고온용 질화규소 세라믹스

디자인 특징

1. 경량 및 고강도 설계
저밀도와 높은 강성: 밀도는 3.2~3.3 g/cm³에 불과하여(강철의 약 40% 정도) 벤딩 강도는 500~1000 MPa로, 무게에 민감한 항공우주 분야 및 고속 회전 부품(예: 터빈 로터 등)에 적합합니다.

박벽 구조 최적화: 유한요소해석(FEA)을 통해 박벽형 복잡한 형상을 설계하여 재료 사용량을 줄이면서도 하중 지지 능력을 유지합니다(예: 반도체 고정장치의 중공 구조).

2. 극한 환경에 내구성이 뛰어난 구조
고온 안정성: 설계 시 날카로운 모서리에서 발생하는 응력 집중을 피하고, 둥근 모서리 전환을 적용하여 1200°C에서도 열응력으로 인한 균열을 방지합니다(예: 노즐의 경사형 유로 설계).

열충격 저항성: 낮은 열팽창 계수(3.2×10⁻⁶/°C)를 갖추고 있어 금속 부품과 접합할 때에는 경사형 소재나 유연한 연결 구조를 사용합니다(예: 열기계적 결합을 위한 밀봉 링).

3. 기능 통합 설계
다중재료 복합재:

금속 삽입물: 세라믹과 금속 간의 접합 문제를 해결하기 위해 나사산이 내장된 슬리브나 금속 플랜지를 삽입합니다(예: 센서 하우징).

전도성 개질: TiN 또는 탄소섬유를 첨가하여 국부적으로 전도성을 부여합니다(예: 연료전지의 바이폴라 플레이트).

다공성 구조: 여과 또는 열방출을 위해 다공성을 제어 가능한 형태로 설계합니다(예: 용융 금속 필터의 경사형 기공).

응용 분야

1. 산업용 기계 및 제조
질화규소 세라믹 베어링은 저밀도, 고경도, 고온 내성, 자가윤활성 등의 특성을 지니며, 고속·고온·무윤활 또는 진공 환경에 적합합니다. 또한 수명이 기존의 강철 베어링보다 3~5배 더 깁니다.

2. 절삭 공구 및 블레이드
질화규소 세라믹 블레이드는 고경도(15GPa)를 가지며, 주철, 니켈 기반 합금, 티타늄 합금 등 절삭이 어려운 재료를 효율적으로 가공할 수 있어 공구 마모를 줄이고 가공 효율을 향상시킵니다.

3. 반도체 및 전자기기
질화규소 세라믹은 초고순도를 갖추고 있으며, 정전기 방지 및 플라즈마 부식 저항성을 지녀 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 취급, 에칭, CVD 등에 적합합니다.

4. 자동차 및 교통수단
질화규소 세라믹 터빈 로터는 금속보다 가벼워 터보 래그를 줄이고 엔진 응답 속도를 향상시키며, 고온 배기가스의 부식에도 강합니다(900°C).