친숙한 소재 세라믹의 폭넓은 활용법 및 장단점에 대해 해설한다

친숙한 소재 세라믹의 폭넓은 활용법 및 장단점에 대해 해설한다

세라믹이라고 하면, 도자기로 대표되는 것 같은 딱딱하지만 

깨지기 쉽다는 이미지가 있습니다.

 

현재 세라믹은 다양한 기능이 부가되어 우리 생활 곳곳에서 활용되고 있습니다.

이 포스팅에서는 세라믹의 폭넓은 활용법에 대해 해설합니다.

 

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세라믹이란

세라믹이라고 하면 도자기를 떠올리시는 분들도 많을 거예요.
세라믹이란 금속재료 및 유기화합물계의 소재를 제외한 

무기고체재료를 일컫는 말입니다.

재료는 비금속에 한정되지 않으며 금속과 비금속을 조합한 것이나 

금속산화물을 포함한 무기화합물 재료도 세라믹에 포함됩니다.

 

도자기나 시멘트, 유리 등의 천연계 원료를 이용하는 것을 전통적인 세라믹, 

인공적으로 조성 제어된 재료를 이용하는 것을 파인 세라믹이라고 부르는 경우도 있습니다.

그리고 전자 부품에서 건자재, 일용품, 의료 소재나 의료 기구에도 사용되고 있어 

우리 가까이에 침투하고 있는 소재라고 할 수 있습니다.

 

세라믹과 세라믹스의 차이

세라믹에 관한 글을 읽다가 세라믹스라는 용어를 본 적은 없습니까?

세라믹과 세라믹스, 그 차이는 어디에 있을까요?

실제로는 세라믹과 세라믹스 사이에 명확한 선긋기는 없는 것 같습니다.

세라믹을 원료, 재료에 대해 사용하고 세라믹을 사용하여 만들어진 것을

세라믹스라고 부르는 것이 일반적인 구분이지만,

명사로서 사용하는 경우는 세라믹, 형용사로서는 세라믹스라고 표현하는 경우도 있는 것 같습니다.

단지 업종이나 시대에 따라서도 호칭의 변천을 볼 수 있기 때문에, 

세라믹과 세라믹스는 거의 동의의 의미로 사용되고 있다고 생각해도 문제는 없을 것입니다.

 

세라믹의 원료

세라믹의 원료에는 비금속 원소로 이루어진 실리콘이나 다이아몬드,

무기 화합물 재료, 규석이나 점토 등의 천연 재료 등이 사용됩니다.

세라믹에 대해 '금속 이외의'라는 표현이 많이 사용되는데, 

이 경우의 '금속'은 금속 결정을 가리키고 있고,

원소로서의 금속은 세라믹의 재료에 포함됩니다.

 

파인 세라믹의 주요 원료로 알려진 알루미나는

산화 알루미늄이고, 마그네시아는 산화 마그네슘입니다.

비금속 원소로는 규소산화물과 탄화물, 질화물이 많고 질화규소와 

산화규소 등 천연에는 산출되지 않는 무기화합물 재료도 원료가 됩니다.

또한 천연 소재를 이용하는 도자기와 유리의 주성분은 산화규소입니다.

그 외 산화 알루미늄과 산화철, 석회와 산화 나트륨이 포함되어 있습니다.

 

파인 세라믹이란

파인 세라믹의 원료는 고순도로 정제한 천연 원료와 화학적으로 합성된 인공 원료 및 화합물입니다.

이러한 소재는 정제나 합성 과정에서 순도나 입자경, 

입자의 분포가 적절히 제어되고 있으며, 또한 그 소재를 온도관리가 

된 소성로에서 구움으로써 기존의 고전세라믹보다 고기능으로 내성이 강한 세라믹이 생성됩니다.

소재의 엄선과 제조 공정의 정밀 제어에 의해, 파인 세라믹은 

다양한 특성을 부여받아 신소재의 기수로서 반도체나 기계 부품 등에 이용되고 있습니다.

 

 

세라믹 활용법

세라믹은 그 특성을 살려 다양한 용도로 활용되고 있습니다.

그 용도는 소재로서 뿐만 아니라 코팅 소재나 흡착 소재 등의 용법에까지 미치고 있어 

기술의 진보에 따라 활용 범위는 더욱 넓어질 것으로 예상되고 있습니다.

 

소재로서의 세라믹의 특징

세라믹의 첫 번째 특징은 매우 딱딱하다는 것입니다.

또한 마모가 잘 일어나지 않으며 내열성이 있으며 부식에 강한 등의 특성도 가지고 있습니다.

단, 딱딱한 만큼 취성이 높은, 즉 깨지기 쉬운 점이 단점입니다.

높은 경도가 인성(소재의 끈기나 탄성)을 낮게 해, 

충격등으로 깨지기 쉬운 성질을 가져오는 것입니다.

그러나 세라믹은 다양한 원소를 조합할 수 있기 때문에 원소의 조합에 의해 

이러한 단점을 완화하는 특성을 가지는 것도 가능합니다.

 

세라믹은 이런 곳에도 활용된다

세라믹은 순수하게 소재로 사용될 뿐만 아니라 

다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

의외의 활용법으로서 세밀한 필터 구조로 공기중의 불순물이나

유해 물질을 제거하는 필터에 사용되고 있는 케이스등이 있습니다.

또 원소의 조합에 의해 다양한 특성을 창출할 수 있는 점으로부터,

전기 전도성이나 반도전성, 자성을 실현할 수 있기 때문에, 반도체나 전자 기기 분야에도 채용되고 있습니다.

이러한 공업적인 분야에서 식기나 식칼 등의 가정용품까지 

세라믹은 다양한 분야에서 활약하고 있습니다.

 

세라믹 코팅이란

세라믹 코팅이란, 소재의 표면에 세라믹 성분을 주체로 한 피막 형성하는 표면 처리 기술입니다.

세라믹 코팅은 다양한 종류가 있어 각각의 특징을 살린 선택이 필요합니다.

 

세라믹 코팅의 목적

일반적으로 세라믹 코팅이라고 불리는 것에 PVD법이나 CVD법에 의한 박막 코팅이 있습니다.

금속 재료나 플라스틱 등의 표면을 세라믹을 주체로 한 박막으로 덮어, 소재를 보호하는 것이 목적입니다.

세라믹 피막을 만들어 원래 소재의 내구성과 내열성을 향상시켜 

다양한 부하로부터 보호합니다.또한 세라믹 성분의 종류에 따라 

슬라이딩성이나 내마모성 등의 새로운 기능을 부가할 수 있습니다.

세라믹에는 인성이 낮다는 단점이 있지만, 코팅은 내충격성이나 

인성 부분을 코팅에 담당하게 하고, 세라믹이 가지는 이점을 소재에 

부가하는 상호작용적인 측면도 있습니다.

세라믹 코팅에는 후막 가공이 가능한 세라믹 용사부터 원적외선 효과를 기대할 수 있는 코팅까지 

다양한 종류가 있습니다.이하에서는, 각각의 세라믹 코팅에 대해 소개합니다.

세라믹 코팅(PVD법, CVD법)

PVD법이나 CVD법에 의한 세라믹 코팅은 가공 방법이나 소재에 따라 여러 종류가 있습니다.

질화 티타늄(TiN)이나 질화 크롬(CrN)을 이용한 질화물계 코팅은 주로 내마모성 및 내열성을 향상시킵니다.

산화알루미늄(Al₂O₃)이나 산화규소(SiO₂)를 이용하는 산화물계 코팅의 주목적은 내열성이나 절연성의 향상입니다.

탄화 티타늄(TiC)이나 탄화규소(SiC)를 이용한 탄화물계 코팅은 내마모성 

및 방열성을 높이고 비정질 탄소의 코팅은 내마모성, 내용착성을 높입니다.

이외에도 합금막이나 다층화막에 의한 코팅도 가능하여 다양한 기능성을 부가할 수 있습니다.

 

세라믹 코팅(세라믹 용사)

세라믹 용사는 세라믹 코팅의 가공 방법의 일종으로, 

세라믹 소재를 용융시켜 모재 표면에 분사시킴으로써 효율적으로 후막을 형성하고 코팅을 실시하는 기술입니다.

플라즈마 용사를 이용해 10,000℃를 넘는 고온,

또한 고속을 발휘하는 플라즈마 용사로 세라믹 소재를 용융시킨 상태로 소재 표면에 불어 성막을 실시합니다.

관련 기사: 표면 처리란?종류와 목적, 처리 방법 등 알아두고 싶은 기초 지식을 해설

 

세라믹 코팅(SGN 코팅)

세라믹 코팅에는 세라믹과 불소 수지를 조합한 타입의 코팅도 있습니다.

 

용 도	목적	코팅 기능
로울러	고온에서의 부재 보호	내마찰 방청
용접 히터 커버	부재 보호 및 용접 스패터 부착 방지	내열 비점착성
계란말이틀	원적외선 효과 눌림 방지	원적효과 비점착성
식품용 상판	원적외선 효과 눌림 방지	원적효과 비점착성

 

세라믹 코팅의 용도, 활용 사례에 대해 정리했습니다.

 

 

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