탄화규소(SiC)는 안정적인 화학적 특성, 높은 열 전도성, 낮은 열팽창 계수 및 탁월한 내마모성으로 유명합니다. 내마모성 재료, 구조용 세라믹, 내화물 및 야금과 같은 전통적인 분야에서 널리 사용되는 SiC는 또한 급성장하는 태양광 산업, 특히 결정질 실리콘 웨이퍼 생산에서 핵심 소재 역할을 합니다.
I. 탄화규소란?
카보런덤(carborundum)으로 알려진 탄화규소는 비중이 3.20~3.25이고 모스 경도가 9.5인 육각형 결정 화합물입니다. 산업적으로 생산된 SiC는 검은색과 녹색 변형으로 구분됩니다.
- 블랙 실리콘 카바이드:약 95%의 SiC를 함유하고 있으며 주로 유리, 세라믹, 내화물, 주철, 비철금속 등 인장강도가 낮은 재료에 사용됩니다.
- 녹색 실리콘 카바이드:97% 이상의 SiC를 함유하고 있으며 경질 합금, 티타늄 합금 및 광학 유리 가공은 물론 실린더 라이너 호닝 및 고속 강철 공구 정밀 연삭에 일반적으로 사용되는 자가 연마 특성으로 유명합니다.
II. 실리콘 카바이드 생산 공정
탄화규소는 자연적으로 희소하기 때문에 주로 합성됩니다. 생산 공정에는 석영 모래와 석유 코크스 또는 고품질 실리카를 혼합한 다음 2000~2500도 범위의 온도에서 전기로에서 합성하는 과정이 포함됩니다. 구체적인 방정식은 다음과 같습니다.
SiO2 + 3C → SiC + 2CO(엔탈피 변화: -46.8KJ 또는 11.20 kcal)
생성된 SiC 블록은 분쇄, 산-염기 세척, 자기 분리 및 스크리닝 또는 물 선택을 거쳐 다양한 등급의 SiC를 생산합니다.
III. 실리콘 카바이드의 응용
실리콘 카바이드는 다양한 산업 분야에 걸쳐 다양한 응용 분야를 자랑합니다.
- 건설 및 도자기 산업:박판 가마 가구 제조에 활용되는 SiC는 가마 부피를 줄이고 적재 용량과 제품 품질을 향상시키며 생산 주기를 단축합니다. SiC 세라믹은 뛰어난 내열성으로도 알려져 있어 가마와 용광로에 사용하기에 이상적입니다.
- 비철금속 제련:고온 저항성, 강도, 우수한 열 전도성 및 충격 저항성을 갖춘 SiC는 고온 간접 가열 장비의 재료로 사용됩니다. 응용 분야에는 레토르트 증류로, 증류로 트레이, 알루미늄 전해조, 구리 용해로 라이닝, 아연 분말로용 호형 플레이트가 포함됩니다.
- 철강 산업:SiC의 내식성, 내열 충격성 및 내마모성을 활용하여 SiC는 대형 용광로 라인에 사용되어 수명을 크게 연장합니다.
- 야금광석 드레싱 산업:다이아몬드 다음으로 경도가 높은 SiC는 강력한 내마모성을 나타내므로 내마모성 파이프, 임펠러, 펌프 하우징, 사이클론 및 광석 버킷 라이닝에 이상적인 소재입니다. 내마모성은 주철이나 고무에 비해 5-20배 높아 수명이 크게 연장됩니다.
- 에너지 절약 재료:SiC의 우수한 열 전도성과 열 안정성은 열교환기 제조에 이상적인 소재로, 연료 소비를 20% 줄이고 연료를 35% 절약합니다. SiC 기반 신소재는 항공우주 분야에서도 널리 사용되고 있습니다. 중국 최초의 화성 탐사선은 알루미늄 기반 탄화규소 및 기타 재료를 사용하여 제조될 수 있습니다.
- 반도체 및 광전지 산업:넓은 에너지 밴드갭, 높은 항복전계, 높은 열전도도, 높은 전자포화 드리프트 속도 등을 갖춘 SiC는 반도체 분야 최고의 소재로 꼽힌다. 청색 발광 다이오드, 자외선 검출기, 고전압 다이오드, 고출력 마이크로파 장치 및 다양한 고온 내성 고주파 장치에 사용됩니다.
IV. 과제 해결 및 협력 수용
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