섬유 강화재로 사용되는 붕소 카바이드
탄화붕소(화학식: B₄C )는 우수한 섬유 보강재로, 복합재 제조 분야에서 다이아몬드와 입방정 질화붕소에 이어 두 번째로 높은 초고경도, 높은 강도 대 중량비, 그리고 탁월한 화학적/열적 안정성으로 인해 그 가치가 높습니다. 보강재로서 탄화붕소의 핵심 용도는 복합재 매트릭스(예: 금속, 세라믹, 폴리머)의 기계적 특성 과 내환경성을 향상시키는 것입니다 .
섬유 강화재로서의 주요 응용 시나리오
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항공우주 및 방위 복합재
- 항공기 엔진 블레이드, 미사일 노즈콘, 장갑판과 같은 구성 요소를 제조하기 위해 경량 금속 매트릭스(예: 알루미늄, 티타늄 합금) 또는 세라믹 매트릭스(예: 알루미나, 탄화규소)를 강화하는 데 사용됩니다.
- 장점: 보론 카바이드 섬유는 전체 중량을 가볍게 유지하면서도 복합재에 높은 경도와 내마모성을 더해줍니다. 이는 항공기 연료 소비를 줄이고 장갑 이동성을 개선하는 데 중요합니다(예: 군용 방탄조끼).
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고온 산업용 부품
- 용광로 라이닝, 고온 노즐, 열 보호 실드(예: 산업용 가마 또는 로켓 발사 시스템)와 같은 제품의 내열 세라믹 복합재를 강화합니다.
- 근거: 최대 2400°C (불활성 분위기)의 온도에서도 구조적 안정성을 유지하고 산화에 강해 극한의 열에서도 복합재의 변형이나 분해를 방지합니다.
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내마모성 엔지니어링 부품
- 펌프 임펠러, 절삭 공구 모서리, 기계적 씰(광산, 석유 시추 또는 기계 제조에 사용)과 같은 고마모성 부품을 생산하기 위해 폴리머 매트릭스(예: 에폭시 수지) 또는 금속 매트릭스와 혼합됩니다.
- 장점: 높은 경도(모스 경도 ~9.3)로 인해 마찰이나 마모로 인한 표면 마모가 크게 줄어들어, 강화되지 않은 소재에 비해 부품의 수명이 2~5배 연장됩니다.
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원자력 산업 차폐 복합재
- 원자로나 방사성 폐기물 저장 시설의 중성자 차폐재로 사용되는 폴리머나 콘크리트 매트릭스를 강화합니다.
- 독특한 특성: 붕소 원자는 중성자를 흡수하는 강력한 능력(높은 중성자 포획 단면적)을 가지고 있어, 붕소 카바이드 섬유 강화 복합재는 과도한 무게를 더하지 않고도 유해한 방사선을 차단하는 데 효과적입니다.