질화규소 세라믹의 재료 특성은 무엇인가요?

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질화규소 세라믹은 첨단 무기 비금속 소재로서 뛰어난 성능으로 인해 많은 산업 분야에서 대체 불가능한 역할을 하고 있습니다.

화학적 구성 및 구조적 특성
질화규소 세라믹의 화학식은 실리콘 원자와 질소 원자가 공유 결합을 통해 밀접하게 결합하여 형성된 화합물인 Si3N4입니다. 기본 구조 단위는 사면체의 중심에 실리콘 원자가 있고 사면체의 네 꼭지점에 네 개의 질소 원자가 있는 [SiN4] 사면체입니다. 이 사면체는 3개마다 원자를 하나씩 공유함으로써 3차원 공간에서 연속적이고 견고한 네트워크 구조를 형성하여 질화규소 세라믹에 고강도 및 저밀도 특성을 부여합니다.
질화규소 세라믹은 알파와 베타의 두 가지 결정 구조를 가지고 있으며, 둘 다 육각형입니다. 그 중 α-질화규소는 바늘 모양의 결정으로 나타나고, β-질화규소는 입상 결정으로 나타납니다. 이 두 가지 유형의 결정 구조의 차이로 인해 질화규소 세라믹의 성능 차이가 발생합니다.

물리적 속성
높은 강도와 경도: 실리콘 질화물 세라믹은 일반적인 굽힘 강도가 500~700MPa, 경도는 다이아몬드와 입방정질화붕소에 이어 두 번째로 높은 9 이상의 모스 척도로 매우 높은 굽힘 강도와 경도를 가지고 있습니다. 따라서 질화규소 세라믹은 고응력 환경에서도 안정적으로 작동하며 변형이나 균열이 덜 발생합니다.
뛰어난 고온 저항성: 질화규소 세라믹은 열 안정성이 매우 높아 최대 1400℃의 온도에서도 안정성을 유지할 수 있으며 열팽창이나 변형이 잘 일어나지 않습니다. 분해 온도는 공기 중에서 1800℃, 110MPa 질소에서는 1850℃까지 올라갑니다. 따라서 질화규소 세라믹은 고온 환경에 이상적인 선택입니다.
열충격 저항성이 우수합니다: 질화규소 세라믹은 열팽창 계수가 낮고 열전도율이 높기 때문에 열충격 저항성이 뛰어납니다. 1000℃까지 가열하고 찬물에 빠르게 부어도 파열되지 않습니다.
뛰어난 전기 절연성: 실리콘 질화물 세라믹은 전기 절연 성능이 뛰어나며 절연 저항은 일반적으로 10 ^ 12 Ω- cm 이상에 이릅니다. 유전체 강도는 일반적으로 20~30kV/mm로 높은 전기장 강도를 고장 없이 견딜 수 있습니다. 또한 유전 손실이 일반적으로 0.001 이하로 매우 낮기 때문에 고주파 애플리케이션에 적합합니다.

화학적 안정성
질화규소 세라믹은 산과 알칼리 내식성이 뛰어나 강산, 알칼리 등 열악한 환경에서도 영향을 받지 않고 장시간 사용할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 화학 공학 및 야금과 같은 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 동시에 질화규소 세라믹은 생체 적합성이 우수하여 인공 관절 및 치과 임플란트와 같은 의료 기기를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

적용 분야
실리콘 질화물 세라믹은 뛰어난 성능으로 여러 분야에서 광범위한 응용 가능성을 보여주었습니다:
기계 산업: 질화규소 세라믹은 베어링 볼, 롤러, 금형 및 새로운 세라믹 절삭 공구와 같은 핵심 부품으로 사용되어 기계 부품의 내마모성과 서비스 수명을 향상시킵니다.
화학 산업: 화학 산업에서 질화규소 세라믹은 볼 밸브, 펌프 본체, 연소 기화기, 필터 등과 같은 내마모성 및 내식성 부품으로 사용되어 화학 매체의 부식 및 누출을 효과적으로 방지합니다.
야금 산업: 야금 산업에서 질화규소 세라믹은 절단 코어 로드, 압출 금형, 와이어 드로잉 금형뿐만 아니라 압연 롤 및 컨베이어 롤과 같은 작업 금형을 만드는 데 사용되어 야금 장비의 생산 효율과 제품 품질을 향상시킵니다.
항공우주: 항공우주 분야에서 질화규소 세라믹은 우주선의 성능과 신뢰성을 향상시키는 엔진 부품 및 연소실 라이너와 같은 핵심 부품의 제조 재료로 널리 사용됩니다.
자동차 산업: 전기 및 하이브리드 차량이 증가함에 따라 질화규소 세라믹은 경량, 고강도, 고온 저항성으로 인해 터보차저 및 브레이크 시스템과 같은 분야에서 널리 사용되어 연비 및 주행 안전성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
전자 산업: 질화규소 세라믹은 우수한 전기 절연 특성으로 인해 반도체 장치, 전력 모듈, 커패시터는 물론 변압기, 스위치 기어, 모터와 같은 전기 장비에 널리 사용되어 장비의 안전성과 신뢰성을 보장합니다.

재료 과학 및 제조 기술의 지속적인 발전으로 질화규소 세라믹의 성능은 더욱 최적화되고 응용 분야도 계속 확대될 것입니다. 예를 들어, 나노 기술 개조를 통해 실리콘 질화물 세라믹의 맞춤형 성능을 달성하여 더 광범위한 산업 수요를 충족할 수 있습니다. 동시에 친환경적이고 저렴한 준비 공정의 연구 개발은 더 많은 분야에서 실리콘 질화물 세라믹의 대중화와 적용을 촉진하고 산업 업그레이드와 기술 혁신을 촉진 할 것입니다.

질화규소 세라믹은 뛰어난 성능으로 인해 여러 산업 분야에서 대체 불가능한 역할을 하고 있습니다.