세라믹섬유

세라믹섬유(ceramic fiber)

세라믹섬유 종이

세라믹섬유(ceramic fiber)는 무기섬유(無機纖維)의 일종으로 내열성·내식성(耐蝕性)·내마찰성이 뛰어난 세라믹계 물질로 만든 섬유이다. 알루미나 실리카 (alumina silica)계의 물질을 녹여서 섬유로 만든다. 필요에 따라 붕산(硼酸) 글라스, 지르코니아(zirconia), 산화 크롬 등을 더한다. 2,000℃ 이상의 고온에서 원료를 용융하여 섬유로 한다. 내화섬유(耐火纖維)로 사용된다.

세라믹섬유는 금속산화물, 금속탄화물, 금속질화물 등의 혼합물로 이루어지는 다결정성의 내화재료이다. 출발 원료가 다양한데, 규산알루미늄염, 알루미나, 지르코늄, 질화붕소 등이 있다. 이 세라믹섬유는 내열성, 내약품성, 내충격성, 전기절연성, 탄성율 등이 좋다.

개요

세라믹섬유란 세라믹 소재 중에서 섬유 형태의 소재를 의미한다. 가장 광범위하게 사용되는 다양한 조성의 유리섬유와 암면, 석면 등과 같이 암석이 원료인 섬유, 알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 물라이트 섬유, PZT 섬유 등의 산화물섬유가 있다. 그리고 질화규소섬유, 탄화규소(SiC) 섬유 등의 비산화물 섬유 등이 무기섬유 범주에 포함된다.

유리질을 섬유화시킨 것이 유리섬유이며 내화단열재(耐火斷熱材)로서 건축용에 사용되고, 이것을 혼합함으로써 플라스틱을 강화한 것이 섬유강화플라스틱(FRP)이다. 초고순도의 석영유리를 섬유화시킨 것이 광통신용 섬유인데 유리 이외에도 섬유화된 물질에는 알루미나(산화알루미늄)·산화지르코늄·탄화규소·타이타늄산칼륨 등이 있다.

섬유로 얻는 방법은 녹는점이 낮은 물질 또는 유리질의 경우에는 용융방사(鎔融紡絲)가 이용되고, 녹는점이 높은 물질의 경우에는 유기계 섬유에 무기물질을 수용액과 함께 담근 후 태워서 얻는 방법, 탄화규소섬유처럼 규소와 탄소를 포함하는 유기물로 섬유를 만든 후 열분해하여 규소·탄소만을 남기게 하는 방법 등이 이용되고 있다. 이와 같은 내열성 섬유는 고온에서의 단열재 또는 금속에 섞어 넣어 강화하는 FRM(fiber reinforced metal)용이 된다.

특징

세라믹섬유는 질감이 비교적 강할 뿐만 아니라 인성 및 강도가 우수하며 바람에 의해 쉽게 부식되지 않는다. 둘째, 압축 강도가 매우 높고 수명이 매우 길다. 또한 세라믹섬유는 환경 친화적인 제품이며 열 관성이 매우 작기 때문에 가열 시 즉시 제어 할 수 있다.

세라믹섬유 자체는 부서지기 쉬운 재료가 아니므로 인성이 우수하며 두 번째로 제작 기술의 크기가 더 정확하여 평탄도가 더 좋다. 세라믹섬유의 구조는 매우 편리하고 절단이 쉽고 건조가 매우 빠르다. 일반적으로 몇 분 안에 깊은 건조에 도달 할 수 있으며 매우 건조하고 균형이 잘 맞다. 수분 함량이 매우 낮고 품질이 좋다.

종류

세라믹섬유는 가볍고 섬유 모양의 외관을 가진 일종의 내화 재료이다. 섬유 길이는 100-250mm이고 섬유 직경은 2-5m이다. 세라믹섬유 제품은 경량, 고온 저항, 작은 열용량, 우수한 단열 및 고온 단열 특성 등의 장점이 있으므로 항공, 석유 화학 및 기타 분야에서 널리 사용된다. 세라믹섬유에는 여러 가지 유형이 있으며 미세 구조에 따라 결정질 섬유와 유리섬유로 나눌 수 있으며 그 중 SiO₂와 Al₂O₃가 대표적인 유리섬유이다. 세라믹섬유는 화학적 조성에 따라 산화물 섬유와 비산화물 섬유로 나눌 수 있다. 그 중 SiC 및 Si₃N₄는 비산화물 섬유의 대표이다. 세라믹섬유는 사용 온도에 따라 저급 세라믹 섬유({10}}도), 중급 세라믹 섬유({12}}도), 고급 세라믹 섬유(1100-1300도)의 세 가지 범주로 나눌 수 있다.

응용

• 단열재 : 세라믹 섬유는 1500 ° C의 고온을 견딜수 있는 우수한 고온 저항 특성을 가지고 있다. 세라믹섬유는 또한 우수한 단열 기능을 가지고 있는데, 이는 주로 세라믹섬유(즉, 고체 섬유와 공기)의 혼합구조에 의해 결정된다. 따라서 세라믹섬유는 내화 재료의 열악한 인성 문제를 잘 해결할 수 있다. 세라믹섬유의 단열 특성으로 인해 세라믹섬유 제품은 산업용 용광로 벽 및 건축 자재에 널리 사용된다.

• 고온 필터 재료: ​​세라믹섬유는 큰 비표면적을 가지며 이로부터 제조된 필터 재료는 여과 순도가 높다. 동시에 세라믹섬유는 열안정성, 화학적 안정성 및 열충격 저항성 측면에서 보다 우수한 성능을 나타낸다. 따라서 세라믹섬유는 공기 정화, 하수 처리 및 배기 가스 여과와 같은 환경 분야에서 널리 사용된다.

• 흡음 및 차음 재료: 세라믹섬유 재료는 흡음 및 차음 효과가 좋으며, 주로 음파가 재료 내부로 전달될 때 섬유 기공에 존재하는 음파 및 공기가 점성 효과를 갖기 때문이다. 음파는 또한 섬유와 마찰 저항을 생성한다. 그래서 손실된 소리 에너지의 일부는 열 에너지로 변환된다. 또한, 섬유 기공의 공기는 압축될 때 열전도를 일으키고 열전도 역시 음에너지의 손실을 일으켜 들어오는 음파를 흡수한다. 따라서 세라믹섬유 재료는 흡음 및 차음 효과가 좋기 때문에 건설, 운송 및 기타 분야에서 널리 사용된다.

• 촉매담체 재료: 세라믹섬유는 큰 비표면적, 높은 다공성, 우수한 촉매 효과 등의 장점을 가지고 있다. 촉매가 장착된 세라믹섬유가 제어된 확산 반응에 사용될 때 작은 확산 저항으로 인해 우수한 촉매 효과 얻어진다. 따라서 세라믹섬유는 촉매로서 촉매 분야에서 큰 응용 가능성을 가지고 있다.

• 재료 강화: 세라믹재료의 인성이 좋지 않다는 단점은 잘 알려져 있으므로 세라믹섬유는 세라믹 재료를 강화하는 가장 효과적인 방법이다. 가장 널리 사용되는 세라믹 섬유는 Al₂O₃장섬유, SiC 장섬유 등이다. 동시에 세라믹섬유는 금속 재료의 강화에도 사용할 수 있다.

• 새로운 기능 재료: 세라믹섬유는 많은 장점으로 인해 새로운 고온 초전도 재료, ​​원적외선 섬유, 전도성 섬유 등과 같은 새로운 기능 재료에 널리 사용된다.

참고자료

• 〈세라믹섬유〉, 《두산백과》
• 〈세라믹 섬유〉, 《패션전문자료사전》
• 〈세라믹섬유 단열재와 활용〉, 《한국산업기술진흥협회》
• 〈세라믹 섬유의 주요 특징은 무엇입니까〉, 《루양에너지》
• 〈세라믹 섬유 특성 및 응용〉, 《凯富保温技术》, 2018-12-12
• 심더, 〈무기섬유-(탄화규소/붕소/세라믹/실리카/석영섬유) 〉, 《네이버 블로그》, 2014-04-29

같이 보기

• 세라믹
• 유리섬유
• 단열재
• 무기섬유

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