실리콘 카바이드 (SIC) 및 알루미늄 산화 알루미늄 (AL2O3)은 고급 세라믹 세계에서 가장 널리 알려진 재료 중 하나입니다. 두 재료 모두 경도, 강도 및 높은 열 안정성으로 높이 평가되므로 다양한 산업 응용 분야에 이상적인 후보자가됩니다. 그러나 경도를 비교할 때 결정 구조, 처리 방법 및 적합한 특정 용도를 포함하여 여러 가지 요소를 고려해야합니다. 이 기사에서는 실리콘 카바이드 및 산화 알루미늄의 특성, 특히 경도에 초점을 맞추고 실리콘 카바이드가 어떻게 만들어지는 지, 녹는 온도 및 소결 및 결정질 변이를 포함하여 다른 형태를 탐색 할 것입니다.
실리콘 카바이드는 SIC의 화학적 공식을 갖는 실리콘과 탄소의 화합물이다. 그것은 자연에서 가장 일반적으로 미네랄 Moissanite로 발견되며, 드문 일이며 운석에서 발생합니다. 그러나, 상업용 실리콘 카바이드는 일반적으로 고온에서 실리카 (SIO2)와 탄소 (C)의 조합을 통해 합성 적으로 생산된다.
실리콘 카바이드는 전통적으로 Acheson 공정으로 알려진 공정을 사용하여 만들어졌으며, 여기에는 섭씨 2,000 ~ 2,500 도의 온도에서 전기 용광로에서 실리카 모래와 탄소의 혼합물을 가열하는 것이 포함됩니다. 탄소는 실리카를 감소시켜 탄수화물 및 일산화탄소 가스를 형성합니다. 이 공정은 사용 된 특정 조건에 따라 입자 크기, 결정 구조 및 순도 측면에서 다양 할 수있는 제품을 산출합니다.
보다 진보 된 형태의 생산은 화학 증기 증착 (CVD)과 하위화 기술이 포함되며, 이는 고순도 실리콘 카바이드 결정을 생성 할 수 있습니다. 이러한 방법은 반도체 적용 또는 고전력 전자 제품과 같은 고성능 재료가 필요할 때 종종 사용됩니다.
실리콘 카바이드는 탁월한 경도로 유명하여 연마제 및 절단 도구에 이상적인 재료입니다. 재료의 경도는 일반적으로 MOHS 스케일을 사용하여 측정되는데, 여기서 다이아몬드는 스케일에서 가장 높은 10의 값을 할당합니다. MOHS 규모에서 실리콘 카바이드는 9 ~ 9.5로, 다이아몬드 바로 아래에 배치하여 가장 잘 알려진 재료 중 하나입니다. 이 놀라운 경도는 주로 재료의 결정 구조와 실리콘과 탄소 원자 사이의 강한 공유 결합에 기인합니다.
실리콘 카바이드의 결정 구조는 경도에서 중요한 역할을합니다. 실리콘 카바이드는 육각형 (6H) 및 입방 (3C) 구성을 포함한 다양한 결정 형태를 채택 할 수 있습니다. 육각형 형태는 가장 일반적이며 놀라운 경도와 열 안정성을 나타내므로 고성능 응용 분야에 적합합니다. 입방 형태는 여전히 매우 단단하지만 고유 한 전기 특성으로 인해 반도체 장치에서 더 일반적으로 사용됩니다.
실리콘 카바이드 결정의 강력한 원자 구조로 인해 마모, 부식 및 열 분해에 대한 저항성이 우수합니다. 이러한 특성으로 인해 항공 우주, 자동차 및 군용 응용 분야와 같은 가혹한 환경에서 구성 요소가 극단적 인 조건에 노출되는 가혹한 환경에서 사용할 수있는 훌륭한 자료가됩니다.
다른 재료에 대한 탄화물의 또 다른 중요한 장점은 높은 용융 온도입니다. 실리콘 카바이드의 용융 온도는 섭씨 약 2,700도이며, 이는 산화 알루미늄 (섭씨 약 2,072도)의 알루미늄보다 실질적으로 높다. 이 높은 용융 온도는 실리콘 카바이드가 용광로, 로켓 노즐 및 전력 전자 장치에 사용되는 부품과 같은 열 유발 분해에 대한 높은 열 안정성과 내성을 필요로하는 응용 분야에서 뚜렷한 이점을 제공합니다.
구조적 무결성을 잃지 않고 극도의 온도를 견딜 수있는 능력은 실리콘 탄화물이 경도와 내열을 요구하는 산업에서 인기있는 선택입니다. 또한, 재료의 열 전도도는 우수하여 효율적인 열 소산을 돕고 고출력 장치의 과열을 방지합니다.
소결 실리콘 카바이드는 밀도가 높고 고체 물질을 형성하기 위해 압력하에 분말 실리콘 탄화물을 가열함으로써 생성 된 실리콘 탄화물 형태를 지칭한다. 이 소결 과정은 고온을 사용하여 실리콘 탄화물 곡물이 함께 결합하여 다공성을 제거하고 재료의 전반적인 강도를 증가시키는 것을 포함합니다.
소결 실리콘 카바이드는 내마모성 구성 요소, 열교환 기, 씰 및 베어링을 포함한 광범위한 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 소결 공정은 다른 수준의 밀도 및 다공성을 생성하기 위해 제어 될 수 있으며, 특정 응용 분야에 적합한 맞춤형 기계적 특성을 허용합니다. 또한 소결 실리콘 카바이드 재료는 높은 경도, 내마모성 및 높은 열전도율을 포함하여 원래 물질의 기본 특성을 유지합니다.
알루미나 (AL2O3)로도 알려진 알루미늄 산화 알루미늄은 또 다른 널리 사용되는 세라믹 물질입니다. 실리콘 카바이드와 마찬가지로 Alumina는 경도와 힘으로 높은 가치가 있습니다. 연마재, 절단 도구 및 산업 세라믹에 일반적으로 사용됩니다. 산화 알루미늄은 바이어 공정을 통해 수산화 알루미늄을 함유하는 광석 인 보크 사이트를 정제하여 생산됩니다. 이어서, 재료는 고온을 앓고 밀도가 높고 견고한 형태의 산화 알루미늄을 생성한다.
산화 알루미늄의 경도는 인상적이며 MOHS 스케일 등급은 9입니다. 이는 실리콘 카바이드보다 약간 더 부드럽지만, 특정 결정 구조에 따라 최대 9.5의 MOH 등급을 가질 수 있지만 사용 가능한 가장 어려운 재료 중 하나입니다. 경도의 이러한 약간의 차이에도 불구하고, 산화 알루미늄은 실리콘 카바이드에 비해 우수한 전기 절연 특성과 더 낮은 생산 비용을 포함하여 자체 장점이 있습니다.
실리콘 카바이드와 산화 알루미늄의 경도를 비교할 때, 실리콘 카바이드가 일반적으로 가장자리를 가지고 있음이 분명합니다. 앞에서 언급 한 바와 같이, 실리콘 카바이드는 MOHS 규모에서 최대 9.5 순위를 매길 수있는 반면, 알루미늄 산화 알루미늄은 일반적으로 9로 평가됩니다.이 약간의 차이는 언뜻보기에는 중요하지 않을 수 있지만 경도와 내마모성이 중요한 산업 응용 분야에서도 가장 작은 차이조차도 큰 영향을 줄 수 있습니다. 실리콘 카바이드의 더 강한 원자 결합과 더 강성 결정 구조는 우수한 마모 저항성과 전반적인 경도를 제공하여 극심한 내구성이 필요한 고성능 적용을위한 더 나은 선택입니다.
두 자료 모두 많은 유사성을 공유하지만 고유 한 특성으로 인해 다른 응용 분야에 더 적합합니다. 우수한 경도, 높은 융점 및 우수한 열전도율을 갖춘 실리콘 카바이드는 고성능 환경에서 사용하기에 이상적입니다. 종종 절단 도구, 연마제 및 고온 성분의 제조에 사용됩니다. 물질의 마모 및 열 충격에 대한 저항은 자동차 및 항공 우주 산업, 특히 브레이크 디스크, 터보 차저 및 스러스트 와셔와 같은 구성 요소에서 사용하기에 이상적입니다.
반면, 알루미늄 산화 알루미늄은 전기 절연 또는 비용 효율성이 우선 순위 인 응용 분야에서 더 일반적으로 사용됩니다. 전자 제품, 전기 절연체 및 절단 도구에서 종종 발견됩니다. 특히 비용이 적고 처리의 용이성이 중요한 고려 사항 일 때 종종 발견됩니다.
결론적으로, 실리콘 카바이드 및 산화 알루미늄은 모두 인상적인 특성을 가진 매우 단단한 물질이지만, 실리콘 카바이드는 일반적으로 산화 알루미늄보다 단단한 것으로 간주된다. 높은 용융 온도 및 우수한 열전도율과 결합 된 MOHS 경도 등급이 높을수록 실리콘 카바이드는 많은 산업 응용 분야에서 뚜렷한 이점을 제공합니다. 연마제, 고온 구성 요소 또는 고급 전자 제품에 관계없이 실리콘 카바이드의 우수한 경도는 광범위한 까다로운 용도로 선택된 재료입니다.
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