SiC 소재가 산업계의 판도를 바꾸는 이유

소개: 탄화규소 - 산업을 혁신하는 고성능 재료 혁명

까다로운 산업 환경 전반에 걸쳐 효율성, 내구성 및 성능을 끊임없이 추구하는 과정에서 한 가지 재료가 지속적으로 혁신적인 솔루션으로 부상하고 있습니다. 실리콘과 탄소의 화합물인 이 첨단 세라믹인 실리콘 카바이드(SiC)입니다. 이는 단순한 점진적인 개선이 아니라 엔지니어와 설계자가 극한 환경의 과제에 접근하는 방식의 근본적인 변화입니다. 고온, 부식성 화학 물질, 높은 마모 및 전기적 응력에서 SiC 재료는 금속 및 기타 세라믹과 같은 기존 재료가 종종 일치할 수 없는 고유한 특성 조합을 제공합니다. 그 중요성은 여러 부문에 걸쳐 있으며, 획기적인 발전을 가능하게 하고 가장 중요한 곳에서 신뢰성을 향상시킵니다. 혁신과 운영 우수성에 초점을 맞춘 기업의 경우, 맞춤형 실리콘 카바이드 제품 의 기능을 이해하고 활용하는 것은 더 이상 틈새 고려 사항이 아니라 전략적 필수 사항입니다. 이 기사에서는 SiC가 진정한 게임 체인저인 이유를 자세히 살펴보고, 응용 분야, 이점 및 특정 산업 요구 사항에 맞는 고품질 맞춤형 SiC 부품을 소싱하는 데 중요한 요소를 살펴봅니다.

실리콘 카바이드의 고유한 강도, 열 전도성 및 전기적 특성은 고성능 산업 응용 분야에 필수적인 기술 세라믹으로 만듭니다. 산업이 기술의 경계를 넓혀감에 따라 전례 없는 작동 조건을 견딜 수 있는 재료에 대한 수요가 증가하고 있습니다. SiC는 이 공백을 채우기 위해 등장하여 부품 수명을 연장하고, 가동 중단 시간을 줄이며, 전반적인 공정 효율성을 개선하는 솔루션을 제공합니다. 반도체 웨이퍼 공정, 자동차 제동 시스템 또는 항공우주 부품에 관계없이 SiC의 우수한 특성은 직접적으로 유형의 경제적 및 성능적 이점으로 이어집니다.

다재다능함 공개: SiC의 주요 산업 응용 분야

실리콘 카바이드의 놀라운 특성은 다양한 산업 분야에서 그 역할을 확고히 했습니다. 적응성은 다양한 형태로 엔지니어링할 수 있으므로 맞춤형 SiC 부품은 특수 작업에 필수적입니다. 다음 부문의 조달 관리자 및 기술 구매자는 중요한 응용 분야에 SiC를 점점 더 많이 지정하고 있습니다.

• 반도체 제조: SiC는 높은 순도, 열적 안정성 및 플라즈마 침식에 대한 저항성으로 인해 척, 포커스 링 및 화학 기계적 평탄화(CMP) 링을 포함한 웨이퍼 취급 및 공정 장비에 필수적입니다. 반도체 제조용 SiC는 더 깨끗한 공정 환경과 더 긴 부품 수명을 보장합니다.
• 자동차: 고성능 제동 시스템, 클러치 부품 및 전기 자동차(EV)용 전력 전자 장치에 사용되며, 고온 기능 및 내마모성으로 인해 사용됩니다. EV의 SiC 기반 인버터 및 컨버터는 더 높은 효율성과 전력 밀도를 제공합니다.
• 항공우주: 광학 시스템용 거울, 열교환기 및 로켓 노즐과 같은 부품은 SiC의 경량성, 높은 강성 및 열충격 저항성의 이점을 누리고 있습니다. 항공우주 등급 SiC는 극도의 신뢰성이 요구되는 응용 분야에 중요합니다.
• 전력 전자: SiC 다이오드 및 트랜지스터(MOSFET)는 실리콘 기반 장치에 비해 더 높은 스위칭 주파수, 더 낮은 손실 및 더 높은 작동 온도를 가능하게 하여 전력 변환에 혁명을 일으키고 있습니다. 이는 산업용 드라이브, 전원 공급 장치 및 그리드 인프라의 SiC 전력 전자 장치에 중요합니다.
• 재생 에너지: 태양광 및 풍력 에너지 시스템용 인버터는 SiC를 사용하여 효율성을 개선하고 시스템 크기와 비용을 줄입니다. 재생 에너지 SiC 솔루션은 보다 효과적인 에너지 수집 및 분배에 기여합니다.
• 야금학: 용광로 라이닝, 열전대 보호 튜브, 도가니 및 버너 노즐에 사용되며, 뛰어난 고온 강도와 용융 금속 및 화학적 공격에 대한 저항성을 제공합니다.
• 국방: 응용 분야에는 가혹한 조건에서 내구성이 필요한 경량 갑옷, 미사일 유도 시스템용 부품 및 고성능 센서가 포함됩니다.
• 화학 처리: SiC로 제작된 씰, 펌프 부품, 밸브 및 열교환기 튜브는 부식성 화학 물질 및 연마 슬러리에 대한 우수한 저항성을 제공합니다.
• LED 제조: SiC 기판은 고휘도 LED용 GaN 층을 성장시키는 데 사용되며, 우수한 격자 정합 및 열전도율을 제공합니다.
• 산업 기계: 까다로운 산업 장비의 마모 부품, 베어링, 노즐 및 기계적 씰은 SiC의 경도 및 내마모성의 이점을 누리고 있어 서비스 간격이 연장됩니다.
• 10447: 통신: SiC는 고주파 전력 증폭기 및 필터의 부품에 사용되며, 여기서 열 관리 기능이 중요합니다.
• 석유 및 가스: 유정 도구, 펌프 부품 및 석유 및 가스 산업의 밸브는 공격적인 환경에서 침식 및 부식 저항성을 위해 SiC를 사용합니다.
• 의료 기기: 생체 적합성 SiC 코팅 및 부품은 불활성 및 내구성으로 인해 임플란트 및 수술 도구에 대해 탐구되고 있습니다.
• 철도 운송: 열차용 견인 변환기의 SiC 기반 전력 모듈은 에너지 효율성과 시스템 신뢰성을 향상시킵니다.
• 원자력: SiC는 방사선 저항성 및 고온 안정성으로 인해 차세대 원자로의 연료 피복재 및 구조 부품에 대해 조사됩니다.

까다로운 응용 분야에 맞춤형 SiC가 전략적 선택인 이유

표준 SiC 부품은 많은 목적에 기여하지만, 맞춤형 실리콘 카바이드 솔루션은 고유하거나 극한의 작동 요구 사항이 있는 응용 분야에 탁월한 이점을 제공합니다. 재료 조성, 설계 및 제조 공정을 맞춤화하면 엔지니어가 특정 과제에 대한 성능을 최적화할 수 있습니다. 맞춤화의 이점은 다음과 같습니다.

• 최적화된 열 관리: 맞춤형 SiC 부품은 특정 형상 및 재료 등급(소결 SiC 또는 반응 결합 SiC와 같은)으로 설계하여 열 전도성을 극대화하거나 고온 SiC 응용 분야에 중요한 맞춤형 단열을 제공할 수 있습니다.
• 우수한 내마모성: 높은 마찰 또는 연마 매체가 포함된 응용 분야의 경우, SiC 부품은 특정 표면 마감 또는 조성으로 맞춤화하여 탁월한 내마모성 세라믹 성능을 제공하여 부품 수명을 크게 연장하고 유지 관리 비용을 절감할 수 있습니다.
• 향상된 화학적 불활성: 공격적인 화학 환경에서 맞춤형 SiC 제형은 부식 및 화학적 공격에 대한 우수한 저항성을 제공하여 공정 무결성을 보호하고 오염을 방지할 수 있습니다. 내화학성 SiC는 화학 처리 및 반도체 산업에 필수적입니다.
• 맞춤형 전기적 특성: 응용 분야에 따라 SiC는 반도체, 전기 절연체(고순도) 또는 특정 저항 특성을 갖도록 설계할 수 있습니다. 맞춤화는 전기적 성능이 가열 요소 또는 첨단 센서 기술과 같은 정확한 설계 기준을 충족하는지 확인합니다.
• 복잡한 형상 및 정밀도: 첨단 제조 기술을 통해 항공우주, 의료 기기 또는 광학 시스템의 복잡한 어셈블리의 요구 사항을 충족하는 좁은 공차를 가진 복잡한 SiC 부품을 생산할 수 있습니다. 정밀 가공 세라믹을 만들 수 있는 이 능력은 주요 이점입니다.
• 향상된 시스템 통합: 맞춤형 설계는 SiC 부품을 더 큰 시스템에 더 잘 통합하여 전반적인 시스템 성능을 최적화하고 조립 복잡성을 줄이며 잠재적으로 시스템 수준 비용을 낮출 수 있습니다.
• 응용 분야별 성능: 적절한 SiC 등급 및 제조 공정(예: 소결 대 반응 결합)을 선택하여 다공성, 밀도 및 기계적 강도와 같은 특성을 응용 분야의 정확한 요구 사항을 충족하도록 미세 조정하여 과도한 엔지니어링이나 성능 저하를 방지할 수 있습니다.

맞춤형 SiC에 투자하는 것은 단순한 부품 구매를 넘어선 전략적 결정입니다. 이는 기술 사양, 운영 요구 사항 및 장기적인 성능 목표에 완벽하게 부합하는 솔루션을 개발하여 뚜렷한 경쟁 우위를 제공하는 것입니다.

SiC 등급 탐색: 소결, 반응 결합 등

실리콘 카바이드가 단일 재료가 아닙니다. 다양한 제조 경로를 통해 생산되는 재료군을 포함하며, 그 결과 다양한 미세 구조와 특성이 나타납니다. 특정 응용 분야에 최적의 등급을 선택하려면 이러한 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 주요 SiC 유형은 다음과 같습니다.

• 소결 실리콘 카바이드(SSiC): 미세한 SiC 분말을 고온(일반적으로 >2000°C)에서 소결하여 생산하며, 종종 비산화물 소결 보조제를 사용합니다. SSiC는 매우 높은 밀도(일반적으로 >98% 이론적), 우수한 화학적 순도, 뛰어난 강도, 경도 및 내마모성을 특징으로 합니다. 매우 높은 온도에서도 강도를 유지합니다.
  • 주요 속성: 높은 열 전도성, 우수한 내식성, 높은 내마모성, 우수한 열충격 저항성.
  • 일반적인 응용 분야: 기계적 씰, 베어링, 펌프 부품, 노즐, 반도체 공정 부품, 열교환기 튜브.
• 반응 결합 탄화규소(RBSiC), 실리콘화 탄화규소(SiSiC)라고도 함: 다공성 SiC 입자 및 탄소의 프리폼을 용융 실리콘으로 침투시켜 제조됩니다. 실리콘은 탄소와 반응하여 새로운 SiC를 형성하여 원래 입자를 결합합니다. RBSiC는 일반적으로 약간의 유리 실리콘(일반적으로 8-15%)을 포함합니다.
  • 주요 속성: 뛰어난 열충격 저항성, 우수한 내마모성, 높은 열 전도성, 복잡한 형상을 비교적 쉽게 형성할 수 있으며 일반적으로 SSiC보다 저렴합니다. 유리 실리콘의 존재는 특정 고도로 부식성 환경이나 실리콘이 녹거나 반응할 수 있는 극심한 온도에서의 사용을 제한합니다.
  • 일반적인 응용 분야: 가마 가구(빔, 롤러, 세터), 버너 노즐
• 질화물 결합 실리콘 카바이드(NBSiC): SiC 입자를 질화규소(Si₃N₄) 상과 결합하여 형성됩니다. 이는 SiC와 실리콘 분말의 혼합물을 질화하여 달성됩니다.
  • 주요 속성: 우수한 열충격 저항성, 용융 비철금속에 대한 우수한 저항성, 중간 강도.
  • 일반적인 응용 분야: 용광로 내벽, 알루미늄 및 아연 산업용 부품, 열전대 보호 튜브.
• 화학 기상 증착 탄화규소(CVD-SiC): 화학 기상 증착 공정으로 생산되어 초고순도(99.999% 이상) 및 이론적으로 밀도가 높은 SiC 재료를 얻습니다.
  • 주요 속성: 탁월한 순도, 뛰어난 부식 및 침식 저항성, 우수한 열적 안정성, 복잡한 박막 또는 코팅을 생산할 수 있습니다.
  • 일반적인 응용 분야: 반도체 공정 챔버 부품, 광학 거울, 표면 특성을 향상시키기 위한 흑연 또는 기타 SiC 등급용 코팅.
• 재결정화 실리콘 카바이드(RSiC): 압축된 SiC 입자를 매우 높은 온도에서 소성하여 수축 없이 결합시켜 생산됩니다. 상대적으로 다공성 구조를 가지고 있습니다.
  • 주요 속성: 우수한 열충격 저항성, 높은 작동 온도, 가마 가구에 적합합니다.
  • 일반적인 응용 분야: 가마 지지대, 세터, 복사 튜브.

다음 표는 일반적인 SiC 등급의 일반적인 비교를 제공합니다.

속성	소결 SiC(SSiC)	반응 결합 SiC(RBSiC/SiSiC)	질화물 결합 SiC(NBSiC)	CVD-SiC
밀도	높음(일반적으로 >3.10 g/cm³)	보통(일반적으로 3.02-3.10 g/cm³, 자유 Si 포함)	보통(일반적으로 2.6-2.8 g/cm³)	매우 높음(약 3.21 g/cm³)
최대. 사용 온도	~1600-1800°C(분위기에 따라 다름)	~1350-1380°C(자유 Si로 인해)	~1400-1550°C	최대 2000°C(불활성 분위기에서)
열 전도성	높음에서 매우 높음	높음	보통	매우 높음
내식성	우수	양호(자유 Si에 의해 제한됨)	Good	탁월한
상대적 비용	더 높음	낮음에서 중간	보통	가장 높음
일반적인 다공성	매우 낮음(<1%)	매우 낮음(유리 Si가 기공을 채움)	보통(10-15%)	본질적으로 0

올바른 등급을 선택하는 것은 성능과 비용 효율성을 위해 매우 중요합니다. 기술 조달 전문가와 OEM은 특정 응용 분야의 요구 사항에 가장 적합한 제품을 결정하기 위해 숙련된 탄화 규소 공급업체와 상담해야 합니다.

맞춤형 SiC 부품 제조를 위한 중요한 설계 고려 사항

탄화규소로 구성 요소를 설계하려면 세라믹 특성, 특히 경도와 취성으로 인해 금속 또는 플라스틱과 다른 사고 방식이 필요합니다. 제조 용이성(DfM)을 위한 효과적인 설계는 기능적이고 신뢰할 수 있으며 비용 효율적인 맞춤형 SiC 부품을 생산하는 데 매우 중요합니다.

• 재료 취성 이해: SiC는 높은 압축 강도를 갖지만 금속에 비해 인장 강도와 충격 강도가 낮습니다. 설계는 응력 집중을 최소화해야 합니다. 즉, 내부 모서리에 넉넉한 반경을 적용하고, 가능한 경우 날카로운 모서리를 피하고, 하중을 균등하게 분산해야 합니다. 높은 응력 영역을 식별하고 완화하기 위해 유한 요소 분석(FEA)이 적극 권장됩니다.
• 기하학적 제한 사항: 슬립 캐스팅, 압출, 등압 프레스 및 넷 셰이프 소결과 같은 고급 성형 기술을 통해 복잡한 형상을 얻을 수 있지만 실제적인 제한 사항이 있습니다. 매우 얇은 벽, 매우 높은 종횡비 또는 지나치게 복잡한 내부 기능은 생산하기 어렵고 비용이 많이 들 수 있으며 구조적 무결성을 손상시킬 수 있습니다. SiC OEM 부품 공급업체와 조기에 기하학적 가능성을 논의하는 것이 필수적입니다.
• 벽 두께 및 균일성: 뒤틀림이나 균열을 방지하려면 특히 소결 중에 균일한 벽 두께를 유지하는 것이 중요합니다. 두께가 다른 경우 전환은 점진적으로 이루어져야 합니다. 최소 달성 가능한 벽 두께는 전체 부품 크기 및 제조 방법에 따라 다릅니다.
• 공차 능력: 소결된 SiC 부품은 특정 치수 공차를 갖습니다. 더 엄격한 공차가 필요한 경우 소결 후 가공(연삭, 래핑)이 필요하며, 이는 비용을 추가합니다. 설계 사양에서 중요한 치수와 허용 가능한 공차 범위를 명확하게 정의하십시오.
• SiC를 다른 재료에 결합: SiC 부품을 금속 또는 기타 세라믹 부품에 접합해야 하는 경우, 특히 열 사이클링이 있는 응용 분야에서 접합부의 응력과 파손을 방지하기 위해 열팽창 계수의 차이를 고려하여 설계를 해야 합니다. 브레이징 또는 압축 끼워맞춤과 같은 특수 접합 기술이 필요할 수 있습니다.
• 표면 마감 요구 사항: 필요한 표면 조도(Ra 값)를 지정합니다. 소결된 표면은 일부 응용 분야에 적합할 수 있지만, 씰 또는 베어링과 같은 다른 응용 분야는 연삭 및 래핑을 통해 얻은 고도로 연마된 표면이 필요합니다.
• 가공을 위한 설계: 소결 후 가공이 예상되는 경우 설계에 적절한 재료를 제공하십시오. 클램핑 및 가공 접근을 용이하게 하는 기능을 고려하십시오. SiC 가공은 경도 때문에 느리고 비용이 많이 드는 공정임을 기억하십시오.
• 기능 통합: 부품 수와 조립 복잡성을 줄이기 위해 여러 기능을 단일 SiC 부품에 통합할 수 있는지 고려하십시오. 그러나 제조 가능성과 비용의 균형을 유지하십시오.
• 프로토타입 제작 및 반복: 복잡한 맞춤형 설계의 경우 프로토타입 제작에 투자하면 장기적으로 상당한 비용을 절감할 수 있습니다. 대규모 생산을 시작하기 전에 테스트 및 설계 개선을 할 수 있습니다.

설계 과정에서 SiC 제조업체와 효과적으로 소통하는 것이 중요합니다. 해당 업체의 재료 전문 지식과 제조 통찰력을 활용하면 고성능과 경제성을 모두 갖춘 최적화된 설계를 얻을 수 있습니다. Sicarb Tech는 광범위한 사용자 지정 지원, 개념에서 생산까지 고객과 긴밀히 협력합니다.

정밀도가 중요합니다: 공차, 표면 마감 및 치수 정확도

고성능 응용 분야에서 탄화규소 구성 요소의 치수 정확도, 표면 마감 및 달성 가능한 공차는 단순히 바람직한 것이 아니라 기능성과 수명에 종종 중요합니다. SiC의 고유한 경도로 인해 정밀도를 달성하는 것은 특수 작업이며, 주로 소결 후 다이아몬드 연삭 및 래핑 공정에 의존합니다.

달성 가능한 허용 오차:

SiC 부품의 공차는 SiC 등급, 부품의 크기 및 복잡성, 제조 공정(소결 상태 대 가공)을 포함한 여러 요인에 따라 다릅니다.

• 소결된 공차: 소결 상태로 사용되는 부품(더 큰 구조적 구성 요소 또는 가마 가구용 RBSiC에서 흔함)의 경우 공차는 일반적으로 더 넓으며, 치수의 ±0.5% ~ ±1% 또는 최소 ±0.5mm 중 더 큰 값을 갖습니다. 이는 소결 공정 중 수축 변화 때문입니다.
• 가공된 공차: 반도체 부품, 기계적 씰 또는 정밀 광학과 같이 높은 정밀도가 필요한 응용 분야의 경우 소결 후 SiC 부품을 다이아몬드 연삭합니다. 정밀 연삭을 통해 훨씬 더 엄격한 공차를 얻을 수 있습니다.
  • 치수 공차: 작은 부품의 중요한 기능에 대해 ±0.005mm(5미크론) 또는 더 좁은 공차.
  • 평행도 및 평탄도: 상당한 표면적에서 몇 미크론 이내로 제어할 수 있습니다.
  • 각도 및 동심도: 또한 높은 정밀도로 달성할 수 있습니다.

엔지니어와 조달 관리자는 불필요하게 엄격한 공차를 요구하면 정밀 가공 세라믹의 가공 시간과 비용이 크게 증가하므로 중요한 기능에 필요한 공차만 지정하는 것이 중요합니다.

표면 마감 옵션:

SiC 부품의 표면 조도는 마모, 마찰, 밀봉 및 광학 반사율과 같은 영역에서 성능에 큰 영향을 미칩니다.

• 소결된 상태 표면: 표면 마감은 비교적 거칠며, SiC 등급 및 초기 분말 특성에 따라 일반적으로 Ra 1.0~5.0µm입니다. 이는 가마 가구와 같은 응용 분야에 적합할 수 있습니다.
• 연삭된 표면: 다이아몬드 연삭은 일반적으로 Ra 0.2~Ra 0.8µm 범위의 표면 마감을 달성할 수 있습니다. 이는 많은 산업용 마모 부품 및 우수한 치수 제어가 필요한 구성 요소에 일반적입니다.
• 래핑 및 연마된 표면: 기계적 씰, 베어링 또는 거울과 같이 초매끄러운 표면이 필요한 응용 분야의 경우 래핑 및 연마 공정이 사용됩니다. 이러한 방법으로 다음을 얻을 수 있습니다.
  • 래핑 마감: Ra 0.05~Ra 0.2µm.
  • 연마 마감: Ra <0.025 µm(서브 나노미터 마감은 광학 응용 분야에 가능).

치수 정확도 및 안정성:

탄화 규소는 낮은 열팽창 계수와 높은 강성으로 인해 광범위한 온도 범위에서 우수한 치수 안정성을 나타냅니다. 필요한 치수로 제조되면 SiC 부품은 까다로운 작동 조건에서도 모양과 정밀도를 유지합니다. 이러한 안정성은 온도 변동에 걸쳐 일관된 성능이 필요한 응용 분야에서 금속에 비해 주요 장점입니다.

원하는 정밀도를 달성하려면 정교한 계측 및 품질 관리 프로세스가 필요합니다. 공급업체는 부품이 사양을 충족하는지 확인하기 위해 치수, 평탄도, 평행도, 표면 거칠기 및 기타 기하학적 특징을 측정하고 검증할 수 있는 능력을 갖추어야 합니다. 맞춤형 SiC 부품을 소싱할 때 공급업체의 가공 능력과 품질 보증 프로토콜에 대해 문의하십시오.

성능 향상: SiC 제품에 필수적인 후처리

탄화 규소의 고유한 특성은 인상적이지만 다양한 후처리 기술을 통해 특정 고도로 까다로운 응용 분야에 대한 성능, 내구성 및 적합성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이러한 처리는 1차 성형 및 소결 단계 후에 적용되며 의도된 용도로 산업용 SiC 부품을 최적화하는 데 중요합니다.

• 연삭: 앞서 언급했듯이 다이아몬드 연삭은 SiC에 가장 일반적인 후처리 단계입니다. 이는 정밀한 치수 공차, 특정 기하학적 특징(평면, 슬롯, 구멍) 및 소결만으로는 얻을 수 없는 향상된 표면 조도를 얻는 데 사용됩니다. 이는 조립이 빡빡하거나 정의된 접촉 표면이 필요한 부품에 중요합니다.
• 래핑 및 연마: 초매끄럽고 마찰이 적은 표면(예: 기계적 씰, 베어링, 광학 부품)이 필요한 응용 분야의 경우 래핑 및 연마가 사용됩니다. 래핑은 연마 슬러리를 사용하여 매우 평평한 표면과 엄격한 치수 제어를 달성하는 반면, 연마는 더 미세한 연마재를 사용하여 고도로 반사되고 거울과 같은 마감을 생성합니다. 이러한 공정은 마모를 최소화하고 밀봉 능력을 향상시킵니다.
• 청소: 고순도 응용 분야, 특히 반도체 및 의료 산업에서는 제조 또는 취급으로 인한 오염 물질을 제거하기 위해 엄격한 세척 공정이 필수적입니다. 여기에는 초음파 세척, 특수 화학 욕조 및 클린룸 포장이 포함될 수 있습니다.
• 밀봉(다공성 등급의 경우): 일부 SiC 등급(예: 특정 유형의 RBSiC 또는 RSiC)은 잔류 다공성을 가질 수 있습니다. 가스 또는 액체 불투과성이 중요한 응용 분야에서는 이러한 기공을 밀봉할 수 있습니다. 이는 수지 또는 유리를 함침하거나 조밀한 코팅을 적용하여 수행할 수 있습니다. 그러나 밀봉은 최대 작동 온도를 제한할 수 있습니다.
• 코팅: 특수 코팅을 적용하면 SiC 부품의 표면 특성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
  • CVD SiC 코팅: 초고순도 화학 기상 증착(CVD) SiC의 얇은 층을 SSiC 또는 RBSiC 부품에 적용할 수 있습니다. 이는 부식 저항성, 내마모성 및 순도를 향상시켜 반도체 공정 장비에 이상적입니다.
  • 다이아몬드 유사 탄소(DLC) 코팅: 특정 동적 응용 분야에서 마찰을 줄이고 내마모성을 향상시키기 위해 적용할 수 있습니다.
  • 기타 세라믹 또는 금속 코팅: 응용 분야에 따라 특정 전기적 특성을 부여하거나 접합 특성을 향상시키기 위해 다른 코팅을 사용할 수 있습니다.
• 가장자리 모서리 챔퍼링/반경: SiC 부품의 날카로운 모서리는 재료의 취성으로 인해 깨지기 쉽습니다. 모서리 모따기 또는 라운딩은 취급 견고성을 개선하고 응력 집중을 줄이는 일반적인 관행입니다.
• 어닐링: 경우에 따라 공격적인 연삭 중에 유도된 내부 응력을 완화하기 위해 가공 후 어닐링 단계를 사용할 수 있지만, 이는 다른 일부 세라믹에 비해 SiC에서는 덜 일반적입니다.

적절한 후처리 단계의 선택은 고객과 SiC 공급업체 간의 협업 노력이 되어야 합니다. 부품의 성능 요구 사항을 명확하게 정의하면 향상된 특성과 비용 효율성의 최적 균형을 제공하는 기술을 선택할 수 있습니다. 적절한 후처리 투자는 최종 응용 분야에서 SiC 재료의 잠재력을 최대한 실현할 수 있도록 합니다.

일반적인 SiC 과제 및 극복 방법

수많은 장점에도 불구하고 탄화 규소로 작업하는 것은 특정 과제를 제시하며, 이는 주로 고유한 경도와 취성에서 비롯됩니다. 이러한 과제를 이해하고 적절한 완화 전략을 채택하는 것은 산업 응용 분야에서 SiC 부품을 성공적으로 구현하는 데 핵심입니다.

• 취성 및 골절 인성:
  • 도전: SiC는 금속에 비해 낮은 파괴 인성을 가진 취성 재료입니다. 즉, 특히 결함이 있는 경우 충격 또는 높은 인장 응력이 가해지면 상당한 소성 변형 없이 파손될 수 있습니다.
  • 완화:
    • 설계 최적화: 넉넉한 필렛과 반경을 사용하고, 날카로운 모서리를 피하고, 하중을 균등하게 분산하는 등 응력 집중을 최소화하는 설계 원칙을 사용하십시오. FEA는 높은 응력 영역을 식별하는 데 중요합니다.
    • 재료 선택: RBSiC와 같은 특정 등급은 열충격 저항성이 더 우수하며, 이는 파손 시작의 요인이 될 수 있습니다. 강화된 SiC 복합재도 개발되고 있습니다.
    • 처리 절차: 충격 손상을 방지하기 위해 주의 깊은 취급 및 조립 절차를 구현하십시오.
    • 검증 시험: 중요한 응용 분야의 경우 구성 요소를 검증 테스트하여 중요한 결함이 있는 부품을 걸러낼 수 있습니다.
• 가공 복잡성 및 비용:
  • 도전: SiC의 극심한 경도로 인해 가공이 어렵고 시간이 많이 걸립니다. 다이아몬드 공구가 필요하며 재료 제거 속도가 느려 금속에 비해 가공 비용이 더 높습니다.
  • 완화:
    • 정미 형상 성형: 최종 치수에 최대한 가깝게 부품을 생산하는 제조 공정(예: 정밀 주조, 크기별 소결)을 활용하여 연삭으로 제거해야 하는 재료의 양을 최소화합니다.
    • 제조 가능성을 위한 설계 (DfM): 가능한 경우 설계를 단순화하고 절대적으로 필요한 경우에만 가공을 지정하십시오. 공급업체와 가공 전략에 대해 논의하십시오.
    • 고급 가공 기술: 특정 기능에 대해 초음파 지원 연삭 또는 레이저 가공과 같은 옵션을 탐색하십시오.
• 열충격 민감성:
  • 도전: SiC는 다른 많은 세라믹에 비해 우수한 열충격 저항성을 가지고 있지만(높은 열전도율과
  • 완화:
    • 성적 선택: RBSiC는 일반적으로 미세 구조와 유리 규소의 존재로 인해 SSiC보다 열 충격 저항성이 더 우수합니다.
    • 점진적인 가열/냉각: SiC 부품이 사용되는 공정에서 제어된 가열 및 냉각 속도를 구현합니다.
    • 설계 고려 사항: 열팽창을 수용하고 열 구배를 최소화하도록 부품을 설계합니다.
• SiC를 다른 재료에 결합:
  • 도전: SiC를 금속 또는 다른 세라믹에 접합하는 것은 열팽창 계수(CTE)의 차이, 화학적 비호환성 및 SiC 표면의 불활성 특성으로 인해 어려울 수 있습니다.
  • 완화:
    • 특수 접합 기술: 활성 금속 브레이징, 확산 접합, 압축 끼워맞춤 또는 기계적 클램핑과 같은 방법을 활용합니다.
    • 등급별 중간층: 서로 다른 재료 간의 응력을 완화하기 위해 등급별 CTE를 가진 중간층을 사용합니다.
    • 접합 설계: 응력을 최소화하고 차등 팽창을 수용하도록 접합부를 설계합니다.