세라믹
세라믹은 고대 그리스어의 KERAMOS 혹은 KERAMIKOS에서 유래한 것으로 ‘불에 구운 것 (burned stuff)’ 이라는 말에서 유래한 단어입니다.
예시로는 도자기, 용암, 유리, 시멘트, 석고, 벽돌, 타일 등이 있습니다.
세라믹(ceramic)은 열과 냉각을 통해 굳어진 고체 무기물을 총칭하는 단어입니다. 세라믹은 고온에서 소결된 비금속 고체로, 산화물, 질화물, 붕화물, 탄화물을 포함합니다. 또한, 세라믹은 금속소재, 유기소재와 함께 3대 소재 중 하나로, 금속을 가공하는 기계 용품부터, 반도체와 이차전지, 정밀 부품 등 여러 산업의 구석구석에 자리해 산업 전반을 뒷받침해왔습니다.
세라믹의 종류
재래 세라믹
재래형 세라믹재는 장석도재, 알루미나 도재, 금속결합도재가 있습니다. 세라믹은 도자기, 시멘트, 유리, 파인세라믹스 등을 포함하는 비금속 무기재료입니다.
기능성 세라믹
기능성 세라믹은 표면이나 내부에 항균, 오염방지, 외부 자극 감응 광특성, 내열, 내구, 전기 전자 특성 등이 부가된 특수 기능성 재료입니다.
기능성 세라믹은 지식과 기술 집약적인 제품으로, 산화물 전도체, 고체 전해질, 압전, 비선형 광학 등을 포함합니다.
기능성 세라믹은 고효율, 저 전력손실, 전력 저항 등이 뛰어나며, 불연재료로서 1,000℃의 고온에도 도막상태를 그대로 유지합니다. 경도가 강해 마모저항성이 크고 정전기를 발생하지 않아 찌든 때가 발생하지 않고 난스틱 기능이 있습니다. 열을 차단하는 성능이 있어 에너지 손실을 20% 정도 줄여 주며 결로현상이 발생하지 않습니다.
기능성 세라믹은 고출력 전자부품 소자의 신뢰성 향상 및 자동차 부품 에너지 효율 향상을 위한 융복합 소재 기반 미래형 열관리 기술, 고감도 센서 및 에너지 하베스터용 압전소재/소자 제조 및 평가기술, 압전 센서용 친환경 단결정 성장 기술, 열에너지 효율성 향상을 위한 열전/전기열량 등에 사용됩니다.
파인 세라믹
파인 세라믹은 2차 세계대전 이후 급진전된 공업 기술의 발달에 따라 등장한 세라믹스입니다. 세라믹스의 특성을 강화시킨 것으로, 고도의 정제/합성된 원료를 이용하여 정밀한 제조공법으로 만들어진 고정밀 세라믹입니다.
파인 세라믹은 기존 세라믹스의 특징인 내열, 내식, 전기절연성 등의 장점을 최대로 고도화 시켜서 활용하는 것을 말합니다. 여전히 지구상에 존재하는 탄소, 질소, 규소, 알루미늄 등의 원소를 이용하기에 재료의 고갈 염려도 적습니다.
파인 세라믹은 전자재료, 정밀기계 재료 등 다양한 용도에 쓰입니다.
세라믹의 특징
세라믹은 다음과 같은 특징이 있습니다.
- 금속과 달리 전기를 잘 전도하지 않고, 유기 재료와 달리 고온에도 잘 견딘다.
- 경도가 매우 강하지만 인성이 낮아 충격에 약하다.
- 금속과 비금속 원소의 조합으로 구조가 매우 복잡하고 다양하다.
- 금속결합만큼이나 매우 강하게 결합하여 높은 강도와 녹는점을 갖는다.
- 자유전자가 없기 때문에 전기가 잘 통하지 않고 깨진다.
세라믹은 결정구조가 복잡하고 다양하여 다음과 같은 특성을 가질 수 있습니다.
- 압력을 가하면 전기를 발생하거나, 전기를 가하면 길이 변화가 생기는 압전성
- 열을 받으면 전기를 발생하는 초전성
- 특정 온도 영역에서 급격한 저항 변화를 나타내는 물질
- 빛을 받아서 전자를 발생하여 유해물질을 분해하는 광분해성
세라믹은 금속만큼 딱딱하고 강하지만 잘 늘어나지 않아서 깨지기가 쉽습니다. 유리와 철을 떠올려보면 쉽게 알 수 있습니다.
세라믹의 응용분야
세라믹은 최근에는 생체재료로도 쓰입니다. 파인 세라믹스는 금속이나 플라스틱에 비하여 녹이 슬지 않고 불에 타지 않으며 손상되지 않는 특징을 지닙니다. 거기에 전자기적, 광학적, 기계적, 생체공학적으로 뛰어난 특성을 갖는 것이 많습니다.
세라믹의 장단점
장점
세라믹은 내구성이 강하고 내열성이 높으며, 긁힘, 찍힘, 부식, 변색, 오염, 스크래치에 강한 장점이 있습니다. 또한, 표면이 딱딱하고 내마모성이 있으며, 화학적 침식에 강합니다.
세라믹 그릇
| 장점 |
|---|
| 1. 세척 간편 및 깨끗 유지 |
| 2. 안정성 및 느린 열 전달 |
| 3. 안정적인 화학적 특성 및 내구성 |
세라믹 식탁
| 장점 |
|---|
| 1. 스크래치 강함 |
| 2. 방수 강함 |
| 3. 이염 현상 적음 |
단점
세라믹의 단점은 인성이 낮아 충격에 약하다는 점입니다. 망치로 두들기면 금속은 휘어지지만 세라믹은 잘게 조각나며 깨집니다.
마무리
오늘은 세라믹(Ceramics)의 종류와 특징, 장단점에 대해 알아보았습니다.
세라믹은 크게 전통 세라믹, 공업용 세라믹, 첨단 세라믹으로 나눌 수 있습니다.
전통 세라믹은 도자기, 타일 등 생활용품으로 사용되며, 뛰어난 미적 효과를 지닙니다. 공업용 세라믹은 내화물, 절연재 등 산업 분야에서 널리 쓰입니다. 첨단 세라믹은 우수한 기계적, 화학적 특성으로 항공우주, 의료 등의 첨단산업에서 사용됩니다.
세라믹은 불균일한 미세구조로 인해 독특한 물성을 지니며, 이를 제어하는 것이 세라믹 연구의 핵심입니다. 앞으로 나노 기술과의 융합을 통해 세라믹은 더욱 발전할 것으로 기대합니다.