고품질 제조를 위한 SiC 프레스 장비

1. 소개: 첨단 제조에서 SiC 프레스 장비의 중요한 역할

첨단 재료 분야에서 탄화규소(SiC)는 뛰어난 특성으로 두각을 나타내며, 고성능 산업 응용 분야에서 필수 불가결한 요소가 되었습니다. 반도체 제조의 까다로운 환경에서 항공우주 엔진의 극한 온도에 이르기까지 SiC 부품은 매우 중요합니다. 그러나 원료 SiC 분말에서 완성된 고정밀 부품에 이르기까지의 여정은 사용된 제조 공정의 품질과 정교함에 크게 의존합니다. 이의 핵심은 탄화규소 프레스 장비입니다. 이 기계는 단순한 도구가 아니라 오늘날의 최첨단 산업에서 요구하는 원하는 밀도, 구조적 무결성 및 복잡한 형상을 가진 SiC 부품을 생산하는 초석입니다. 고품질 프레스 장비는 SiC 부품이 엄격한 성능 사양을 충족하도록 보장하여 통합된 최종 제품의 신뢰성과 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다. 산업이 기술의 경계를 점점 더 넓혀감에 따라 우수한 SiC 부품에 대한 수요, 따라서 첨단 프레스 장비에 대한 수요가 계속 증가하고 있습니다.

최신 SiC 프레스 장비가 제공하는 정밀도와 제어는 매우 중요합니다. 압력, 온도 또는 다이 설계의 작은 변화는 최종 SiC 부품의 기계적 및 열적 특성에 상당한 차이를 가져올 수 있습니다. 따라서 이 특수 장비에 투자하고 이를 이해하는 것은 자동차, 전력 전자 및 산업 기계와 같은 분야의 중요한 응용 분야에 일관되고 고품질의 탄화규소 제품을 제공하려는 제조업체에게 매우 중요합니다.

2. 탄화규소 이해: 극한 조건을 위한 재료

탄화규소(SiC)는 실리콘과 탄소의 합성 화합물로, 기존 재료가 실패하는 극한 조건에서 작동하기에 적합한 뛰어난 특성으로 유명합니다. 고유한 특성으로 인해 특히 초기 응고 또는 프레스 단계에서 특수 제조 기술이 필요합니다.

• 뛰어난 경도: 다이아몬드 바로 아래에 위치한 SiC는 경도가 매우 높고 내마모성이 뛰어나 씰, 베어링 및 노즐과 같은 연마 및 마모가 심한 응용 분야에 이상적입니다.
• 높은 열 전도율: SiC는 우수한 열 전도율을 나타내어 열을 효과적으로 발산할 수 있습니다. 이는 전력 전자, 열 교환기 및 반도체 가공 장비에 매우 중요합니다.
• 낮은 열팽창: 낮은 열팽창 계수는 넓은 온도 범위에서 치수 안정성을 제공하여 고온 응용 분야에서 응력과 변형을 최소화합니다.
• 고온에서 우수한 강도: 온도가 상승하면 크게 약해지는 많은 재료와 달리 SiC는 기계적 강도의 대부분을 유지하므로 용광로 부품, 가마 가구 및 가스 터빈 부품에 적합합니다.
• 화학적 불활성: SiC는 고온에서도 대부분의 산 및 알칼리에 대한 내식성 및 내화학성이 뛰어납니다. 이 특성은 가혹한 화학 물질에 노출된 화학 처리 장비 및 환경에 매우 중요합니다.
• 반도체 특성: 특정 형태의 SiC는 광대역 갭 반도체로, 실리콘 기반 장치보다 더 높은 온도, 전압 및 주파수에서 작동할 수 있는 전자 장치를 만들 수 있습니다.

이러한 특성은 원료 SiC 분말에 내재된 것이 아닙니다. 첨단 SiC 프레스 장비를 사용하여 정밀한 분말 압축으로 시작하여 세심한 가공을 통해 개발되고 최적화됩니다. 프레스 단계는 성공적인 후속 소결 및 SiC 부품의 최종 성능에 중요한 초기 그린 바디 밀도와 균일성을 달성하는 데 기본입니다.

3. 프레스 SiC 부품에 대한 수요를 주도하는 주요 산업 응용 분야

탄화규소가 제공하는 고유한 특성의 조합은 다양한 산업에서 탐나는 재료가 되게 합니다. 특수 프레스 장비를 사용하여 복잡한 모양을 고정밀도로 성형할 수 있는 능력은 적용 범위를 더욱 확장합니다. 다음은 프레스 SiC 부품에 대한 수요가 강력한 주요 분야입니다.

산업	프레스 SiC 부품의 특정 응용 분야	활용되는 주요 SiC 특성
반도체	웨이퍼 취급 부품(척, 링, 핀), 챔버 부품, CMP 링, 서셉터	고순도, 열 전도율, 강성, 내마모성, 화학적 불활성
자동차	브레이크 디스크, 디젤 미립자 필터(DPF), 전기 자동차(EV) 전력 모듈, 베어링용 부품	내마모성, 내열 충격성, 고온 강도, 경량
항공우주	터빈 부품(베인, 블레이드), 망원경용 미러 기판, 경량 장갑	고온 강도, 낮은 열팽창, 강성, 경량
전력 전자	전력 모듈용 기판, 방열판, 정류 다이오드, MOSFET	높은 열 전도율, 높은 항복 전압, 고온 작동
재생 에너지	태양광 패널 제조용 부품(예: 세라믹 롤러), 집광형 태양열 발전(CSP) 시스템용 부품	고온 안정성, 내열 충격성, 내마모성
야금	용광로 라이닝, 가마 가구(빔, 롤러, 플레이트), 열전대 보호 튜브, 도가니	고온 강도, 내열 충격성, 화학적 불활성
방위	장갑판(인원 및 차량), 미사일 부품, 광학 시스템	경도, 경량, 고온 성능
화학 처리	펌프 씰 및 베어링, 밸브 부품, 열 교환기 튜브, 노즐	화학적 불활성, 내마모성, 고온 강도
LED 제조	MOCVD 반응기, 웨이퍼 캐리어용 서셉터	고순도, 열적 균일성, 고온 안정성
산업 기계	기계적 씰, 베어링, 연마재용 노즐, 내마모 라이너	내마모성, 경도, 내식성

이러한 각 응용 분야에서 SiC 부품의 성능과 수명은 프레스 단계에서 시작되는 제조 품질과 직접적으로 관련되어 있습니다. 첨단 탄화규소 프레스 장비를 통해 균일한 밀도를 가진 넷 셰이프(net-shape) 부품을 생산할 수 있으면 가공 비용과 재료 낭비를 줄여 SiC를 이러한 까다로운 산업에 더욱 경제적으로 실행 가능한 솔루션으로 만들 수 있습니다.

4. 첨단 SiC 프레스 장비가 게임 체인저인 이유

기본 재료 프레싱에서 첨단 SiC 프레스 장비로의 전환은 제조 능력의 중요한 도약을 나타냅니다. 최신 프레스는 단순히 힘을 가하는 것만이 아니라 SiC 부품 제조 환경을 집합적으로 변화시키는 정교한 제어 시스템, 혁신적인 다이 설계 및 최적화된 작동 매개변수를 통합합니다. 이점은 다양하며 이 초경질 재료로 작업하는 데 내재된 많은 과제를 해결합니다.

첨단 SiC 프레스 장비는 다음을 제공합니다.

• 향상된 밀도 및 균일성: 다축 프레싱 기능(예: 등압 프레싱)을 포함한 압력 적용에 대한 정밀한 제어는 SiC 컴팩트의 더 높고 균일한 그린 밀도로 이어집니다. 이는 다공성을 최소화하고 소결 후 우수한 기계적 특성을 달성하는 데 매우 중요합니다.
• 복잡한 형상에 대한 능력: 최신 프레스는 첨단 공구와 함께 복잡하고 넷 셰이프(net-shape)에 가까운 SiC 부품을 생산할 수 있습니다. 이를 통해 SiC와 같은 경질 재료에 특히 어려운 광범위하고 비용이 많이 드는 프레스 후 가공의 필요성이 줄어듭니다.
• 내부 결함 감소: 정교한 압력 및 속도 제어는 조기 고장으로 이어질 수 있는 프레스 부품 내의 내부 균열, 적층 또는 밀도 기울기의 위험을 최소화합니다.
• 더 높은 수율 및 폐기물 감소: 최종 치수에 더 가깝고 결함이 적은 부품을 생산함으로써 첨단 프레스 장비는 제조 수율을 크게 향상시키고 재료 낭비를 줄입니다. 이는 고순도 SiC 분말의 비용을 고려할 때 특히 중요합니다.
• 더 빠른 생산 주기: 자동화 기능, 더 빠른 설정 시간 및 최적화된 프레싱 주기는 처리량을 증가시켜 제조업체가 증가하는 시장 수요를 보다 효과적으로 충족할 수 있도록 합니다.
• 향상된 재료 특성 제어: 프레싱 매개변수를 정밀하게 제어하는 능력은 그린 바디의 미세 구조를 더 잘 맞춤화할 수 있으며, 이는 강도, 경도 및 열 전도율과 같은 소결 SiC 부품의 최종 특성에 영향을 미칩니다.
• 데이터 로깅 및 공정 모니터링: 많은 첨단 프레스에는 중요한 공정 매개변수의 실시간 모니터링 및 데이터 로깅을 위한 시스템이 장착되어 있습니다. 이는 품질 관리, 공정 최적화 및 추적성을 용이하게 합니다.

이러한 최첨단 장비에 투자하는 것은 반도체 제조업체, 자동차 회사 및 항공우주 회사와 같은 중요한 산업에 고품질 맞춤형 SiC 부품을 공급하는 리더가 되려는 회사의 필수 요소입니다.

5. SiC 프레스 기술 및 장비 유형

탄화규소 부품은 다양한 프레싱 기술을 사용하여 성형할 수 있으며, 각 기술은 서로 다른 생산량, 부품 복잡성 및 원하는 최종 특성에 적합합니다. 프레스 장비의 선택은 제조 워크플로우에서 중요한 결정입니다. 다음은 일반

A. 단축 가압(다이 가압)

단축 가압은 일반적으로 한두 방향(상단 및 하단 펀치)에서 압력을 가하여 강성 다이 내에서 SiC 분말을 압축하는 방식으로, 비교적 단순한 형태를 대량으로 생산하는 데 널리 사용되는 방법입니다.

• 장비: 기계식 프레스, 유압식 프레스.
• 장점: 높은 생산율, 단순한 형태에 대한 우수한 치수 정확도, 단순 부품의 비교적 낮은 툴링 비용.
• 단점: 특히 높이가 높은 부품이나 복잡한 형상의 부품의 경우 다이 벽 마찰로 인해 밀도 변화가 발생할 수 있습니다. 더 단순한 형태로 제한됩니다.
• 적용 분야: 타일, 디스크, 플레이트, 단순 부싱.

B. 냉간 정수압 성형(CIP)

CIP에서 SiC 분말은 유연한 몰드에 채워진 후 유체 챔버에 담깁니다. 정수압은 분말을 압축하기 위해 모든 방향에서 균일하게 가해집니다. 이로 인해 매우 균일한 그린 밀도가 얻어집니다.

• 장비: 습식 백 CIP 장치(용기 외부에서 몰드 채우기 및 밀봉), 건식 백 CIP 장치(자동화 향상을 위해 압력 용기에 몰드 통합).
• 장점: 우수한 밀도 균일성, 복잡한 형상 생산 능력, 우수한 그린 강도, 대형 부품에 적합합니다.
• 단점: 단축 가압에 비해 생산율이 낮고, 치수 제어가 덜 정확할 수 있습니다(그린 가공이 필요한 경우가 많음).
• 적용 분야: 튜브, 로드, 복잡한 프리폼, 노즐, 높은 균일성이 필요한 부품.

C. 열간 가압(HP)

열간 가압은 열과 단축 압력을 동시에 가하는 것을 결합합니다. SiC 분말은 다이(일반적으로 흑연)에 채워지고 압력이 가해지는 동안 고온(예: 1800°C – 2200°C)으로 가열됩니다. 이를 통해 소결 보조제 없이 또는 최소한으로 소결하여 고순도, 고밀도 SiC를 얻을 수 있습니다.

• 장비: 제어된 분위기(진공 또는 불활성 가스) 및 고온 기능을 갖춘 특수 열간 프레스.
• 장점: 이론적 밀도에 거의 도달, 미세 입자 크기, 우수한 기계적 특성.
• 단점: 느린 공정, 높은 장비 및 운영 비용, 더 단순한 형태로 제한, 고온에서의 다이 마모.
• 적용 분야: 고성능 장갑, 스퍼터링 타겟, 최대 밀도가 중요한 특수 마모 부품.

D. 열간 정수압 성형(HIP)

HIP는 고온 및 정수압 가스 압력(일반적으로 아르곤)을 사전 압축되었을 수 있고 때로는 캡슐화된 부품에 가하는 것을 포함합니다. 사전 소결된 SiC 부품(소결-HIP)을 완전히 밀집시키거나 SiC 분말을 직접 고화(분말-HIP)하는 데 사용할 수 있습니다.

• 장비: 매우 높은 압력(예: 100-200MPa) 및 온도(예: 최대 2000°C)를 달성할 수 있는 HIP 장치.
• 장점: 완전 밀도 달성, 내부 기공 제거, 기계적 특성 현저하게 개선, 사전 소결된 부품의 결함 치유 가능.
• 단점: 매우 높은 장비 및 운영 비용, 복잡한 공정, 분말 고화를 위해 종종 캡슐화가 필요합니다.
• 적용 분야: 항공 우주, 방위 및 궁극적인 성능과 신뢰성이 요구되는 까다로운 산업 분야의 중요 부품. 다른 SiC 유형에 대한 소결 후 단계로 자주 사용됩니다.

적절한 SiC 가압 장비 및 기술의 선택은 특정 응용 분야 요구 사항, 원하는 재료 특성, 생산량 및 비용 고려 사항에 크게 좌우됩니다. 전력 전자 제조 또는 재생 에너지 분야의 기업의 경우, 정확한 밀도 제어를 통해 특정 열적 및 전기적 특성을 달성하는 것이 가장 중요합니다.

6. SiC 부품 및 프레스 공정에 대한 중요한 설계 고려 사항

가압을 통해 제조 가능하도록 탄화규소 부품을 설계하려면 재료의 특성과 선택한 가압 기술의 기능을 모두 신중하게 고려해야 합니다. 효과적인 설계는 제조 비용을 크게 줄이고, 부품 품질을 개선하며, 후속 가공을 최소화할 수 있습니다. 주요 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 분말 특성: SiC 분말의 입자 크기 분포, 형태, 순도 및 유동성은 압축 거동 및 그린 바디의 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 이러한 사항은 신중하게 선택하고 제어해야 합니다. 바인더 및 가소제와 같은 첨가제는 가압성 및 그린 강도를 향상시키기 위해 자주 사용되지만 소결 전 또는 소결 중에 깨끗하게 제거해야 합니다.
• 부품 형상 및 복잡성:
  • 종횡비: 길이 대 직경 또는 높이 대 너비의 비율이 높으면 단축 가압 시 밀도 기울기가 발생할 수 있습니다. 이러한 형상에는 정수압 가압이 선호됩니다.
  • 벽 두께: 균일한 벽 두께가 이상적입니다. 급격한 변화는 차등 수축 및 응력 집중을 유발할 수 있습니다. 최소 달성 가능한 벽 두께는 분말 및 가압 방법에 따라 다릅니다.
  • 모서리 및 반경: 날카로운 내부 모서리는 응력 집중기이며 가압 또는 소결 중에 균열을 유발할 수 있습니다. 넉넉한 반경을 통합해야 합니다. 외부 모서리도 칩핑을 방지하고 다이 해제를 용이하게 하기 위해 반경 처리해야 합니다.
  • 구멍 및 언더컷: 가압 방향과 평행한 관통 구멍은 일반적으로 단축 가압에서 가능합니다. 가로 구멍 또는 언더컷은 더 복잡한 툴링, 다중 작용 프레스가 필요하거나 정수압 가압 후 그린 가공으로 형성하는 것이 가장 좋습니다.
• 다이 및 툴링 설계: 단축 및 열간 가압의 경우 다이 설계가 중요합니다. 재료는 높은 압력과 열간 가압의 경우 고온을 견뎌야 합니다. 부품 배출을 위한 여유 공간, 테이퍼(드래프트 각도) 및 툴링의 표면 마감은 부품 품질 및 툴 수명에 영향을 미칩니다. CIP의 경우 유연한 몰드 재료 및 설계가 핵심입니다.
• 프레스 매개변수:
  • 압력: 목표 그린 밀도를 달성하기 위해 균열 또는 라미네이션과 같은 결함을 유발하지 않고 압력을 최적화해야 합니다. 압력 램핑 및 유지 시간도 중요합니다.
  • 온도(HP 및 HIP의 경우): 밀집을 촉진하려면 온도 제어가 중요합니다. 균일한 가열 및 정확한 온도 프로파일이 필요합니다.
  • 대기: 핫 프레싱 및 HIP의 경우 SiC의 산화 또는 반응을 방지하기 위해 제어된 대기(진공 또는 불활성 가스)가 필수적입니다.
• 수축 허용 오차: SiC 부품은 일반적으로 소결 시 상당한 수축(그린 밀도 및 SiC 유형에 따라 선형으로 15-25%가 일반적)을 보입니다. 이 수축은 원하는 최종 치수를 얻기 위해 그린 부품 및 프레싱 도구의 설계에서 정확하게 고려해야 합니다. 특히 단축으로 프레스된 부품에서 이방성 수축이 발생할 수 있습니다.
• 배출 및 취급: 그린 SiC 부품은 깨지기 쉽습니다. 설계는 다이에서 안전하게 배출하고 소결 전에 주의해서 취급할 수 있도록 해야 합니다.

설계 단계 초기에 Sicarb Tech와 같은 지식이 풍부한 SiC 제조업체와 긴밀히 협력하면 효율적인 프레스 및 전반적인 제조를 위해 부품을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 특히 해당 업체의 전문 지식은 SiC 부품 맞춤화에 대한 전문 지식은 기술 조달 전문가 및 OEM에게 매우 유용할 수 있습니다.

7. 정밀도 달성: 최신 SiC 프레스의 공차, 표면 마감 및 치수 정확도

고정밀 탄화규소 부품에 대한 수요는 반도체, 항공우주, 의료 기기 등과 같은 산업에서 특히 지속적으로 증가하고 있습니다. 최신 SiC 프레싱 장비는 소결 후 광범위하고 비용이 많이 드는 하드 머시닝의 필요성을 최소화하여 “프레스된 상태” 또는 “그린” 상태에서 엄격한 공차, 원하는 표면 마감 및 높은 치수 정확도를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다.

달성 가능한 허용 오차:

프레스된 SiC 부품에서 달성 가능한 치수 공차는 여러 요인에 따라 달라집니다.

• 프레싱 방법: 단축 프레싱은 프레스 방향에 수직인 치수에 대해 등방성 프레싱에 비해 프레스된 부품에 대해 더 엄격한 공차를 달성할 수 있습니다. 그러나 등방성 프레싱은 보다 균일한 수축을 제공하며, 그린 머시닝을 사용하는 경우 소결 후 더 나은 전반적인 치수 제어가 가능합니다.
• 툴링 품질: 정확한 부품 복제를 위해서는 고정밀, 잘 관리된 다이 및 금형이 필수적입니다.
• 분말 일관성: 균일한 SiC 분말 특성은 일관된 압축 및 수축을 보장합니다.
• 공정 제어: 압력, 프레싱 속도 및 온도(HP/HIP에서)에 대한 정밀한 제어가 중요합니다. 고급 프레스는 우수한 제어 루프와 반복성을 제공합니다.
• 부품 크기 및 복잡성: 더 크고 복잡한 부품은 일반적으로 더 넓은 달성 가능한 공차를 갖습니다.

SiC에 대한 일반적인 프레스 공차는 치수의 ±0.5%에서 ±2%까지입니다. 그러나 최적화된 공정 및 고품질 장비를 사용하면 특정 기능에 대해 더 엄격한 공차를 달성할 수 있습니다. 소결 후 연삭 및 래핑은 종종 마이크론 범위에서 훨씬 더 엄격한 공차를 달성할 수 있지만, 이는 상당한 비용을 추가합니다.

표면 마감:

프레스된 SiC 부품의 표면 마감은 다이 또는 금형 표면의 복제품입니다.

• 단축 및 핫 프레싱: 고도로 연마된 다이 표면은 비교적 매끄러운 그린 부품을 생성할 수 있습니다.
• 냉간 등방성 프레싱: 표면 마감은 유연한 금형 재료의 매끄러움에 따라 달라집니다. 일반적으로 단축으로 프레스된 부품보다 거칠며, 소결 전에 매끄러운 표면이 필요한 경우 그린 머시닝이 필요한 경우가 많습니다.

프레싱은 좋은 초기 표면을 제공할 수 있지만, 최종 표면 마감 요구 사항(예: 광학 부품 또는 내마모성 씰의 경우)은 일반적으로 연삭, 래핑 및 연마와 같은 소결 후 머시닝 작업으로 충족됩니다. 그러나 프레스된 표면이 좋으면 이러한 후기 단계에서 제거해야 하는 재료의 양이 줄어듭니다.

치수 정확도:

치수 정확도는 부품이 공칭 설계 치수에 얼마나 가깝게 일치하는지를 나타냅니다. 최신 SiC 프레스는 다음을 통해 높은 치수 정확도에 기여합니다.

• 반복성: 자동화된 시스템은 각 부품이 동일한 조건에서 프레스되도록 하여 부품 간에 일관된 치수를 얻을 수 있습니다.
• 균일한 밀도 분포: 특히 다중 플래튼 제어가 있는 등방성 프레싱 또는 고급 단축 프레스의 경우, 보다 균일한 밀도는 소결 중 뒤틀림 및 왜곡을 최소화하여 더 나은 최종 정확도를 얻을 수 있습니다.
• 예측 가능한 수축: 수축이 상당하지만, 정밀한 프레싱을 통해 달성된 일관된 그린 특성은 보다 예측 가능한 수축을 가능하게 하여 도구 설계에서 정확한 보상을 가능하게 합니다.

LED 제조 또는 통신과 같이 탁월한 정밀도를 요구하는 산업의 경우, SiC 프레싱 장비의 기능이 부품 생존 가능성을 결정하는 요인입니다.

8. SiC 제조 워크플로우 최적화: 프레싱 이상

프레싱 단계는 탄화규소 부품의 초기 특성을 결정하는 데 기본적이지만, 포괄적인 제조 워크플로우의 한 부분일 뿐입니다. 프레싱 중에 달성된 품질은 후속 공정 단계 및 SiC 부품의 최종 특성에 상당한 영향을 미칩니다. 고품질의 비용 효율적인 부품을 생산하려면 전체 워크플로우를 최적화하는 것이 중요합니다.

A. 프레싱 전 단계: 분말 준비

SiC 분말이 프레스에 도달하기 전부터 여정이 시작됩니다.

• 원자재 선택: 적절한 순도, 입자 크기 분포 및 형태를 가진 올바른 SiC 분말(알파-SiC, 베타-SiC)을 선택하는 것이 중요합니다.
• 밀링 및 혼합: 분말은 원하는 입자 크기를 얻기 위해 종종 밀링되고 소결 조제(예: SSiC의 경우 붕소, 탄소, RBSiC의 경우 실리콘) 및 유기 바인더/가소제와 혼합되어 압착성 및 그린 강도를 향상시킵니다. 균질한 혼합이 필수적입니다.
• 과립화/분무 건조: 특히 자동화된 일축 압착에서 더 나은 유동성 및 다이 충전을 위해 분말은 종종 균일하고 자유롭게 흐르는 응집체를 형성하기 위해 과립화되거나 분무 건조됩니다.

이 준비된 분말의 일관성과 품질은 탄화 규소 압착 장비의 효율성과 그린 콤팩트의 균일성에 직접적인 영향을 미칩니다.

B. 압착 단계(논의된 바와 같음)

여기에는 준비된 분말을 원하는 모양과 밀도의 그린 바디로 통합하기 위해 일축 프레스, CIP, HP 또는 HIP 장비를 사용하는 것이 포함됩니다.

C. 압착 후 단계:

• 그린 가공: 압착 중에 형성할 수 없거나 소결 전에 매우 정확한 치수가 필요한 경우(특히 CIP 후) 그린 가공이 수행됩니다. 그린 SiC는 소결된 SiC보다 가공이 훨씬 쉬워 공구 마모 및 가공 시간을 줄입니다.
• 바인더 소성(디바인딩): 압착을 위해 첨가된 유기 바인더는 소결 전에 조심스럽게 제거해야 합니다. 이는 일반적으로 균열 또는 부풀림과 같은 결함을 방지하기 위해 제어된 분위기에서 서서히 가열하여 수행됩니다.
• 소결: 이것은 그린 SiC 콤팩트를 가열하여 조밀하고 강한 세라믹으로 통합하는 고온 공정입니다. 다양한 유형의 SiC는 서로 다른 소결 공정을 필요로 합니다.
  • 고상 소결 SiC(SSiC): 소결 조제와 함께 매우 높은 온도(2000-2200°C)에서 소결됩니다.
  • 반응 결합 SiC(RBSiC 또는 SiSiC): 다공성 SiC 프리폼은 용융 실리콘으로 침투되어 자유 탄소와 반응하여 추가 SiC를 형성하여 원래 입자를 결합합니다. 더 낮은 온도(1500-1700°C)에서 수행됩니다.
  • 질화물 결합 SiC(NBSiC): 실리콘 질화물 상에 의해 결합된 SiC 입자.
  • 액상 소결 SiC(LPSiC): 소결 온도에서 액상을 형성하여 조밀화를 촉진하기 위해 산화물 첨가제를 사용합니다.
• 열간 정수압 프레싱(HIPing – 소결 후): 최대 밀도 및 성능이 필요한 일부 응용 분야의 경우 소결 부품(특히 SSiC)은 잔류 다공성을 제거하기 위해 소결 후 HIP 사이클을 거칠 수 있습니다.
• 최종 가공(경질 가공): 소결된 SiC는 극도로 단단하기 때문에 최종 정밀 치수와 표면 마감을 달성하려면 연삭, 래핑, 연마 또는 EDM에 다이아몬드 공구가 필요합니다. 압착 및 소결된 부품의 품질은 이 단계의 범위와 비용에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 세척 및 품질 관리: 최종 부품은 치수 정확도, 표면 결함 및 기타 품질 매개변수를 위해 세척 및 검사됩니다.

각 단계가 신중하게 제어되고 통합되는 최적화된 워크플로우가 필수적입니다. SiC 압착 장비의 출력 품질은 소결 거동에서 최종 가공량에 이르기까지 모든 것에 영향을 미치면서 성공적이고 효율적인 다운스트림 공정의 기반을 마련합니다.

9. SiC 프레싱의 일반적인 과제 극복

SiC는 많은 장점에도 불구하고 재료 고유의 특성과 압축 공정의 복잡성으로 인해 여러 가지 어려움을 안고 있습니다. 이러한 과제를 성공적으로 해결하려면 전문 지식, 고급 장비 및 세심한 공정 제어가 필요합니다.

일반적인 과제:

• 균일한 밀도 달성: 특히 복잡하거나 종횡비가 높은 부품의 일축 압착에서 다이 벽 마찰은 불균일한 밀도 분포를 초래할 수 있습니다. 이는 소결 중 차등 수축, 변형 또는 최종 부품의 약점으로 이어질 수 있습니다.

  완화: 등압 압착을 활용하고, 더 나은 흐름을 위해 분말 과립화를 최적화하고, 고급 멀티 플래튼 프레스를 사용하고, 적절한 테이퍼를 사용하여 신중하게 공구를 설계하면 도움이 될 수 있습니다.

• 균열 및 박리: 급격한 압력 적용 또는 해제, 갇힌 공기 또는 과도한 내부 응력은 그린 컴팩트 내에 균열(예: 엔드 캡 균열, 링 오프 균열) 또는 박리를 유발할 수 있습니다.

  완화: 제어된 압력 램핑 및 해제 사이클, 진공 압착 기능, 바인더 함량 및 유형 최적화, 적절한 분말 탈기화가 효과적인 전략입니다.

• 공구 마모: SiC는 연마성이 높아 특히 대량 생산 또는 열간 압착 시 다이, 펀치 및 금형에 상당한 마모를 유발합니다. 이는 치수 정확도에 영향을 미치고 공구 비용을 증가시킵니다.

  완화: 내마모성 공구 재료(예: 탄화 텅스텐, 경화 공구강) 사용, 공구에 내마모성 코팅 적용, 적절한 윤활(해당하는 경우) 보장, 마모 부품의 쉬운 교체를 위해 공구 설계.

• 배출 어려움: 높은 압축 압력은 부품이 다이에 달라붙어 배출 시 손상을 유발할 수 있습니다.

  완화: 적절한 다이 테이퍼, 공구의 매끄러운 표면 마감, 배출 보조제 또는 윤활제 사용(후속 공정과 호환), 프레스의 최적화된 배출 메커니즘.

• 그린 부품 취급: 그린 SiC 컴팩트, 특히 바인더 함량이 낮거나 복잡한 얇은 단면을 가진 부품은 취약하고 소결 전 취급 시 손상되기 쉽습니다.

  완화: 충분한 그린 강도를 위한 바인더 시스템 최적화, 자동화된 취급 시스템 및 신중한 수동 취급 프로토콜.

• 분말 흐름 및 다이 충전: 미세 SiC 분말은 잘 흐르지 않아 특히 복잡한 다이 캐비티에서 불완전하거나 일관성이 없는 다이 충전으로 이어질 수 있습니다.

  완화: 유동성을 개선하기 위한 분말 과립화 또는 스프레이 건조, 다이 충전 지원(예: 진동 시스템) 사용, 분말 유입을 위한 다이 설계 최적화.

이러한 과제를 효과적으로 해결하려면 SiC 재료 과학, 분말 야금 및 프레스 기술에 대한 깊은 이해가 필요한 경우가 많습니다. 여기서 숙련된 파트너가 매우 중요해집니다. 예를 들어, 중국 Weifang시는 탄화규소 맞춤형 부품 제조의 중요한 허브로 부상하여 중국 전체 SiC 생산량의 80% 이상을 차지하는 40개 이상의 SiC 생산 기업을 유치했습니다. 이러한 역동적인 생태계 내에서 Sicarb Tech는 2015년부터 첨단 SiC 생산 기술을 도입하고 구현하는 데 중추적인 역할을 해왔습니다. 중국 과학 아카데미(Weifang) 혁신 공원과 중국 과학 아카데미  국가 기술 이전 센터의 지원을 받는 SicSino는 최고 수준의 전문 팀과 재료, 공정, 설계 및 평가를 포괄하는 포괄적인 기술 세트를 활용하여 현지 기업 및 국제 고객을 지원합니다. 프레스 과제를 극복하고 SiC 제조 공정을 최적화하는 해당 업체의 전문 지식은 업계 개발에 대한 깊은 참여를 입증합니다.