탄화규소 세라믹의 주요 합성 원료는 석영 모래와 석유 코크스입니다. 탄화규소 세라믹 제조 공정은 주로 반응 소결, 무압소결, 열간 가압 소결, 재결정 소결의 네 가지 유형으로 구성됩니다. 이 중 반응 소결이 시장 점유율이 가장 높고, 무압소결은 우수한 성능을 제공하며, 열간 가압 소결은 비용이 더 많이 들고, 재결정 소결은 다공성 재료 생산에 사용됩니다. 탄화규소 세라믹은 엔지니어링 세라믹과 기능성 세라믹으로 구분되며, 전통적인 내화재, 리튬 배터리, 기계식 밀봉 링, 열교환기, 항공우주 및 기타 고급 응용 분야를 포함한 특수 분야에서 널리 사용됩니다. 방탄 탄화규소에 대한 시장 수요는 빠르게 증가하고 있으며, 신에너지 배터리 소결로에 사용되는 롤러 시장 규모도 상당하고 열교환 튜브 시장 또한 빠르게 확대되고 있습니다.
실리콘 카바이드 세라믹의 원자재, 생산 공정 및 시장 특성
탄화규소의 주요 합성 원료는 규사와 석유 코크스이며, 전 세계 생산 능력은 중국에 집중되어 있습니다. 탄화규소 세라믹 공정은 재결정 소결, 반응 소결, 무압 소결로 구분됩니다. 이 중 반응 소결 탄화규소가 시장 점유율이 가장 높습니다. 습식 성형에 적합하여 복잡한 형상의 부품 제조가 가능하지만, 고온 내성, 강도, 내마모성이 상대적으로 낮습니다. 이러한 제품의 생산은 높은 기술 장벽을 수반하며, 탄화규소 산업에서 가장 수익성이 높은 분야입니다. 탄화규소는 녹는점이 없어 용융되지 않고 고체와 기체 상태로 바로 전환됩니다.
1. 원자재 출처:
탄화규소의 주요 공급원은 인공 합성입니다. 중국에서 탄화규소 합성에 사용되는 원료는 주로 석영 모래와 석유 코크스이며, 생산 능력은 주로 닝샤, 간쑤, 신장 등 북서부 지역에 집중되어 있습니다. 탄화규소는 자연적으로 발생하는 양이 매우 적어 대부분 합성 방식으로 생산됩니다. 제련 공정은 상당한 에너지를 소비하고 환경 오염을 유발합니다. 제련 기업은 일반적으로 규모가 크고 산업 진입 문턱이 높습니다. 석영 모래는 일반적으로 현지에서 조달하는 반면, 석유 코크스는 화학 기업에서 공급합니다.
2. 세라믹 가공 기술:
탄화규소 세라믹 공정은 재결정 소결, 반응 소결, 그리고 무압력 소결로 구분됩니다. 반응 소결 탄화규소는 시장 점유율이 가장 높으며 습식 성형에 적합합니다. 3.05 g/cm³ 미만의 밀도를 가진 복잡한 형상의 부품을 생산할 수 있지만, 내열성, 강도, 내마모성은 상대적으로 낮습니다. 무압력 소결에는 일반적으로 약 0.5~0.6 미크론의 미세 분말 입자 크기가 필요합니다. 재결정 소결에서는 작은 탄화규소 입자를 가열하여 기화시킨 후 큰 입자를 결합시킵니다. 실제 응용 분야에서는 세 가지 소결 기법이 종종 중복됩니다.
3. 탄화규소
탄화규소는 녹는점이 없으며, 물리적 상태는 고체와 기체입니다. 즉, 용융상이 없습니다. 경도가 높아 분쇄 후 분쇄가 어렵습니다. 큰 탄화규소 블록이 분쇄되면 생성된 물질을 모래라고 합니다. 하류 미세 분말 회사들은 일반적으로 상류 생산자로부터 이 모래를 구매하여 분쇄한 후, 다음과 같은 방식으로 제품을 판매합니다. 분류이러한 미세 분말 제품은 하류 제조업체에 판매됩니다. 원래 탄화규소 블록의 순도는 미세 분말의 품질에 상당한 영향을 미칩니다. 이후 공정 단계에서는 유리 탄소, 미반응 실리카, 철과 같은 불순물을 제거하기 위해 블록을 산 처리해야 합니다.
4. 완제품
제품 제조, 특히 등급 분류 및 소결 공정의 기술 장벽은 높습니다. 완제품은 탄화규소 산업에서 가장 수익성이 높은 부문입니다. 내열 가마 설비, 기계적 밀봉, 기타 고온 부품과 같은 분야에 널리 사용됩니다. 재결정 소결 제품은 다공성이고 기계적 강도가 낮습니다. 주로 가마 설비 및 고강도가 필요하지 않은 기타 내열 소재에 사용됩니다. 방탄 탄화규소는 러시아-우크라이나 전쟁의 영향을 받은 유럽 국가들에서 주요 수요가 발생하면서 빠르게 발전하고 있습니다. 무압 소결 탄화규소 튜브는 열교환 분야에 사용되며 기존 열교환 소재를 점차 대체하고 있습니다.
반응 소결 공정은 탄화규소와 탄소를 사용하여 다공성 프리폼을 형성한 후, 고온에서 원소 실리콘을 함침시키는 공정입니다. 실리콘은 탄소와 반응하여 추가적인 탄화규소를 형성하고, 남은 기공은 미반응 실리콘으로 채워집니다. 최종 제품은 원래 탄화규소, 새롭게 형성된 탄화규소, 그리고 약 10% 원소 실리콘으로 구성된 복합 소재입니다. 반응 소결 탄화규소는 시장 점유율이 가장 높고, 습식 성형에 적합하며, 복잡한 형상의 부품을 생산할 수 있고, 밀도가 3.05 g/cm³ 미만입니다. 그러나 고온 내성, 기계적 강도, 내마모성이 상대적으로 낮습니다.
반응 소결에 사용되는 원료는 거칠고, 공정은 더 낮은 반응 온도를 필요로 하므로 생산 비용이 절감됩니다. 재결정 소결은 다공성이 높은 재료를 생성하는 반면, 반응 소결은 기공률이 최소인 치밀한 재료를 생성합니다. 하류 미세 분말 가공은 기술적 한계가 낮아 부가가치가 낮은 분야입니다. 제련 기업 중 핑메이는 높은 시장 점유율을 보유하고 있으며, 원판부터 미세 분말, 세라믹에 이르기까지 전체 가치 사슬에 걸쳐 사업을 운영하고 있습니다. 현재 탄화규소 생산 능력은 시장 수요를 충족하기에 충분하며, 원료 공급은 비교적 안정적으로 유지되고 있습니다.
실리콘 카바이드 세라믹의 시장 세분화 및 응용 분야
방탄 실리콘 카바이드에 대한 시장 수요가 빠르게 확대되고 있습니다. 신에너지 배터리 소결로용 롤러 시장 규모도 상당하며, 열교환 튜브 수요 또한 빠르게 증가하고 있습니다.
탄화규소 세라믹 시장은 반응 소결, 무압력 소결, 열간 가압 소결, 재결정 소결의 4개 부문으로 구분됩니다.
반응소결 낮은 생산 비용으로 인해 가장 큰 시장 점유율을 가지고 있으며 주로 전통적인 내화 응용 분야와 리튬 배터리 생산의 롤러에 사용됩니다.
무압력 소결 비용은 더 많이 들지만 성능이 더 뛰어나며 주로 기계적 밀봉 링과 열교환기에 사용됩니다.
열간 압착 소결 전반적으로 가장 뛰어난 성능을 제공하지만 비용이 많이 들고 항공우주와 같은 특수 분야에 주로 적용됩니다.
재결정 소결 상대적으로 성능이 낮은 다공성 재료를 생산하며 주로 가마 가구, 발열체, 자동차 배기 처리, 점화 장치, 노즐 및 포장 기질에 사용됩니다.
1. 반응소결
반응 소결은 탄화규소 세라믹 시장에서 가장 큰 점유율을 차지합니다. 이 기술은 주로 전통적인 내화재 및 리튬 배터리 소결용 롤러에 사용됩니다. 사용되는 원료는 거칠고, 공정은 비교적 낮은 온도에서 진행되므로 생산 비용이 낮습니다. 일반적인 제품 가격은 kg당 약 40~50위안입니다. 그러나 반응 소결 재료의 성능은 보통 수준이며, 내열성 및 기계적 저항성이 제한적입니다. 그럼에도 불구하고 이 방법은 광범위한 응용 분야에 적합합니다.
2. 무압력 소결
무압력 소결은 탄화규소 세라믹 시장의 또 다른 핵심 분야로, 주로 기계적 밀봉 링 및 열교환 분야에 사용됩니다. 비용은 높지만 반응 소결에 비해 내마모성, 내열성, 그리고 기계적 강도가 우수합니다. 일반적으로 0.5~0.6 미크론 크기의 매우 미세한 분말이 필요합니다. 성형체는 소결 중 변형되기 쉬우며, 최종 제품의 밀도는 98~99%입니다. 무압력 소결 탄화규소는 기계적 밀봉 링의 주요 소재로, 베어링 슬리브 및 방탄 분야에 널리 사용됩니다.
3. 열간압착소결
열간 가압 소결은 항공우주 및 기타 첨단 응용 분야에 주로 사용되는 최고 성능의 탄화규소 세라믹을 생산합니다. 비용이 많이 들지만, 뛰어난 경도, 내마모성, 내열성을 제공합니다. 원료 입자 크기는 일반적으로 약 3.5마이크론이며, 가열과 가압을 동시에 진행하여 99% 이상의 밀도를 달성합니다. 그러나 성형성이 좋지 않아 일반적으로 평판 생산에만 국한됩니다. 높은 비용과 제한된 성형 성능으로 인해 시장 규모가 상대적으로 작습니다.
4. 재결정소결
재결정 소결은 주로 성능이 낮은 다공성 재료를 생산하며, 가마 설비, 발열체, 자동차 배기가스 처리 장치, 점화 장치, 노즐 및 포장 기판에 일반적으로 사용됩니다. 이 공정은 첨가제 사용량이 적고 고순도를 달성합니다. 원료 입자 크기가 클수록 내열성이 향상됩니다. 혐기성 조건에서 재결정된 제품은 2000°C 이상의 온도를 견딜 수 있으며, 반응 소결된 재료는 산소 환경에서 최대 1400°C까지 견딜 수 있고, 무압 소결된 재료는 1600°C까지 견딜 수 있습니다. 내화 재료의 경우, 열충격 저항성이 매우 중요하며, 다공성 재료는 이러한 측면에서 우수한 성능을 보이는 경향이 있습니다.
5. 탄화규소 세라믹
탄화규소 세라믹은 엔지니어링 세라믹과 기능성 세라믹으로 구분됩니다. 엔지니어링 세라믹은 기계적 성능을 우선시하는 반면, 재결정 탄화규소는 기능성 세라믹 응용 분야를 위해 점점 더 개발되고 있습니다. 예를 들어, 다공성 탄화규소는 칩 제조 시 세라믹 흡착 컵에 일반적으로 사용됩니다.
6. 방탄 실리콘 카바이드
방탄 실리콘 카바이드 수요는 러시아-우크라이나 전쟁의 영향을 받는 유럽 국가들을 중심으로 빠르게 증가하고 있습니다. 단일 생산 시설은 일반적으로 하루 1~2톤의 생산 능력을 갖추고 있습니다. 신에너지 배터리 생산용 소결로에 사용되는 롤러 시장 규모는 약 10억 위안(약 1조 2천억 원)으로 추산되며, 생산 능력도 이와 유사합니다. 롤러는 이러한 생산 라인에서 구조 부품 역할을 합니다.
7. 실리콘 카바이드 튜브
탄화규소 세라믹 열교환관 시장은 빠르게 성장하고 있지만, 전체 규모는 여전히 작습니다. 탄화규소 튜브는 뛰어난 내식성과 내마모성으로 인해 기존의 스테인리스 스틸이나 흑연 튜브를 대체하고 있습니다. 역사적으로 탄화규소 세라믹의 주요 시장은 가마 설비, 기계적 밀봉, 베어링 및 기타 기계 부품이었습니다. 지난 2년간 시장 성장률의 약 50%는 러시아-우크라이나 분쟁과 같은 지정학적 요인에 기인하며, 신에너지 분야는 30%에서 40% 사이의 성장을 이끌었습니다.
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