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오늘날의 기술에는 더 뛰어난 기계적, 열적, 화학적 특성을 갖춘 최신 세라믹이 필요합니다. 한편 시알론과 질화규소 세라믹은 단단하고 내마모성이 뛰어나며 열적으로도 안정적입니다. 실리콘 질화물과 알루미나를 결합하면 시알론의 파단 인성과 산화 저항성이 향상됩니다. 실리콘 질화물은 열팽창이 적고 열전도율이 높아 고온 애플리케이션에 이상적입니다. 항공우주, 자동차 및 전자 분야에서는 엔진 부품, 절삭 공구 및 반도체 공정 장비의 성능을 향상시키기 위해 이러한 세라믹을 사용합니다. 따라서 열악한 환경에서 성능과 내구성을 향상시킵니다.
실리콘, 알루미늄, 산소, 질소는 정교한 소재인 시알론 세라믹을 만듭니다. 시알론은 질화규소(Si3N4)의 실리콘과 질소 원자를 알루미늄과 산소로 대체하여 만들어집니다. 인성과 열 안정성이 향상됩니다. 시알론은 알파(α), 베타(β) 또는 혼합 상으로 분류할 수 있습니다. 단상 소재인 알파 시알론은 경도가 높고 고온에서 산화 저항성이 뛰어나 마모가 심한 용도에 사용됩니다.
베타 시알론은 서로 맞물리는 입자 구조, 파단 인성 및 열충격 저항성 덕분에 절삭 공구 및 마모 부품에 적합합니다. 혼합상 시알론은 알파와 베타 특성을 결합하면서 고온 적용을 위한 경도와 인성의 균형을 맞추고 있습니다.
고성능 실리콘 질화물 세라믹(Si3N4)은 실리콘과 질소 기반의 세라믹입니다. 이러한 실리콘 질화물 세라믹은 고강도, 파괴 인성 특성, 열 안정성 및 산화 저항성으로 주목할 만합니다. 실리콘 질화물은 반응 결합, 소결 또는 열압착 방식으로 제조됩니다. 질화 실리콘 분말은 다공성의 저항성 반응 결합 실리콘 질화물(RBSN)로 압축됩니다. 소결 실리콘 질화물(SSN)은 이트리아 또는 알루미나를 소결하면서 베어링 및 터빈 부품을 위한 높은 기계적 특성을 가진 고밀도 세라믹을 생산합니다. 열압착 실리콘 질화물(HPSN)은 열과 압력을 동시에 가하면서 제조합니다. 고성능 엔진 부품 및 전자 기판용으로 기계적 강도와 열전도율이 뛰어난 고밀도 세라믹입니다.
녹색 몸체는 질화규소(Si3N4) 세라믹 소결 과정에서 강력한 구조로 치밀화됩니다. 분해를 방지하기 위해 1750°C-1850°C의 질소에서 무압 소결이 이루어질 수 있습니다. 가스 압력 소결(GPD)은 최대 10MPa의 질소 가스 압력을 가하면서 치밀화를 증가시킵니다. 소결 온도를 1700°C까지 낮추고 이론적 밀도에 가까운 밀도에 도달할 수 있습니다. 고온 등방성 프레싱(HIP)은 고온(1600°C~1800°C)과 등방성 가스 압력(100~200MPa)을 결합하여 기계적 품질을 향상시킵니다. 소결 온도, 압력 및 환경을 조절해야 입자 성장, 기계적 강도가 향상되고 다공성이 낮아집니다.
β′-시알론 세라믹을 소결할 때 질화규소와 유사점도 있지만 차이점도 있습니다. 둘 다 고온 소결을 사용하지만, 시알론은 액체상을 형성하고 밀도를 높이기 위해 Y2O3와 MgO가 필요할 수 있습니다. 이 첨가제는 소결 온도를 1600°C~1750°C로 낮추고 일시적인 액상을 생성할 수 있습니다. 균일한 미세 구조 성장을 위해 입자를 용해하고 재침전시킵니다. 용해-확산-재침전 소결 공정은 입자 크기와 모양에 영향을 미칩니다. 미세 구조 제어는 파단 인성과 내마모성을 향상시킵니다. 따라서 고성능 시알론 세라믹에 필수적인 첨가제 및 소결 설정이 가능해집니다.
일반 애플리케이션
높은 경도, 내마모성 및 온도 안정성으로 인해 시알론 및 질화규소 세라믹(Si3n4)은 절삭 공구 및 연마재에 이상적입니다. 시알론 세라믹은 빠른 속도와 온도에서도 절삭 공구의 날카로움을 유지합니다. 따라서 공구 교체 빈도를 최소화합니다. 질화규소는 고속 주철 및 경질강 가공에서 생산성을 향상시킵니다. 자동차 엔진 부품과 터보차저에는 이러한 세라믹이 필요합니다. 낮은 열팽창과 강력한 열충격 저항성으로 혹독한 상황에서도 내구성이 뛰어납니다. 내마모성이 높고 마찰이 적으며 사용 수명이 길어 산업 장비 베어링과 롤러의 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
시알론과 질화규소 세라믹(Si3N4)은 열 충격과 화학적 복원력을 바탕으로 용융 비철금속을 처리할 수 있습니다. 이러한 소재는 열악한 환경에서도 급격한 온도 변화로 인한 파손을 방지합니다. 세라믹 열전대 피복은 신뢰할 수 있는 온도 측정으로 공정 제어를 제공합니다. 시알론 또는 질화규소 소재의 라이저 튜브와 로터 샤프트는 오염을 제한하고 용융 금속 취급을 보호합니다. 용융 금속 습윤성이 낮고 기계적 강도가 강해 주조 시간이 단축되고 효율성이 향상됩니다.
용융 비철 활동은 1000°C 이상의 온도와 부식성이 강한 반응성 금속에 직면할 수 있습니다. 이러한 조건은 흑연과 알루미나 열화를 가속화하여 잦은 교체와 더 큰 가용성 저하를 초래합니다. 또한 이러한 환경에서는 빠른 열 순환과 심각한 화학 반응을 견딜 수 있는 소재가 필요합니다. 부품 효율성과 수명을 위해서는 열 안정성, 내식성, 기계적 강도가 높은 새로운 소재가 필요합니다.
용융 비철 부문은 시알론 및 질화규소 세라믹의 이점을 활용합니다. 특히 시알론 세라믹은 강력한 열충격 저항성을 가지고 있습니다, 17.37 ± 0.48 GPa 의 경도와 극한 상황에서의 화학적 안정성을 제공합니다. 질화규소 세라믹은 낮은 열팽창 계수 덕분에 열 스트레스에도 내구성이 뛰어납니다(3.27×10(-6) °C)와 우수한 파단 인성 특성 덕분에 내구성이 뛰어납니다. 이러한 세라믹은 고온에서 산화되는 흑연과 달리 산화를 억제하는 실리콘 옥시니트라이드 층을 생성합니다. 따라서 표준 소재보다 수명이 길고 관리가 덜 필요합니다.
실리콘 질화물 열전대 덮개는 용융 금속 욕조에서 온도 센서를 보호합니다. 정확한 판독값과 센서 수명을 제공합니다. 또한 시알론 세라믹의 열적 및 기계적 복원력은 라이저 튜브에 도움이 됩니다. 이 제품은 저압 다이캐스팅의 핵심으로 고온에서도 성능과 형태를 유지하고 주조 결함을 줄이며 생산 효율성을 높입니다. 알루미늄 정 련에서 질화규소 로터 샤프트는 일정한 용융 금속과 부식성 플럭스에 직면하며 산화와 마모에 강합니다. 수리 비용을 절감하고 공정 신뢰성을 향상시킵니다.
시알론과 질화규소 세라믹 소결의 최신 발전으로 첨가제와 보조제가 개선되어 재료 특성이 향상되었습니다. 이트리아와 이터비아를 포함한 희토류 산화물은 치밀화 및 미세 구조의 균일성을 촉진합니다. 입자 경계상 발달을 촉진하고 소결 온도를 낮춰 파단 인성과 열 안정성을 높입니다. 무압 소결 및 스파크 플라즈마 소결(SPS)의 개선으로 정밀한 미세 구조 제어가 가능합니다. 그 결과 세라믹의 입자 크기가 200nm 이하의 초미세 입자에서 절정에 이를 수 있습니다. 소결 기간이 짧아지면 입자 형성이 감소하고 경도와 내마모성이 향상됩니다.
실리콘과 질화규소 세라믹(si3n4)이 생체의료 및 전자제품 분야에 진출하고 있습니다. 실리콘 질화물은 생체 적합성과 항균 특성으로 인해 척추 유합 및 치과 임플란트에 더 적합한 생체 의료용 임플란트 소재입니다. 열전도율이 높기 때문에(최대 85 W/m-K)과 전기 절연성 덕분에 이러한 세라믹은 전자제품의 고주파, 고온 부품에 사용됩니다. 열 충격과 기계적 마모에 대한 내성은 재생 에너지 업계에서 연구 중인 고효율 터빈 블레이드와 태양 전지 기판의 부품 미래와 성능을 강화합니다. 이러한 적응성 덕분에 급진적인 기술에서 중요한 역할을 할 수 있는 매력적인 후보가 될 수 있습니다. 따라서 이러한 창의적인 응용 분야에서 큰 진전이 있을 것으로 예상됩니다.
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