 단계 초기에 SiC 공급업체와 특정 공차 및 표면 조도 요구 사항을 논의하여 실행 가능성을 보장하고 비용을 효과적으로 관리하는 것이 필수적입니다.

향상된 SiC 성능을 위한 후처리 요구 사항

소결 또는 가공된 탄화규소 부품은 많은 응용 분야에 적합하지만, 특정 후처리 공정을 통해 특정 까다로운 환경에서 성능, 내구성 또는 기능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이러한 단계는 일반적으로 1차 성형 및 소성 공정 후에 적용됩니다.

• 그라인딩 및 랩핑: 앞서 논의했듯이, 이는 엄격한 치수 공차와 특정 표면 조도를 달성하는 데 매우 중요합니다. 다이아몬드 연삭은 성형 및 크기 조절에 표준이며, 랩핑은 밀봉 응용 분야 또는 광학 부품에 필수적인 초평탄 및 매끄러운 표면을 만듭니다.
• 연마: 극도로 매끄럽고 거울과 같은 표면(예: 반도체 웨이퍼 척, 광학 거울)이 필요한 응용 분야의 경우 랩핑 후 연마를 수행합니다. 이는 표면 결함을 최소화하고 내마모성 또는 광학 반사율을 향상시킬 수 있습니다.
• 청소: 철저한 세척은 특히 반도체 공정 또는 의료 기기와 같은 고순도 응용 분야에 필수적입니다. 여기에는 가공 또는 취급으로 인한 오염 물질을 제거하기 위한 초음파 세척, 화학 에칭 또는 특수 용매 세척이 포함될 수 있습니다.
• 가장자리 모서리 챔퍼링/반경: SiC와 같은 취성 재료의 날카로운 모서리는 칩핑되기 쉽습니다. 모따기 또는 라운딩과 같은 모서리 처리는 취급 안전성을 향상시키고 균열 발생 위험을 줄일 수 있습니다.
• 어닐링: 경우에 따라, 내부 응력을 완화하여 기계적 강도 또는 내열 충격성을 잠재적으로 향상시키기 위해 소결 후 또는 가공 후 어닐링 단계를 사용할 수 있습니다. 이는 복잡한 형상 또는 심하게 가공된 부품에 더 일반적입니다.
• 밀봉/함침: 다공성 SiC 등급(일부 RBSiC 또는 RSiC와 같은)의 경우 또는 매우 공격적인 화학 환경에서 조밀한 SiC의 불투과성을 향상시키기 위해 밀봉 또는 함침을 수행할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함될 수 있습니다.
  • 유리 침투: 유리상으로 표면 다공성을 채웁니다.
  • 수지 함침: 일반적으로 저온 응용 분야에서 다공성을 밀봉하기 위해 폴리머를 사용합니다.
  • CVD SiC 코팅: 얇고 조밀한 고순도 CVD SiC 층을 적용하면 다공성을 밀봉하고 내식성을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.
• 코팅: 밀봉 외에도, SiC 표면에 특정 특성을 부여하기 위해 다양한 코팅을 적용할 수 있습니다.
  • CVD SiC 또는 다이아몬드 유사 탄소(DLC): 내마모성 또는 화학적 순도 향상을 위해 사용합니다.
  • 금속 코팅: 브레이징 또는 전기 접점을 위해 사용합니다.
  • 특수 세라믹 코팅: 맞춤형 방사율 또는 촉매 활성을 위해 사용합니다.
• 레이저 가공/드릴링: 매우 미세한 특징, 작은 구멍 또는 기존 연삭으로는 어려운 복잡한 패턴을 만들 수 있습니다. 열적 영향을 관리하기 위해 주의 깊은 제어가 필요하지만, 레이저 절제를 사용할 수 있습니다.
• 접합/브레이징 준비: SiC 부품을 다른 재료(금속 또는 세라믹)에 접합해야 하는 경우, 강력한 브레이즈 접합을 보장하기 위해 금속화와 같은 특정 표면 준비가 필요할 수 있습니다.

후처리 공정의 필요성과 유형은 최종 적용 요구 사항에 따라 크게 달라집니다. 각 단계는 비용과 리드 타임을 증가시키므로, 의도된 사용에 대해 실질적인 성능 이점을 제공하는 처리만을 지정하는 것이 중요합니다.

SiC 사용 시 흔한 문제와 해결 방법

탄화규소는 놀라운 이점을 제공하지만, 고유한 특성으로 인해 설계, 제조 및 적용에 있어 특정 과제도 발생합니다. 이러한 과제를 이해하고 적절한 전략을 채택하는 것이 성공적인 구현에 매우 중요합니다.

• 취성 및 낮은 파괴 인성:
  • 도전: SiC는 취성 세라믹으로, 충격이나 높은 인장 응력을 받으면 상당한 소성 변형 없이 갑자기 파손될 수 있습니다. 파괴 인성은 금속보다 낮습니다.
  • 완화:
    • 인장 응력과 응력 집중을 최소화하도록 부품을 설계합니다(필렛 사용, 날카로운 모서리 방지).
    • 더 높은 손상 허용 오차가 필요한 응용 분야의 경우, 강화된 SiC 등급(예: SiC 매트릭스 복합재(SiC-CMC))를 고려하십시오. 단, 비용이 더 많이 듭니다.
    • 조립 및 유지 보수 시 주의 깊은 취급 절차를 구현합니다.
    • SiC 부품을 감싸거나 충격 에너지를 흡수하는 연성층을 사용하는 등 보호 설계를 사용합니다.
    • 유한 요소 분석(FEA)을 수행하여 응력이 높은 영역을 식별하고 설계를 최적화합니다.
• 가공 복잡성 및 비용:
  • 도전: SiC는 극도로 단단하기 때문에 다이아몬드 공구를 사용하여 효과적으로 가공할 수 있습니다. 이로 인해 가공이 느리고 비용이 많이 들며, 특수 장비와 전문 지식이 필요합니다.
  • 완화:
    • 제조 용이성을 고려하여 설계합니다. 경질 가공으로 제거해야 하는 재료의 양을 최소화합니다. 가능한 경우 넷 셰이프 성형 공정을 활용합니다.
    • 절대적으로 필요한 경우에만 공차 및 표면 마감을 지정합니다. 과도한 사양은 비용을 크게 증가시킵니다.
    • 복잡한 형상의 경우 그린 가공(최종 소결 전에 SiC 프리폼 가공)을 탐색한 다음, 중요한 치수에 대해 최소한의 경질 연삭을 수행합니다.
    • SiC 가공 경험이 풍부한 공급업체와 협력합니다.
• 26412: 열충격 민감도:
  • 도전: SiC는 다른 많은 세라믹에 비해 우수한 열충격 저항성을 갖지만(높은 열전도율과 강도 때문), 급격하고 극심한 온도 변화는 특히 크거나 복잡한 부품에서 파손을 유발할 수 있습니다.
  • 완화:
    • 최적화된 열충격 저항성을 가진 SiC 등급을 선택합니다(예: RSiC, 일부 NBSiC 등급 또는 제어된 입자 크기의 SSiC).
    • 균일한 가열 및 냉각을 위해 설계합니다. 차등 열팽창을 유발할 수 있는 급격한 두께 변화를 피합니다.
    • 가능한 경우 작동 프로세스에서 가열 및 냉각 속도를 제어합니다.
• SiC를 다른 재료에 결합:
  • 도전: SiC와 대부분의 금속 간의 열팽창 계수(CTE)의 상당한 차이는 열 사이클링 시 접합부에 높은 응력을 생성하여 접합 불량을 유발할 수 있습니다.
  • 완화:
    • 브레이징 접합부에서 등급별 전이층 또는 연성 중간층(예: 구리와 같은 연성 금속 또는 특수 합금)을 사용합니다.
    • 일부 차등 팽창을 수용할 수 있는 기계적 접합 방법(클램핑, 압축 끼워 맞춤)을 사용합니다.
    • 응력을 최소화하도록 접합부를 설계하거나 가능한 경우 CTE가 더 가까운 접합 파트너를 선택합니다.
    • 강력한 SiC-금속 접합에는 활성 브레이징 합금이 종종 필요합니다.
• 비용:
  • 도전: 고순도 SiC 분말의 원자재 비용과 특수 제조 및 가공 공정으로 인해 SiC 부품은 일반적으로 기존 금속 또는 저등급 세라믹으로 만든 부품보다 더 비쌉니다.
  • 완화:
    • 총 소유 비용에 집중합니다. SiC 부품의 연장된 수명, 다운타임 감소 및 향상된 공정 효율성은 종종 더 높은 초기 투자를 정당화합니다.
    • 재료 사용 및 제조 용이성을 위해 설계를 최적화합니다.
    • 선택한 SiC 등급이 응용 분야에 적합한지 확인합니다. 필요한 것보다 더 높은 등급의 SiC로 과도하게 설계하면 비용이 증가합니다.
    • 효율적인 생산 공정을 갖춘 공급업체와 협력합니다.

신중한 설계, 재료 선택 및 지식이 풍부한 공급업체와의 협력을 통해 이러한 과제를 해결함으로써 산업은 탄화규소의 뛰어난 기능을 최대한 활용할 수 있습니다.

올바른 SiC 공급업체를 선택하는 방법: 전략적 파트너십

올바른 탄화규소 공급업체를 선택하는 것은 맞춤형 SiC 부품의 품질, 성능 및 비용 효율성에 상당한 영향을 미칠 수 있는 중요한 결정입니다. 제조업체를 찾는 것만이 아니라, 깊은 기술 전문 지식과 품질에 대한 헌신을 갖춘 공급업체와 전략적 파트너십을 구축하는 것입니다.

SiC 공급업체를 평가할 때 고려해야 할 주요 요소:

• 기술 전문 지식과 경험:
  • 공급업체가 특정 산업 또는 응용 분야에 맞는 SiC 부품 제조에 대한 입증된 실적을 가지고 있습니까?
  • 다양한 SiC 등급, 해당 특성 및 제조 공정에 대한 심층적인 지식을 보유하고 있습니까?
  • 설계 최적화 및 재료 선택에 대한 엔지니어링 지원을 제공할 수 있습니까?
• 사용자 지정 기능:
  • 복잡한 형상, 엄격한 공차 및 특정 표면 마감 요구 사항을 처리할 수 있습니까?
  • 다양한 요구 사항에 맞게 다양한 SiC 등급 및 성형 방법(압착, 슬립 캐스팅, 압출, 사출 성형)을 제공합니까?
  • 프로토타입 개발부터 대량 생산까지 지원할 수 있습니까?
• 필요한 것과 유사한 크기와 복잡성의 부품에 대한 경험이 있습니까?
  • 공급업체가 ISO 9001 인증을 받았거나 기타 관련 산업 품질 표준을 준수합니까?
  • 재료 검사, 공정 중 검사 및 고급 계측을 사용한 최종 제품 검증을 포함한 강력한 품질 관리 프로세스를 갖추고 있습니까?
  • 재료 인증 및 검사 보고서를 제공할 수 있습니까?
• 제조 시설 및 기술:
  • 성형, 소결 및 정밀 가공(다이아몬드 연삭, 래핑, 연마)을 위한 최신 제조 장비를 갖추고 있습니까?
  • 생산 규모와 확장 능력은 어떻습니까?
• 재료 소싱 및 순도:
  • SiC 분말은 어디에서 조달합니까? 응용 분야에 필요한 경우 일관성과 고순도를 보장할 수 있습니까?
• 연구 개발 능력:
  • 공급업체는 재료, 공정을 개선하고 새로운 SiC 솔루션을 개발하기 위해 R&D에 투자합니까? 이는 미래 지향적인 파트너의 지표가 될 수 있습니다.
• 커뮤니케이션 및 지원:
  • 공급업체는 반응이 빠르고 소통하기 쉬운가요? 명확하고 시기 적절한 업데이트를 제공합니까?
  • 판매 후 기술 지원을 제공합니까?
• 위치 및 공급망 안정성:
  • 귀하의 작업과 관련하여 지리적 위치를 고려하십시오.