"미세다공 세라믹"은 산업 전반에서 흔히 볼 수 있는 산업용 자재입니다. 미세다공 세라믹이라고 하면 일부 사람들은 이 개념에 매우 낯설어하는데, 도대체 무엇일까요?
미세다공 세라믹의 개발 역사
실제로 전 세계적인 미세다공 세라믹 연구는 20세기 40년대에 시작되었으며, 20세기 80년대 초 프랑스에서 유제품 및 음료(와인, 맥주, 사이다) 산업에 성공적으로 적용한 이후 하수 처리 및 기타 관련 분야에 적용되기 시작하였습니다.
2004년에 세계 다공성 세라믹스 시장 매출은 100억 달러를 돌파하였으며, 정밀 여과 및 분리 분야에서의 미세다공성 세라믹스 성공적인 적용으로 인해 연간 성장률이 35%에 달하는 성장을 기록하였다.
미세다공성 세라믹스는 균일한 다공성 구조를 가진 미세다공성 세라믹스로서, 새로운 유형의 세라믹 소재이자 기능성 구조 세라믹이다. 그 이름이 암시하듯이, 이는 세라믹 내부 또는 표면에 다량의 개구 또는 폐쇄 미세 기공을 포함하는 세라믹 본체를 의미한다. 미세다공성 세라믹스의 기공은 매우 작으며, 일반적으로 기공의 크기가 마이크론 또는 서브 마이크론 수준으로, 육안으로는 거의 식별할 수 없다. 하지만 미세다공성 세라믹스는 실제로 일상생활에서도 흔히 볼 수 있는데, 예를 들어 정수기에서 사용하는 세라믹 필터 요소나 전자담배의 분무 요소 등이 있다.
다공성 세라믹스는 치수, 상 구성 및 기공 구조(기공 크기, 기공 형태 및 기공 연계성)에 따라 분류될 수 있습니다.
기공 크기의 크기에 따라 다음과 같이 나뉩니다: 거대 기공 다공성 세라믹스(기공 크기 > 500 μm), 대공 다공성 세라믹스(기공 크기 100~500 μm), 중공 다공성 세라믹스(기공 크기 10~100 μm), 소공 다공성 세라믹스(기공 크기 1~50 μm), 미세공 다공성 세라믹스(기공 크기 0.1~1 μm) 및 미세기공 다공성 세라믹스. 기공의 구조에 따라 다공성 세라믹스는 균일한 다공 구조를 가진 다공성 세라믹스와 비균일한 다공 구조를 가진 다공성 세라믹스로 나눌 수 있습니다.
미세다공성 세라믹은 새로운 유형의 무기 비금속 필터 소재로, 골재 입자, 결합제, 기공 및 기타 3가지 구성 요소로 이루어져 있습니다. 미세다공성 세라믹은 석영 모래, 산화알루미늄(Al₂O₃), 탄화규소(SiC), 멀라이트(2Al₂O₃-3SiO₂) 및 세라믹 입자 등을 골재로 사용하고, 일정량의 결합제와 다공성 형성제를 혼합한 후 고온 소성하여 제조합니다. 골재 입자, 결합제, 다공성 형성제 및 이들 간의 결합 상태는 세라믹의 기공 크기, 다공도, 공기 투과율 등의 주요 특성을 결정합니다. 골재는 제품 용도에 따라 결합제와 함께 샘플링됩니다. 일반적으로 골재는 고품질의 강도와 내열성, 내식성을 갖추고 있으며, 구형에 가까운 형태(여과 조건 형성 용이)를 가지며, 지정된 입도 범위 내에서 과립화가 용이하고 결합제와의 친화성이 우수해야 합니다. 골재 기재와 입도가 동일하고 기타 조건이 동일할 경우, 제품의 기공 크기, 다공도, 공기 투과율 등의 지표는 이상적인 목적을 달성할 수 있습니다.
미세다공성 세라믹의 특성
다공성 세라믹의 기공은 두 부분에서 기인한다: 한 부분은 분말 입자의 소결 과정에서 남겨진 입자 간의 공극이고, 다른 부분은 다공성 형성제에 의해 형성된 기공이다.
기공이 균일하게 분포되어 있으며, 선택된 기공 크기를 갖는 미세다공성 세라믹 제품을 제조할 수 있다.
우수한 화학적 안정성과 내화학식성 특성을 지니며, 수소불화산과 농알칼리를 제외하고는 모든 매체에 대해 뛰어난 내식성을 가지고 있다. 원료 선택과 공정 조절을 통해 다양한 부식성 환경에 적합한 미세다공성 세라믹을 제조할 수 있으며, 다른 물질과 화학 반응을 하지 않기 때문에 유체가 침출물로 오염되지 않으며 이차 오염을 유발하지 않는다.
내열성이 우수하여 유해 물질이 휘발되지 않으며, 열 안정성이 좋고 열변형, 연화, 산화가 발생하지 않는다. 사용 온도 범위는 -50~500°C이다.
공기압, 유압 또는 기타 응력 하중에 대해 높은 기계적 강도와 강성이 있어 구멍의 형태와 크기가 변하지 않는다.
강한 재생성이 있어 액체나 가스로 역세척을 하면 기본적으로 원래의 여과 능력을 회복할 수 있어 수명이 길며, 동시에 우수한 항균 성능을 지니고 있어 박테리아에 의해 분해되기 어렵다.
우수한 흡착 성능을 지니고 있으며, 미세 다공성 세라믹은 다공성 고체의 표면 특성으로 인해 큰 내부 표면적, 즉 큰 표면 에너지를 가지므로 강력한 흡착 능력을 지니고 있어 다량의 미세한 부유 입자를 흡착 및 여과할 수 있다.
무오염 특성을 지니며, 깨끗한 상태를 유지하고 무독성이며 무취로 인해 이물질이 떨어져 나가지 않으며 이차 오염을 유발하지 않는다. 또한 면직물, 견직물, 플라스틱, 귀금속 메쉬 등 기존의 여과 재료를 대체할 수 있어 이러한 여과 재료의 결점을 해소한다.
미세다공성 세라믹의 응용 분야
미세다공성 세라믹은 흡착성, 통기성, 내식성, 환경친화성, 생체적합성 및 독특한 물리화학적 특성을 가지며, 다양한 액체의 여과, 기체 여과, 생물 효소 캐리어 및 생체적합 캐리어의 고정 등에 널리 사용되고 있습니다.
미세다공성 세라믹의 개발 및 응용에 대한 시장 전망은 매우 밝으며, 국내외 다수의 연구기관 및 제조사에서 개발 중인 신규 세라믹 소재로 부상하고 있습니다.
미세다공성 세라믹의 개발 및 응용에 대한 시장 전망은 매우 밝으며, 국내외 많은 연구기관 및 제조사에서 새로 개발한 세라믹 소재가 되었습니다. 현재 환경보호, 에너지 절약, 항공우주, 화학, 석유, 제련, 식품, 제약, 생물, 의약, 양식 등 다양한 산업 분야에 널리 활용되고 있으며, 이들 산업의 제품 품질과 시장 경쟁력을 크게 향상시키고 있습니다. 가스-액체 여과, 정제 및 분리, 흡음 및 진동 방지, 열교환기 소재, 화학 충전재, 생체세라믹스 및 촉매 담체, 흡착제, 생체 이식 재료, 특수 벽체 소재, 인조 기관 제작 및 내화재료, 센서 소재 등으로 활용되며, 여러 학문 분야에서 각광받고 있어 전 세계 소재 분야의 큰 주목을 받고 있습니다.
광범위한 용도와 넓은 발전 전망을 가진 새로운 유형의 세라믹으로서 미세다공 세라믹은 주목받는 화두가 되었습니다.
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