1. 탄화규소의 선정 및 전처리
(1) 입자종류의 선정
입자 크기: 내마모성 요구 사항에 따라 다양한 메시 크기(일반적으로 200메시~2000메시)를 선택합니다.
거친 입자(50~200μm): 강한 충격 마모 시나리오(예: 광산 장비 코팅)에 사용됩니다.
미세입자(1~50μm): 미세한 내마모층(정밀기계 씰 등)에 사용
나노스케일(<1μm): 복합재료의 밀도와 표면 마감을 개선합니다.
형태:
각진 입자: 기계적 맞물림을 강화하고 마찰 계수를 증가시킵니다.
구형 입자: 유동성을 개선하고 접착제의 내부 응력을 감소시킵니다.
(2) 표면 개질
접착 매트릭스와의 호환성을 향상시키기 위해 SiC는 다음과 같은 표면 처리가 필요합니다.
실란 커플링제 처리(예: KH-550, KH-560): 에폭시 수지, 폴리우레탄 등의 유기 접착제와의 계면 결합 강도를 강화합니다.
산세척/알칼리세척: 표면 산화물을 제거하고 활성을 향상시킵니다.
플라즈마 처리: 고성능 나노복합소재에 적합합니다.
2. 첨가법 및 배합설계
(1) 직접혼합법
단계 : SiC입자와 접착매트릭스(예: 에폭시수지, 폴리우레탄)를 기계적 교반이나 초음파 분산을 통해 균일하게 혼합한다.
추가 비율:
낮은 하중(5%~15%): 접착제의 유연성을 유지하며 얇은 코팅에 적합합니다.
높은 하중(30%~60%): 내마모성이 크게 향상되지만, 취성 균열을 방지하기 위해 강화제(고무 입자 등)가 필요합니다.
(2) 경사분포설계
다층코팅 : 기판표면에 고SiC함량층(내마모성)을 먼저 도포한 후 저함량층(강화성)을 도포한다.
원심 침전법: 경화 전에 원심력을 이용해 표면에 SiC를 풍부하게 만듭니다(두꺼운 코팅에 적합).
(3) 복합 보강 시스템
다른 충전재와의 협력:
SiC + 흑연: 마찰 계수를 낮추어 자체 윤활 코팅에 적합합니다.
SiC + 탄소섬유: 충격 저항성과 열전도도를 향상시킵니다.
3. 경화 공정 최적화
온도 제어:
에폭시 수지 시스템: 80~150℃에서 경화하면 SiC 침전을 줄일 수 있습니다.
폴리우레탄 시스템: 실온에서 경화하려면 입자 응집을 방지하기 위해 장시간 교반이 필요합니다.
압력 지원: 열간 압착(예: 5~10MPa)은 SiC 충진 밀도를 증가시킬 수 있습니다.
4. 적용 시나리오 및 대표 사례
(1) 산업용 내마모 코팅
운송 파이프라인 라이닝: 40% SiC 에폭시 접착제를 첨가하면 내마모 수명을 3~5배 증가시킬 수 있습니다.
광산 기계: 폴리우레탄/SiC 복합 코팅(50% 하중)은 모래와 자갈 마모에 대한 뛰어난 내성을 가지고 있습니다.
(2) 항공우주용 실란트
나노-SiC(10%~20%) 변성 실리콘 고무는 고온(600℃) 및 마모에 강합니다.
(3) 자동차 브레이크 접착제인
SiC는 아라미드 섬유와 혼합되어 브레이크 패드 백킹에 사용되어 열 붕괴를 줄입니다.
5. 일반적인 문제 및 해결 방법
문제 1: 입자 침전
해결책: 기체 상태의 SiO₂나 셀룰로오스 증점제를 첨가하거나, 틱소트로피성 접착 매트릭스를 사용하세요.
문제 2: 약한 인터페이스 본딩
해결 방법: 커플링제 처리나 현장 중합을 이용해 SiC를 코팅합니다.
문제 3: 점도 증가
해결책: 입자 크기 등급(혼합된 조립 입자 + 미세 입자)을 최적화하거나 희석제를 추가합니다.
요약
내마모성 접착제에서 탄화규소의 핵심 가치는 경도(모스 경도 9.2)와 열 안정성(>1600℃)에 있습니다. 입자 매개변수, 표면 개질 및 공정 설계를 합리적으로 선택함으로써 접착제의 내마모성, 열전도도 및 기계적 강도를 크게 향상시켜 고하중 및 고온과 같은 극한의 작업 조건에 적합하게 만들 수 있습니다. 실제 적용에서는 과충전으로 인한 균열을 방지하기 위해 내마모성과 매트릭스 인성의 균형을 유지하는 것이 필수적입니다.