중장비의 SiC: 신뢰성의 재정의

소개 소개: 까다로운 산업 응용 분야에서 실리콘 카바이드의 견고한 강도

중장비의 세계에서는 운영 요구 사항이 끊임없이 발생합니다. 광업, 건설, 농업, 대규모 제조에 사용되는 장비는 연마재, 고온, 부식성 환경, 엄청난 기계적 스트레스 등 극한의 조건에 직면해 있습니다. 다운타임은 단순한 불편함을 넘어 상당한 재정적 손실로 이어집니다. 이러한 분야의 엔지니어, 조달 관리자 및 기술 구매자에게는 이러한 혹독한 환경을 견디고 부품 수명을 연장할 수 있는 소재를 파악하는 것이 무엇보다 중요합니다. 고성능 산업용 애플리케이션의 표준으로 급부상하고 있는 첨단 기술 세라믹인 실리콘 카바이드(SiC)를 소개합니다. 맞춤형 실리콘 카바이드 제품은 단순한 부품이 아니라 기존 소재로는 한계가 있는 곳에서 탁월한 신뢰성과 효율성을 제공하도록 설계된 필수 엔지니어링 솔루션입니다. 이 블로그 게시물에서는 중장비에 대한 SiC의 혁신적 영향에 대해 자세히 살펴보고, 그 적용 분야와 이점, 채택 시 고려해야 할 중요한 사항을 살펴봅니다.

실리콘과 탄소의 합성 화합물인 실리콘 카바이드는 다이아몬드에 가까운 뛰어난 경도로 잘 알려져 있습니다. 뛰어난 내마모성, 높은 열전도율, 뛰어난 열충격 저항성, 화학적 불활성, 고온에서의 강도 유지 등 독특한 특성 조합으로 인해 가장 까다로운 중장비 부품에 이상적인 소재입니다. 산업이 생산과 효율성의 한계를 뛰어넘으면서 이에 발맞출 수 있는 소재의 필요성이 커지고 있습니다. 특정 애플리케이션 요구 사항에 맞게 설계된 맞춤형 SiC 부품은 생산성 향상, 유지보수 주기 단축, 총 소유 비용 절감을 위한 경로를 제공하여 중공업 장비의 맥락에서 신뢰성의 의미를 진정으로 재정의합니다.

주요 응용 분야: 중장비에서 SiC가 탁월한 분야

실리콘 카바이드의 다목적성과 견고성 덕분에 다양한 중장비 애플리케이션에 사용할 수 있어 성능과 수명이 크게 향상됩니다. 이러한 부품은 심한 마모, 높은 하중, 극한의 온도에 노출되는 경우가 많기 때문에 SiC는 이상적인 소재 솔루션입니다. 다음은 맞춤형 SiC 부품이 상당한 차이를 만들어내는 몇 가지 주요 분야입니다:

• 채굴 및 광물 처리:
  • 슬러리 펌프 구성 요소: SiC로 제작된 임펠러, 라이너, 볼류트 및 슬리브는 마모성 슬러리에 대한 탁월한 내성을 발휘하여 펌프 수명을 연장하고 광물 추출 및 운송에서 유지보수를 줄여줍니다.
  • 사이클론 분리기: 사이클론의 라이너와 에이펙스 파인더는 SiC의 내마모성 덕분에 분리 효율을 더 오랫동안 유지할 수 있습니다.
  • 슈트 라이너 및 호퍼: 자재 취급 시스템의 마모가 심한 부분은 SiC 타일과 라이너로 보호되어 마모를 방지하고 원활한 자재 흐름을 보장합니다.
  • 연마제 블라스팅 및 절단용 노즐: SiC 노즐은 연마재를 다룰 때 강철이나 텅스텐 카바이드보다 훨씬 더 오래 오리피스 크기와 모양을 유지합니다.
• 건설 및 토공 장비:
  • 씰 및 베어링: 펌프, 믹서 및 유압 시스템의 기계식 씰, 스러스트 베어링 및 저널 베어링은 마찰이 적고 내마모성이 높으며 윤활이 잘 되지 않는 조건에서도 작동할 수 있는 SiC의 이점을 누릴 수 있습니다.
  • 콘크리트 펌핑 구성 요소: 콘크리트 펌프의 파이프 라인 엘보, 감속기 및 밸브 구성품과 같은 부품은 심한 마모를 견뎌야 하는데, SiC는 이러한 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다.
  • 웨어 플레이트: 굴삭기, 불도저, 그레이더의 경우 버킷, 블레이드 및 기타 지면에 닿는 도구에 SiC 마모판을 사용하면 서비스 수명을 크게 늘릴 수 있습니다.
• 농업 기계:
  • 경작 구성 요소: 쟁기와 경운기의 포인트, 공유, 디스크는 마모되기 쉬운 토양 조건에 직면합니다. SiC 인서트 또는 코팅으로 내구성을 향상시킬 수 있습니다.
  • 하베스터 구성 요소: 수확 장비의 커팅 블레이드와 내마모성 가이드는 SiC의 특성을 활용할 수 있습니다.
  • 파종기 및 비료 살포기 부품: 씨앗과 부식성 비료를 취급하는 부품은 SiC를 사용하면 수명을 연장할 수 있습니다.
• 산업 제조 및 가공:
  • 고온 용광로 부품: 극한의 온도에서 작동하는 산업용 용광로의 빔, 롤러, 지지대, 버너 노즐은 SiC의 열 안정성과 강도를 활용합니다.
  • 유체 처리 시스템: 밸브 구성품(볼, 시트, 라이너), 펌프 샤프트 및 임펠러는 화학 처리 또는 발전에서 부식성 또는 마모성 유체를 처리합니다.
  • 연삭 및 밀링 매체: SiC는 중장비 *부품* 자체는 아니지만, 경도가 높아 중장비 공장에서 연삭재로 사용됩니다.
• 석유 및 가스 탐사 및 생산:
  • 다운홀 툴 컴포넌트: 연마성 드릴링 진흙과 고압에 노출되는 드릴링 모터, MWD/LWD 공구 및 밸브의 부품.
  • 정유 공장의 펌프 구성 요소: 부식성 및 고온 탄화수소 취급.

이러한 애플리케이션에 SiC를 통합하면 중장비 운영자의 가동 중단 시간 감소, 유지보수 비용 절감, 운영 효율성 향상으로 직결됩니다. 다양한 분야 살펴보기 SiC 솔루션 및 검증된 애플리케이션 이러한 까다로운 부문을 위해 맞춤 제작되었습니다.

중장비 부품에 맞춤형 실리콘 카바이드를 선택해야 하는 이유는 무엇입니까?

표준 세라믹 부품도 몇 가지 장점을 제공하지만, 중장비에는 종종 맞춤형 엔지니어링 솔루션이 필요한 고유한 과제가 있습니다. 맞춤형 실리콘 카바이드 부품을 선택하면 이러한 기계가 작동하는 혹독한 환경에 특별히 맞춤화된 다양한 이점을 제공하여 기성 금속 또는 일반 세라믹 부품이 직면한 한계를 해결할 수 있습니다. 맞춤형 SiC를 선택하는 주요 요인으로는 탁월한 내열성, 탁월한 내마모성, 우수한 화학적 불활성과 함께 특정 작동 스트레스에 맞게 설계를 최적화할 수 있는 기능이 있습니다.

맞춤화의 주요 장점:

• 특정 조건을 위한 최적화된 성능: 중장비는 천편일률적인 환경에서 작동하는 경우가 거의 없습니다. 맞춤형 제작을 통해 연마재의 정밀한 특성, 작동 온도 범위, 화학물질 노출 유형 및 관련 기계적 하중에 따라 가장 적합한 SiC 등급(예: 복잡한 형상 및 우수한 열충격을 위한 반응 결합 SiC 또는 최고의 경도와 화학적 순도를 위한 소결 SiC)을 선택할 수 있습니다. 이를 통해 부품이 의도한 목적에 맞게 최적의 성능을 발휘하도록 보장합니다.
• 향상된 내마모성: 맞춤형으로 설계된 SiC 부품은 중요한 마모 영역에서 저항을 극대화하도록 형상화할 수 있습니다. 여기에는 더 두꺼운 섹션, 특정 표면 프로파일 또는 어셈블리의 취약한 지점을 보호하는 통합 기능이 포함될 수 있습니다. 이러한 맞춤형 접근 방식은 마모 관련 고장을 줄여 SiC 부품뿐 아니라 전체 기계의 수명을 연장합니다.
• 우수한 열 관리: 엔진 부품이나 배기 시스템과 같은 중장비 부품은 극한의 온도와 빠른 열 순환을 경험할 수 있습니다. SiC의 높은 열전도율과 뛰어난 열충격 저항성을 활용하여 이러한 열 스트레스를 효과적으로 관리하도록 맞춤형 SiC 부품을 설계할 수 있습니다. 이를 통해 균열이나 변형으로 인한 조기 고장을 방지할 수 있습니다.
• 복잡한 지오메트리와 긴밀한 통합: 현대의 중장비에는 공간이 제한된 복잡한 설계가 포함되는 경우가 많습니다. 맞춤형 SiC 제조를 통해 기존 어셈블리에 원활하게 통합할 수 있는 복잡한 모양과 기능을 만들 수 있습니다. 여기에는 열팽창의 차이를 고려한 금속 부품과의 접합을 위한 정밀한 인터페이스가 포함됩니다.
• 화학적 불활성이 개선되었습니다: 화학 처리 또는 특정 채굴 작업과 같은 애플리케이션에서 부품은 부식성이 강한 물질에 노출됩니다. 특히 고순도 등급으로 제작된 맞춤형 SiC 부품은 고온에서도 광범위한 산과 알칼리에 대한 탁월한 내성을 제공하여 재료의 성능 저하와 오염을 방지합니다.
• 총소유비용(TCO) 절감: 맞춤형 SiC 부품의 초기 투자 비용은 기존 소재보다 높을 수 있지만, 수명 연장, 유지보수 요구 사항 대폭 감소, 가동 중단 시간 최소화, 운영 효율성 개선으로 부품 수명 주기 동안 총소유비용(TCO)이 크게 낮아집니다.
• 무게 감소: SiC는 강철이나 초합금과 같은 많은 금속에 비해 밀도가 낮습니다. 무게가 중요한 애플리케이션(예: 회전 부품 또는 항공우주 관련 중장비)의 경우 맞춤형 SiC 부품을 사용하면 무게를 줄여 연료 효율이나 탑재 용량을 개선할 수 있습니다.

지식이 풍부한 공급업체와 협력함으로써 기업은 다음과 같은 이점을 활용할 수 있습니다 맞춤형 SiC 솔루션 이전에는 표준 부품으로는 달성할 수 없었던 수준의 성능과 내구성을 달성하여 가동 시간과 생산성 향상을 통해 수익에 직접적인 영향을 미쳤습니다.

고강도 애플리케이션에 권장되는 SiC 등급 및 구성

중장비 응용 분야에서 성능과 비용 효율성을 최적화하려면 적절한 등급의 실리콘 카바이드를 선택하는 것이 중요합니다. 제조 공정에 따라 다양한 미세 구조와 특성 프로파일을 가진 SiC 소재가 생산됩니다. 엔지니어와 조달 전문가는 이러한 차이를 이해함으로써 내마모성, 열 성능, 기계적 강도 및 경제적 요소의 균형을 유지하면서 특정 요구 사항에 가장 적합한 제품을 선택할 수 있습니다.

다음은 고강도 애플리케이션에 일반적으로 권장되는 몇 가지 SiC 등급입니다:

• 반응 결합 실리콘 카바이드(RBSiC 또는 SiSiC):
  • 제조: 다공성 탄소 프리폼에 용융 실리콘을 침투시켜 생산합니다. 실리콘은 일부 탄소와 반응하여 SiC를 형성하고 나머지 기공은 금속 실리콘으로 채워집니다.
  • 속성: 일반적으로 8~15%의 유리 실리콘이 함유되어 있습니다. 내마모성과 내마모성이 우수하고 열충격 저항성이 뛰어나며 열전도율이 높고 적당한 고온(최대 ~1350°C, 실리콘의 녹는점에 의해 제한됨)에서도 강도를 유지합니다. 공차가 엄격한 복잡한 형상으로 제작하기가 비교적 쉽습니다.
  • 중장비 애플리케이션: 슬러리 펌프 부품, 사이클론 라이너, 노즐, 마모 라이너, 킬른 가구, 롤러. 극도의 화학적 순도가 주요 관심사가 아닌 복잡한 설계와 우수한 전반적인 성능이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.
• 소결 실리콘 카바이드(SSiC):
  • 제조: 소결 보조제와 함께 미세한 SiC 분말로 만들어져 모양을 만든 다음 불활성 분위기에서 매우 높은 온도(일반적으로 2000°C 이상)로 소결합니다.
  • 속성: 매우 높은 순도(일반적으로 >98-99% SiC). 우수한 경도, 다양한 화학물질(강산 및 염기 포함)에 대한 우수한 내식성, 극한 온도(최대 1600°C 이상)에서의 높은 강도 및 우수한 내마모성을 나타냅니다. 복잡한 모양으로 가공하기가 더 까다로울 수 있습니다.
  • 중장비 애플리케이션: 화학 펌프 씰 및 베어링, 부식성 유체용 밸브 부품, 고온 열교환기 튜브, 고급 버너 노즐, 반도체 공정 장비 부품(전통적인 의미의 '중장비'에는 덜 해당되지만 일부 첨단 산업 기계에 적용 가능). 가장 까다로운 마모, 부식 및 고온 환경에 가장 적합합니다.
• 질화물 결합 실리콘 카바이드(NBSiC):
  • 제조: SiC 입자는 질화규소(Si3N4) 상으로 결합되어 있습니다.
  • 속성: 열충격 저항성이 우수하고 강도가 높으며 내마모성이 우수합니다. 일반적으로 특정 애플리케이션에서 SSiC보다 비용 효율적입니다. 용융 비철금속에 대한 내성이 우수합니다.
  • 중장비 애플리케이션: 세라믹 및 금속 소성용 가마 가구, 알루미늄 제련소용 부품, 열전대 보호 튜브, 일부 유형의 마모 라이너. 적당한 비용으로 우수한 열 순환 안정성과 내마모성이 요구되는 애플리케이션에 적합합니다.
• 재결정화 실리콘 카바이드(RSiC):
  • 제조: SiC 입자는 소결 보조제 없이 매우 높은 온도에서 자체 결합되어 다공성 구조를 형성합니다.
  • 속성: 상호 연결된 다공성으로 인해 열충격 저항성이 뛰어나고, 매우 높은 온도 안정성(1650°C 이상에서 사용 가능)과 우수한 강도를 자랑합니다. 다공성은 밀봉하지 않으면 마모나 액체 부식의 단점이 될 수 있습니다.
  • 중장비 애플리케이션: 고온 가마 가구(빔, 플레이트, 세터), 버너 노즐, 라디언트 튜브. 주로 직접적인 연마 마모가 주요 문제가 되지 않거나 다공성이 열충격에 유리한 고온 구조물 용도에 적합합니다.

중장비용 일반적인 SiC 등급 비교:

속성	반응 결합 SiC(RBSiC)	소결 SiC(SSiC)	질화물 결합 SiC(NBSiC)	재결정 실리콘 카바이드(RSiC)
일반적인 SiC 함량	85-92%(유리 Si 포함)	>98%	70~80% SiC(Si3N4 바인더 사용)	>99%(다공성)
실리콘 침투 SiC 매트릭스에 의해 결합된 SiC 입자, 잔류 유리 실리콘	~1350°C	~1600-1800°C	~1400-1550°C	~1650-1900°C
경도(Knoop)	~2500-2800	~2600-2900	~2200-2500(매트릭스에 따라 다름)	~2300-2600(곡물에 따라 다름)
굴곡 강도(RT)	250-400 MPa	400-550 MPa	150-350 MPa	50-150 MPa(특정 처리에 따라 더 높아질 수 있음)
열 충격 저항	양호에서 우수로	Good	매우 좋음	우수
내식성	양호(Si 상은 특정 화학 물질에 의해 공격받을 수 있음)	우수	∼1200−1500 (매트릭스)	26360: 양호(기공성의 영향)
상대적 비용	보통	높음	보통에서 높음	보통에서 높음
일반적인 중장비 용도	마모 부품, 노즐, 펌프 구성품, 복잡한 형상	고순도 씰, 베어링, 극한 마모/부식 부품	가마 가구, 금속 접촉 부품, 열충격 응용 분야	고온 용광로 부품, 세터, 버너

올바른 SiC 등급을 선택하려면 응용 분야의 기계적, 열적, 화학적, 경제적 요구 사항을 면밀히 분석해야 합니다. 경험이 풍부한 실리콘 카바이드 전문가와의 상담을 통해 이 선택 과정을 안내하여 중장비의 신뢰성과 수명을 극대화하는 최적의 소재 선택을 보장할 수 있습니다.

중장비의 SiC 제품을 위한 설계 고려 사항

중장비용 실리콘 카바이드로 부품을 설계하려면 기존 금속으로 설계하는 것과는 다른 접근 방식이 필요합니다. SiC의 고유한 특성, 특히 경도와 취성은 까다로운 서비스 조건에서 제조 가능성, 구조적 무결성 및 최적의 성능을 보장하기 위해 설계 단계에서 신중하게 고려해야 합니다. 효과적인 설계는 SiC의 이점을 극대화할 뿐만 아니라 세라믹과 관련된 잠재적인 고장 모드를 완화합니다.

주요 설계 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 취성 관리:
  • 날카로운 모서리 및 가장자리를 피하십시오: 날카로운 내부 및 외부 모서리는 응력을 집중시키는 역할을 합니다. 응력을 더 고르게 분산시키기 위해 넉넉한 반경과 모따기를 적용해야 합니다.
  • 인장 응력 최소화: 세라믹은 장력보다 압축에 훨씬 강합니다. 설계는 가능한 한 SiC 부품이 압축 하중을 받지 않도록 하는 것을 목표로 해야 합니다.
  • 충격 저항: 일부 SiC 등급은 다른 등급보다 충격에 대한 인성이 더 우수하지만, 일반적으로 SiC는 금속보다 충격에 의한 손상에 더 취약합니다. 설계 고려 사항에는 SiC 부품을 차폐하거나, 규정을 준수하는 중간층을 사용하거나, 충격을 피할 수 없는 경우 쉽게 교체할 수 있도록 설계하는 것이 포함될 수 있습니다.
• 형상 및 제조성:
  • 단순성: 복잡한 형상도 가능하지만, 특히 RBSiC를 사용하면 더 단순한 형상이 일반적으로 제조 비용이 더 효율적이고 가공 중 내부 응력이 덜 발생합니다.
  • 벽 두께: 매우 얇은 벽은 깨지기 쉽고 일관되게 제조하기 어려울 수 있습니다. 최소 벽 두께는 부품의 전체 크기와 특정 SiC 등급에 따라 다르지만 제조업체와 상의해야 합니다. 소결 시 차등 수축과 응력을 피하려면 벽 두께가 균일한 것이 좋습니다.
  • 종횡비: 매우 길고 가느다란 부품이나 종횡비가 높은 부품은 뒤틀림이나 갈라짐 없이 제작하기가 어려울 수 있습니다.
  • 드래프트 각도: 프레스 부품의 경우 금형에서 쉽게 배출하기 위해 구배 각도가 필요할 수 있습니다.
• 공차 및 가공:
  • 소결 공차 대 가공 공차: 소결 후 다이아몬드 연삭이 필요한 부품과 소결 상태 부품의 달성 가능한 공차를 이해합니다. 가공은 비용이 추가되지만 훨씬 더 엄격한 공차를 허용합니다. 꼭 필요한 경우에만 엄격한 공차를 지정하십시오.
  • 표면 마감: 용도에 따라 필요한 표면 마감을 지정합니다(예: 씰의 경우 매끄러운 표면, 마모 인터페이스의 경우 특정 거칠기).
• 가입 및 조립:
  • 열팽창 불일치: SiC는 일반적으로 금속보다 열팽창 계수(CTE)가 낮습니다. SiC 부품을 금속 부품과 조립할 때는 열 순환 중 응력 축적을 방지하기 위해 설계에서 이러한 CTE 불일치를 고려해야 합니다. 여기에는 규정을 준수하는 중간층, 특정 기계적 클램핑 방법 또는 특수 합금을 사용한 브레이징이 포함될 수 있습니다.
  • 첨부 방법: SiC 부품을 어떻게 부착하거나 통합할지 고려하세요. 옵션으로는 기계적 고정(클램핑, 주의해서 볼트 체결), 간섭 맞춤(수축 맞춤), 브레이징 또는 접착 결합(저온 애플리케이션용) 등이 있습니다. 설계에는 선택한 조립 방법에 적합한 기능이 포함되어야 합니다.
  • 부하 분산: 하중이 SiC 부품에 고르게 분산되도록 하세요. 점 하중은 높은 국부 응력과 파손으로 이어질 수 있습니다. 필요한 경우 규정을 준수하는 개스킷이나 패드를 사용하세요.
• 응력 분석:
  • 유한 요소 분석(FEA): 중요한 애플리케이션이나 복잡한 형상의 경우 FEA를 수행할 것을 적극 권장합니다. 이를 통해 고응력 영역을 식별하고 제조 전에 SiC의 특정 재료 특성(예: 고장 확률에 대한 웨이불 계수)을 고려하여 설계를 최적화할 수 있습니다.
• 환경적 요인:
  • 극한 작동 온도 및 사이클링: 적절한 열충격 저항성과 고온 강도를 갖춘 등급을 선택하세요.
  • 부식성 매체: 선택한 SiC 등급(예: 독성 화학 물질용 SSiC)이 화학 환경과 호환되는지 확인합니다.
  • 미디어의 마모성: 컴포넌트가 만나게 될 연마재의 입자 크기, 경도 및 속도를 고려합니다.

최종 사용자의 설계 팀과 SiC 제조업체의 기술 전문가 간의 초기 협업은 매우 중요합니다. 이러한 협업 접근 방식을 통해 설계가 성능과 제조 가능성 모두에 최적화되어 중장비를 위한 안정적이고 비용 효율적인 SiC 부품으로 이어질 수 있습니다.

공차, 표면 마감 및 SiC 부품의 치수 정확도

중장비에 실리콘 카바이드 부품을 성공적으로 통합하고 성능을 발휘하려면 정확한 공차, 표면 마감 및 전반적인 치수 정확도를 달성하는 것이 중요합니다. SiC의 극한의 경도를 고려할 때 이러한 소재를 성형하고 마감하려면 주로 다이아몬드 연삭 및 래핑과 같은 특수 기술이 필요합니다. 이러한 공정의 기능과 한계를 이해하면 현실적이고 비용 효율적인 요구 사항을 지정하는 데 도움이 됩니다.

치수 허용오차:

• 소결된 공차: 프레싱 및 소결(예: SSiC, NBSiC) 또는 반응 결합(RBSiC) 등의 공정을 통해 생산된 부품은 '소결 상태' 또는 '소성 상태'의 공차를 갖습니다. 이러한 공차는 일반적으로 고온 공정 중 수축 변화로 인해 더 넓습니다. 일반적인 소결 공차는 부품의 SiC 등급, 크기, 복잡성에 따라 치수의 ±0.5%에서 ±2%까지 다양합니다. 예를 들어, RBSiC는 순 수축률이 낮기 때문에 소결 치수 제어가 더 나은 경우가 많습니다.
• 소결 또는 반응된 상태로 사용할 수 더 높은 정밀도가 필요한 애플리케이션의 경우 다이아몬드 연삭을 사용한 소결 후 가공이 필요합니다. 이 공정을 통해 훨씬 더 엄격한 허용 오차를 달성할 수 있습니다.
  • 표준 접지 허용 오차: 일반적으로 ±0.025mm ~ ±0.05mm(±0.001″ ~ ±0.002″) 범위입니다.
  • 정밀 연삭 공차: 보다 엄격한 연삭 공정을 통해 중요 치수에서 ±0.005mm~±0.01mm(±0.0002″ ~ ±0.0004″)의 엄격한 허용 오차를 달성할 수 있습니다. 매우 엄격한 공차(예: ±0.002mm 미만)도 가능하지만 비용이 크게 증가하므로 기능에 절대적으로 필요한 경우에만 지정해야 합니다.
• 기하 공차: 선형 치수 외에도 씰, 베어링, 샤프트와 같은 중장비 부품에는 평탄도, 평행도, 직각도, 진원도 및 동심도와 같은 기하학적 치수 및 공차(GD&T)가 매우 중요한 경우가 많습니다. 다이아몬드 연삭은 높은 수준의 기하학적 정확도를 달성할 수 있습니다. 예를 들어, 랩핑된 표면에서 몇 광대역(미크론)의 평탄도 값을 달성할 수 있습니다.

표면 마감:

SiC 부품의 표면 마감은 특히 마모 및 밀봉 애플리케이션에서 성능에 큰 영향을 미칩니다.

• 소결된 상태 표면: 소결된 부품의 표면 마감은 일반적으로 더 거칠며 금형 표면, 초기 분말의 입자 크기 및 소결 공정에 따라 달라집니다. Ra(평균 거칠기) 값은 1µm에서 5µm 이상 범위일 수 있습니다.
• 연삭된 표면: 다이아몬드 연삭은 표면 마감을 크게 향상시킵니다. 일반적인 연마 표면은 0.2µm에서 0.8µm 사이의 Ra 값을 얻을 수 있습니다. 이는 많은 동적 마모 애플리케이션에 적합합니다.
• 래핑 및 연마된 표면: 기계식 씰이나 고정밀 베어링과 같이 매우 매끄러운 표면이 필요한 응용 분야에서는 연삭 후 래핑 및 연마 작업을 사용합니다.
  • 래핑된 표면: 0.02µm ~ 0.1µm의 Ra 값을 달성할 수 있습니다. 이 표면은 매우 평평하며 우수한 밀봉면을 제공합니다.
  • 연마된 표면: 때로는 Ra까지 더 미세한 마감을 구현할 수 있습니다 < 0.01µm 이하로 거울과 같은 외관을 구현합니다. 이는 일반적으로 고도로 전문화된 애플리케이션에 사용됩니다.

달성 가능한 정확도 및 마무리에 영향을 미치는 요소:

• SiC 등급: SiC 등급의 미세 구조(예: 입자 크기, RBSiC의 유리 실리콘과 같은 이차 상 존재)는 가공 특성과 달성 가능한 최종 마감에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 부품 형상 및 크기: 복잡한 모양, 내부 특징, 매우 크거나 아주 작은 부품은 균일한 공차와 마감을 달성하는 데 어려움이 있을 수 있습니다.
• 가공 프로세스 및 장비: 다이아몬드 공구 유형, 연삭기, 래핑 컴파운드, 작업자 기술 등이 모두 중요한 역할을 합니다.
• 비용 영향: 더 엄격한 공차와 더 미세한 표면 마감은 항상 SiC 가공의 어려움으로 인해 처리 시간 증가와 비용 증가로 이어집니다. 과도한 엔지니어링과 과도한 비용을 피하려면 애플리케이션에 꼭 필요한 요구 사항을 지정하는 것이 필수적입니다.

맞춤형 SiC 부품을 주문할 때는 GD&T가 포함된 상세한 엔지니어링 도면을 통해 치수 및 표면 마감 요구 사항을 명확하게 전달하는 것이 필수적입니다. 숙련된 SiC 제조업체와 협력하면 주어진 중장비 애플리케이션에 대해 실질적으로 달성 가능하고 최적의 제품을 결정하는 데 도움이 됩니다.

중장비의 내구성 향상을 위한 후처리 요구 사항

실리콘 카바이드는 본질적으로 뛰어난 경도와 내마모성을 지니고 있지만, 특정 후처리 단계를 통해 내구성을 더욱 향상시키고, 특정 상호작용에 맞게 표면 특성을 조정하거나 중장비 조립에 적합하도록 준비할 수 있습니다. 이러한 공정은 일반적으로 1차 성형(소결/접합) 및 초기 가공 단계 이후에 적용됩니다.

SiC 구성 요소의 일반적인 후처리 단계는 다음과 같습니다:

• 정밀 연삭:
  • 목적: 앞서 설명한 바와 같이, 이는 단순한 개선이 아닌 근본적인 단계인 경우가 많습니다. 정밀한 치수 공차, 기하학적 정확도(평탄도, 평행도, 원형도), 결합 부품에 적합한 표면 마감을 달성하는 데 매우 중요합니다.
  • 프로세스: 다양한 그릿의 다이아몬드 연삭 휠을 사용합니다. 거친 연삭은 재료를 빠르게 제거하는 반면, 미세 연삭은 최종 치수와 매끄러운 표면을 구현합니다.
  • 내구성에 대한 이점: 적절한 맞춤과 정렬을 보장하여 치수가 맞지 않는 부품에서 발생할 수 있는 응력 집중과 고르지 않은 마모를 줄입니다. 또한 표면이 더 매끄러우면 동적 응용 분야에서 마찰과 초기 마모율을 줄일 수 있습니다.
• 래핑 및 연마:
  • 목적: 기계식 씰, 고성능 베어링 또는 광학 부품(일반적인 중장비에서는 덜 일반적이지만)과 같은 애플리케이션에서 매우 평평하고 매끄러운 표면을 구현하는 데 필수적입니다.
  • 프로세스: 래핑은 SiC 부품과 랩 플레이트 사이에 느슨한 연마 슬러리(주로 다이아몬드 입자)를 사용합니다. 폴리싱은 더 미세한 연마재와 특수 패드를 사용하여 거울과 같은 마감을 구현합니다.
  • 내구성에 대한 이점: 씰링 애플리케이션에서 랩핑된 표면은 누출과 마모를 최소화하여 씰 수명을 연장합니다. 베어링의 경우 매우 매끄러운 표면은 마찰, 열 발생 및 마모를 줄여줍니다.
• 모서리 호닝/모따기:
  • 목적: 컴포넌트 가장자리에 날카로운 모서리를 제거하고 작은 경사 또는 반경을 만들 수 있습니다.
  • 프로세스: 제어된 연삭, 미디어를 사용한 텀블링 또는 특수 연마 기술을 통해 수행할 수 있습니다.
  • 내구성에 대한 이점: SiC는 부서지기 쉬우며 날카로운 모서리는 취급, 조립 또는 작동 중에 칩핑이 발생하기 쉽습니다. 에지 호닝은 이러한 위험을 크게 줄여 부품의 전반적인 견고성을 개선하고 작은 칩이 균열이 시작되는 지점이 되는 것을 방지합니다.
• 의 강도와 취급 안전성을 향상시킬 수 있습니다.
  • 목적: 표면에서 오염 물질, 가공 잔여물 또는 느슨한 입자를 제거합니다. 특정 기능을 위해 특수 표면 처리가 적용될 수 있지만, 벌크 SiC 마모 부품의 경우 덜 일반적입니다.
  • 프로세스: 초음파 세척, 화학적 에칭(특정 경우에만 주의해서 사용) 또는 플라즈마 처리.
  • 내구성에 대한 이점: 접착제나 코팅을 사용하는 경우 적절한 접착을 위해서는 깨끗한 표면이 필수적입니다. 표면 결함이나 오염 물질을 제거하면 경우에 따라 피로 수명이 향상될 수도 있습니다.
• 밀봉(다공성 등급의 경우):
  • 목적: 특정 유형의 RSiC 또는 다공성 변종과 같은 일부 SiC 등급은 p를 줄이기 위해 밀봉이 필요할 수 있습니다