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탄화규소 세라믹스의 접합기술 개발

전문가 제언: ○ 탄화규소(SiC)는 대표적인 비산화물 세라믹스 재료이다. 최초에는 숫돌 등의 연마재료로 사용되었으나, 그 후 발열체와 배리스터(varistor) 등의 전기재료나, 내화물 등의 공업재료로 사용되었다.

○ SiC를 공업적으로 합성하는 Acheson방법은 규산(SiO2) 중에 탄소전극을 매몰시켜서 통전하여 얻는다. 이 방법 외에도 자기연소법, 화학기상성장법, 실리카 환원법, 등이 있다. 최근에는 MA(Mechanical Alloying)법에 의해서 고온처리 없이 기계적으로 화학물질을 생성시키는 방법이 개발되었다.

○ 탄화규소는 용융이 어려운 공유결합 화합물이므로 소결하기 어려운 물질이다. 그래서 소결체를 치밀화하기 곤란한 관계로 전기재료, 내화재료 용도에는 다공질(多孔質) 소결체가 주로 사용된다. 이 물질을 구조재로 확대 적용하려면, 소결 후 치밀한 세라믹스를 얻을 수 있어야 한다. 또 SiC 세라믹스끼리 효과적으로 접합할 수 있는 기술도 필요하다.

○ 이 반응소결 SiC 세라믹스를 얻기 위해서는, 먼저 SiC와 흑연을 혼합한 분말을 HIP, CIP 등으로 성형체를 만든다. 이때 감압 또는 불활성 분위기 속에서 약 1,420℃ 정도에서 소결한 후 용도에 따라서 기계적 가공을 거친다. 이렇게 만든 고강도 반응소결 SiC 세라믹스는 내마모성, 내열성, 고온 안정성, 경량성, 등의 우수한 기계적 특성을 가지고 있어서 기술 발전과 함께 그 용도가 점점 확대되고 있다. 최근에는 반도체 또는 액정 제조 장치에 사용되는 구조재료로, 파워 일렉트로닉스용 반도체 소자 재료 등으로도 주목받고 있다.

○ 탄화규소는 그 시장성으로 보아 산업에 미치는 파급효과가 매우 큰 재료이다. 따라서 세계 각국에서 경제적으로 제조할 수 있는 SiC 분말합성법 및 세라믹스 소결체, 대형 소결체 제조법 등에 대한 연구개발에 투자하고 있다. 우리나라에서도 많은 대학, 연구소, 등에서 이 분야에 대한 연구가 진행되고 있다. 최근 한국전기연구원에서는 반도체 전문업체와 공동으로 SiC 소재를 이용한 전력용 반도체를 공개했다.

저자: Shoko Suyama
자료유형: 학술정보