원자력 산업은 깨끗하고 신뢰할 수 있으며 본질적으로 안전한 에너지 솔루션에 대한 긴급한 필요성에 의해 추진되는 새로운 시대의 문턱에 서 있습니다. 원자로 설계가 더 높은 효율성, 향상된 안전 여유 및 연장된 작동 수명을 향해 진화함에 따라 극한 환경을 견딜 수 있는 재료에 대한 수요가 그 어느 때보다 중요해졌습니다. 이러한 재료 혁명의 선두 주자 중 하나는 실리콘 카바이드(SiC)로, 원자로 내부의 까다로운 조건에 매우 적합한 고성능 기술 세라믹으로 독특한 특성 조합을 제공합니다. 맞춤형 실리콘 카바이드 부품은 광범위한 원자력 응용 분야에 빠르게 필수 불가결해지고 있으며 새로운 수준의 성능과 안전성을 제공할 것을 약속합니다. 이 블로그 게시물에서는 원자력 산업용 맞춤형 SiC의 세계를 탐구하여 응용 분야, 장점, 재료 고려 사항 및 이러한 고급 세라믹.

중국의 급성장하는 실리콘 카바이드 제조 능력의 중심에는 웨이팡시가 있으며, 이 지역은 중국 전체 SiC 생산량의 80% 이상을 차지합니다. CAS 신소재(SicSino) 는 2015년부터 이러한 개발의 중추적인 역할을 해왔으며, 고급 SiC 생산 기술을 도입하고 지역 기업 간의 대규모 생산 및 기술 혁신을 촉진했습니다. CAS(웨이팡) 혁신 공원의 일부이며 국가 기술 이전 센터를 통해 중국 과학원(CAS)의 강력한 과학 기술 역량을 지원받는 SicSino는 단순한 공급업체 이상입니다. 우리는 우수한 품질과 비용 효율적인 맞춤형 실리콘 카바이드 솔루션을 제공하기 위해 최선을 다하는 혁신 파트너입니다.

소개: 차세대 원자력 기술 발전에 있어 맞춤형 실리콘 카바이드의 필수적인 역할

실리콘 카바이드는 뛰어난 경도, 높은 열전도율, 우수한 내마모성 및 내식성, 극한 온도 및 강렬한 방사선 하에서 뛰어난 안정성으로 유명한 실리콘과 탄소(SiC)의 세라믹 화합물입니다. 지르코늄 합금 또는 스테인리스강과 같은 원자로에 사용되는 기존 금속 재료와 달리 SiC는 금속이 저하, 부식 또는 심지어 용융되는 조건에서도 구조적 무결성 및 바람직한 특성을 유지합니다.

"맞춤형" 실리콘 카바이드 제품의 본질은 이러한 부품을 고급 원자로 설계의 매우 구체적이고 종종 고유한 요구 사항에 맞게 조정하는 능력에 있습니다. 여기에는 복잡한 형상 제작, 정확한 재료 조성 달성 및 특정 작동 요구 사항에 최적화된 미세 구조적 특성 보장이 포함됩니다. 안전과 신뢰성이 가장 중요한 산업에서 부품을 맞춤화하는 능력은 성능 향상, 부품 수명 연장 및 전반적인 원자로 안전성 향상으로 직접적으로 이어집니다. 4세대 원자로, 소형 모듈형 원자로(SMR) 및 핵융합 개념으로의 전환은 SiC와 같이 성능의 경계를 넓히는 재료에 대한 필요성을 더욱 증폭시킵니다. 원자력용 맞춤형 SiC 제작 응용 분야는 따라서 단순한 제조 능력이 아니라 미래 원자력 기술의 중요한 동인입니다.

선구적인 응용 분야: 차세대 원자력 시스템의 맞춤형 SiC

실리콘 카바이드의 다재다능함과 뛰어난 특성은 기존 원자로와 고급 원자로 설계 모두에서 다양한 중요한 원자력 응용 분야에 사용할 수 있는 길을 열었습니다. 원자력 부문의 조달 관리자와 엔지니어는 점점 더 원자로용 고급 세라믹 재료를 지정하고 있으며, SiC가 최전선에 있습니다.

주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 사고 저항 연료(ATF) 피복재: 이것은 아마도 가장 영향력 있는 응용 분야 중 하나일 것입니다. SiC 및 SiC 매트릭스 복합재(CMC)는 기존 지르칼로이 피복재를 대체할 유력한 후보입니다. SiC는 증기 환경에서 훨씬 더 높은 내산화성을 제공하여 냉각재 상실 사고(LOCA) 중 수소 생성 위험을 줄입니다. 이는 더 많은 대처 시간을 제공하고 사고 시나리오의 심각성을 줄여 원자로 안전성을 향상시킵니다. 맞춤형 SiC 연료 피복재 는 최적의 중성자 경제와 핵분열 생성물 유지를 위해 설계할 수 있습니다.
• 원자로 코어 구조 부품: SiC의 고온에서의 높은 강도와 방사선 안정성은 다양한 코어 내 구조에 적합합니다. 여기에는 지지 그리드, 제어봉 가이드 튜브, 중성자 반사판 및 코어 배럴 부품이 포함됩니다. 이러한 역할의 SiC 원자력 부품 은 코어 안정성, 향상된 중성자 효율성 및 더 긴 작동 주기에 기여합니다.
• 열교환기 및 회수기: 고온 가스 냉각 원자로(HTGR) 및 용융염 원자로(MSR)에서 SiC의 우수한 열전도율, 고온 강도 및 내식성은 콤팩트하고 효율적인 열교환기에 매우 중요합니다. 맞춤형 설계된 SiC 튜브 및 플레이트는 공격적인 냉각재와
• 제어봉 및 차단 시스템: SiC는 상당한 성능 저하 없이 고온과 방사선을 견딜 수 있는 능력이 있어 제어봉 요소 또는 보호 슬리브의 후보 물질이 되며, 안정적인 원자로 제어 및 정지 기능을 보장합니다.
• 핵융합로의 플라스마 대면 부품: 미래의 핵융합 에너지 시스템을 위해 SiC, 특히 핵 응용 분야를 위한 SiC-SiC 복합재료는 낮은 활성화 특성, 고온 성능, 플라스마 유도 침식 및 중성자 충격에 대한 저항성으로 인해 제1벽 및 블랭킷 구조에 대한 연구가 진행되고 있습니다.
• 방사성 폐기물 고정화 및 저장: SiC의 화학적 내구성과 방사선 저항성은 고준위 방사성 폐기물을 고정화하는 매트릭스에 유망한 소재로, 장기적인 안정성과 격리를 보장합니다. 맞춤형 SiC 캐니스터는 사용후 핵연료 저장 및 지질 처분에 대한 향상된 안전성을 제공할 수 있습니다.
• 계측 및 센서: SiC 기반 센서는 원자로 코어 내부의 가혹한 온도 및 방사선 환경에서 안정적으로 작동하여 기존 센서가 고장나는 곳에서 모니터링 및 제어를 위한 중요한 데이터를 제공합니다.

이러한 응용 분야의 개발 및 배포는 생산 능력에 크게 좌우됩니다. 맞춤형 탄화규소 부품, 원자력 등급으로 엄격한 품질 및 성능 기준을 충족해야 합니다. SicSino는 SiC 재료 및 가공에 대한 깊은 이해와 중국 과학원을 통한 강력한 R&D 배경을 바탕으로 이러한 선구적인 노력을 지원할 수 있는 좋은 위치에 있습니다.

맞춤형 장점: 맞춤형 탄화규소가 원자력 환경에서 탁월한 성능을 발휘하는 이유

원자력 응용 분야를 위해 맞춤형 탄화규소를 선택하는 것은 단순히 우수한 재료를 활용하는 것뿐만 아니라 맞춤형 설계 및 제조를 통해 해당 재료의 잠재력을 최대한 활용하는 것입니다. 강렬한 방사선장, 고온, 부식성 냉각수, 까다로운 기계적 응력과 같은 원자로의 고유한 작동 조건에는 특정 역할에 맞게 정밀하게 설계된 부품이 필요합니다.

사용의 주요 이점은 다음과 같습니다. 맞춤형 SiC 제작, 원자력 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 우수한 방사선 저항성: SiC는 중성자 및 감마선 조사 하에서 놀라운 안정성을 나타냅니다. 대부분의 금속보다 훨씬 높은 선량에서도 치수 안정성과 기계적 특성을 유지합니다. 이는 부품 수명을 연장하고 재료 팽창 또는 취성을 줄여줍니다. 방사선 강화 SiC 부품에 매우 중요합니다. 낮은 중성자 흡수 단면적은 원자로 코어에서 더 나은 중성자 경제에 기여합니다.
• 탁월한 고온 성능: 많은 첨단 원자로 개념은 더 높은 열효율을 달성하기 위해 현재의 경수로보다 훨씬 높은 온도에서 작동합니다. 고온 SiC 세라믹은 기존 합금이 고장나는 1600°C를 초과하는 온도에서도 강도와 크리프 저항을 유지합니다. 이를 통해 더 높은 작동 온도가 가능해 에너지 변환 효율과 전체 플랜트 경제성이 향상됩니다.
• 뛰어난 화학적 불활성 및 내식성: SiC는 물/증기(ATF에 중요), 헬륨, 액체 금속(나트륨 또는 납과 같은) 및 용융 플루오르화물 또는 염화물 염을 포함한 다양한 냉각제에 의한 산화 및 부식에 대한 저항성이 높습니다. 이러한 내식성 세라믹, 원자력 특성은 부품의 열화를 방지하고 냉각제로의 부식 생성물 방출을 줄여 시스템 오염 및 유지 보수를 최소화합니다.
• 향상된 안전 여유: 고온 안정성, 산화 저항성(특히 증기) 및 방사선 내성의 조합은 정상 작동 중과 중요한 사고 조건에서 훨씬 더 넓은 안전 여유를 제공합니다. 예를 들어 SiC 연료 피복재는 지르칼로이보다 고장나기 전에 훨씬 더 높은 온도를 견딜 수 있어 노심 손상 위험을 크게 줄입니다.
• 내마모성 및 내마모성: 유체 흐름 또는 기계적 상호 작용을 받는 부품의 경우 SiC의 고유한 경도는 탁월한 내마모성을 제공하여 작동 수명을 연장하고 미립자 생성을 줄입니다.
• 최적화된 성능을 위한 설계 유연성: 맞춤화를 통해 엔지니어는 향상된 열 전달 표면 또는 복잡한 흐름 채널과 같은 특정 기능에 최적화된 복잡한 형상의 SiC 부품을 설계할 수 있습니다. 이는 더 작고 효율적인 원자로 시스템으로 이어질 수 있습니다.

다음은 연료 피복재에 대한 기존 지르칼로이 대비 SiC의 몇 가지 장점을 강조하는 비교입니다.

속성	실리콘 카바이드(SiC)	지르칼로이	원자력 응용 분야에 대한 시사점(SiC 장점)
최대 작동 온도	> 1600°C(강도 유지)	~350°C(LWR); 800°C 초과 시 급격한 열화	첨단 원자로의 효율성 향상; 사고 허용 오차 크게 증가.
증기 산화	매우 느린 보호 SiO2​ 층	고온(> 800°C)에서 빠름, H$_2$ 생성	LOCA 중 수소 생산을 획기적으로 줄여 폭발 위험을 완화합니다. 피복재 무결성을 더 오래 보존합니다.
방사선 안정성	우수한 치수 안정성, 낮은 팽창	조사 성장, 크리프, 취약성에 취약함	연료 수명 연장, 높은 중성자 플루언스 하에서 예측 가능한 동작.
화학적 불활성	다양한 냉각제(He, 용융 염)에서 우수함	고온에서 증기와 반응성	다양한 첨단 원자로 냉각제에 적합합니다. 부식 생성물 수송 감소.
중성자 흡수	낮음	낮지만 순수한 SiC보다 높음	중성자 경제성 향상.
기계적 특성	높은 강도, 높은 탄성률(강화 없이는 깨지기 쉬움)	연성이 좋고 작동 온도에서 강도가 좋음.	인성을 위해 복합재료 접근 방식(예: SiC-SiC CMC)이 필요하지만 우수한 고온 강도를 제공합니다.

이 표는 그 이유를 강조합니다. 원자력 에너지를 위한 기술 세라믹, 특히 SiC는 차세대 원자로 안전 및 성능에 중추적입니다. CAS 신소재(SicSino)는 전문 지식을 활용하여 이러한 장점을 구현하는 맞춤형 SiC 솔루션을 제공하여 OEM 및 기술 조달 전문가가 까다로운 성능 목표를 달성할 수 있도록 지원합니다.

차폐 선택: 원자력 무결성을 위한 권장 SiC 등급 및 복합재료

모든 탄화규소가 동일하게 만들어지는 것은 아니며, 특히 가혹한 원자력 환경에 사용될 경우에는 더욱 그렇습니다. 제조 공정과 그 결과로 나타나는 미세 구조는 재료의 특성에 큰 영향을 미칩니다. 적절한 SiC 등급 또는 복합재료를 선택하는 것은 원자력 부품의 무결성과 수명을 보장하는 데 매우 중요합니다. 조달 관리자 및 OEM SiC 부품, 원자력 사양 작성자는 지식이 풍부한 공급업체와 긴밀히 협력해야 합니다.

원자력 응용 분야와 관련된 일반적이고 새로운 SiC 등급은 다음과 같습니다.

• 화학 기상 증착 탄화규소(CVD-SiC):
  • 설명: 고온에서 기체 전구체의 화학 반응에 의해 생성되어 초고순도(>99.9995%) 및 이론적으로 조밀한 SiC 층을 생성합니다.
  • 주요 속성: 뛰어난 순도, 높은 열전도율, 우수한 내식성 및 내산화성, 우수한 방사선 안정성, 매우 매끄러운 표면 마감 가능.
  • 원자력 애플리케이션: 종종 CMC의 SiC 섬유에 코팅으로, 다른 재료의 보호층으로 또는 극도의 순도와 내화학성이 가장 중요한 단일체 부품(예: TRISO 연료 입자 코팅, 특정 센서 부품)에 사용됩니다.
• 소결 탄화규소(S-SiC):
  • 설명: 종종 비산화물 소결 보조제(예: 붕소 및 탄소)를 사용하여 고온(일반적으로 >2000°C)에서 미세한 SiC 분말을 소결하여 만듭니다. 무가압 소결 또는 가압 보조(예: 열간 압착, HIP)가 가능합니다.
  • 주요 속성: 높은 밀도(일반적으로 >98%), 우수한 기계적 강도, 높은 경도, 우수한 열전도율, 우수한 내마모성 및 내식성.
  • 원자력 애플리케이션: 구조 부품, 열교환기 튜브, 씰, 베어링 및 높은 강도와 내마모성이 필요한 부품. 일반적으로 방사선 안정성이 좋습니다.
• 반응 결합 탄화규소(RBSiC 또는 SiSiC - 실리콘 침투 SiC):
  • 설명: SiC 입자와 탄소의 다공성 프리폼에 용융 실리콘을 침투시켜 제조합니다. 실리콘은 탄소와 반응하여 새로운 SiC를 형성하여 원래 입자를 결합합니다. 일반적으로 8-15%의 자유 실리콘을 함유합니다.
  • 주요 속성: 거의 최종 형상 기능, 우수한 치수 안정성, 우수한 열전도율 및 적당한 강도. 복잡한 형상의 경우 일반적으로 S-SiC 또는 CVD-SiC보다 비용 효율적입니다.
  • 원자력 애플리케이션: 자유 실리콘의 존재는 일부 매우 높은 방사선 또는 고온 응용 분야(Si의 낮은 융점 및 잠재적 반응으로 인해)에 문제가 될 수 있지만 이러한 극한이 충족되지 않거나 비용이 크고 복잡한 부품의 주요 동인인 경우에 적합할 수 있습니다. 특정 원자력 환경에 대한 신중한 평가가 필요합니다.
• 탄화규소 섬유 강화 탄화규소 매트릭스 복합재료(SiC/SiC CMC):
  • 설명: SiC 섬유(예: Nicalon™, Tyranno™, Hi-Nicalon™ S)가 SiC 매트릭스에 내장되어 있습니다. 매트릭스는 종종 화학 기상 침투(CVI), 중합체 함침 및 열분해(PIP) 또는 용융 침투와 같은 기타 방법을 통해 적용됩니다. 중요한 요소는 섬유 인발을 허용하여 인성을 제공하는 섬유-매트릭스 계면(종종 열분해 탄소 또는 질화붕소)입니다.
  • 주요 속성: 파괴 인성이 크게 향상되고("점진적 파괴"보다는 취성 파괴), 유사 연성, 우수한 고온 강도 유지, 우수한 열 충격 저항성 및 단일체 SiC와 유사한 방사선 안정성.
  • 원자력 애플리케이션: 이는 다음과 같은 안전에 중요한 부품에 대한 판도를 바꾸는 재료입니다. SiC 연료 피복재, 채널 박스, 흐름 슈라우드 및 핵분열 및 핵융합 원자로 모두의 구조 요소. 치명적인 고장 없이 열 및 기계적 충격을 견딜 수 있는 능력은 큰 장점입니다. SiC-SiC 복합재료, 원자력 응용 분야는 R&D 및 배포의 핵심 영역입니다.

표: 원자력 관련 SiC 등급의 주요 특성

재료 유형	밀도(g/cm³)	굴곡 강도(MPa, RT)	최대 사용 온도(°C)	열전도율(W/mK, RT)	파괴 인성(MPa·m½)	상대적 비용	방사선 안정성
CVD-SiC	~3.21	400-600	1600+	150-300	3-4	높음	우수
소결 SiC(S-SiC)의 경우	>3.10	450-650	1600+	80-150	4-6	중간-높음	Good
반응 결합(RBSiC)	~3.05-3.15	250-400	1350-1380	100-150	3-5	중간	양호-우수
SiC/SiC CMC	~2.5-3.0	200-400(인장)	1600+	15-60	10-25	매우 높음	우수

참고: 특성은 특정 조성, 미세 구조 및 제조 공정에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

중국 탄화규소 맞춤형 부품 공장의 중심지인 웨이팡에 위치하고 중국 과학원과 강력한 유대 관계를 맺고 있는 CAS 신소재(SicSino)는 광범위한 SiC 제품의 맞춤형 생산을 전문으로 하는 국내 최고 수준의 전문 팀을 보유하고 있습니다. 당사는 재료 선택에 대한 전문 지식을 제공하여 고객이 최적의 SiC 등급 또는 복합재료를 선택할 수 있도록 지원합니다. S-SiC 그리고 RBSiC, 까다로운 원자력 응용 분야에 대한 다양한 맞춤화 요구 사항을 충족합니다. 당사의 초점은 더 높은 품질, 비용 경쟁력을 제공하는 것입니다. 중국의 맞춤형 탄화규소 부품.

회복탄력성을 위한 청사진: SiC 원자력 부품에 대한 중요한 설계 고려 사항

탄화규소와 같은 첨단 세라믹으로 부품을 설계하려면 연성 금속으로 설계하는 것과는 다른 사고방식이 필요합니다. SiC의 고유한 취성(단일체 형태)과 특정 제조 제약 조건을 처음부터 고려하여 견고하고 안정적이며 제조 가능한 부품을 보장해야 합니다. 전문 엔지니어 맞춤형 SiC 부품, 원자력 설계는 작동 응력 하에서 이러한 재료의 고유한 동작을 고려해야 합니다.

주요 설계 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 제조 가능성을 위한 설계(DfM):
  • 기하학적 복잡성: SiC는 복잡한 모양으로 형성될 수 있지만 복잡한 특징, 날카로운 내부 모서리 및 단면의 갑작스러운 변화는 응력 집중 및 제조 문제를 일으킬 수 있습니다. 넉넉한 반경과 필렛을 권장합니다.
  • 벽 두께: 최소 및 최대 벽 두께는 공정에 따라 다릅니다. 얇은 벽은 깨지기 쉬운 반면, 지나치게 두꺼운 섹션은 소결 또는 침투 중에 문제(예: 균일한 밀도, 내부 응력)를 일으킬 수 있습니다.
  • 종횡비: 매우 높은 종횡비(길이 대 직경/너비)는 제조 및 취급이 어려울 수 있습니다.
  • 드래프트 각도: 금형을 사용하는 공정(예: 소결 전 일부 유형의 그린 성형)의 경우 드래프트 각도가 필요할 수 있습니다.
• 취성 관리:
  • 스트레스 농도: 균열 개시자 역할을 할 수 있는 노치, 날카로운 모서리 및 점 하중을 피하십시오. 더 넓은 영역에 하중을 분산하십시오.
  • 인장 응력: SiC는 인장보다 압축에서 훨씬 더 강합니다. 설계는 가능한 한 SiC 부품을 압축 하중 하에 유지하는 것을 목표로 해야 합니다.
  • 부품 장착 및 인터페이스: 결합 금속 부품과의 열팽창 차이를 수용하고 국부적인 응력을 유발하지 않도록 장착 고정 장치 및 인터페이스를 설계하십시오. 호환 레이어 또는 신중하게 설계된 기계적 부착이 필요할 수 있습니다.
• SiC 부품 접합:
  • 크거나 매우 복잡한 구조의 경우 SiC를 SiC 또는 SiC를 다른 재
• 열 관리:
  • SiC는 열전도율이 높아 종종 장점이 됩니다. 그러나 온도 구배는 응력을 유발할 수 있습니다. 설계 시 열팽창 및 열충격 저항을 고려해야 합니다.
  • SiC/SiC 복합재료의 경우 열전도율의 이방성(섬유 방향과 두께 방향의 차이)을 열 해석에서 고려해야 합니다.
• 모델링 및 시뮬레이션:
  • 유한 요소 해석(FEA)은 열, 기계적 및 조사 유발 효과를 포함한 작동 하중 하에서 응력 분포, 온도 프로파일 및 변형을 예측하는 데 매우 중요합니다. 확률론적 설계 접근 방식(예: Weibull 통계)은 세라믹 강도의 통계적 특성을 설명하는 데 자주 사용됩니다.
• 시스템 설계와의 통합:
  • SiC 구성 요소는 더 큰 원자력 시스템의 필수적인 부분으로 설계되어야 합니다. 냉각수, 주변 구조물 및 원자로 노심의 전체적인 중성자 특성과의 상호 작용을 고려해야 합니다.

SiC 부품 설계를 위한 엔지니어링 팁:

• 기능 저하 없이 가능한 한 기하학적 구조를 단순화하십시오.
• 모든 내부 및 외부 모서리에 넉넉한 반지름을 사용하십시오.
• 가공 및 작동 중 응력을 최소화하기 위해 균일한 벽 두께를 목표로 하십시오. 순형상으로
• 성형되거나 최소한의 소결 후 가공이 필요한 디자인 특징을 고려하십시오.
• 더 작고 제조하기 쉬운 SiC 구성 요소를 함께 사용하는 모듈식 설계를 고려하십시오.
• 설계 과정 초기에 SicSino와 같은 숙련된 원자력 등급 탄화규소 제조업체와 상담하십시오. CAS 국가 기술 이전 센터의 강력한 과학 기술 역량을 기반으로 하는 당사 팀은 제조 가능성을 위한 설계 및 재료 최적화에 대한 귀중한 정보를 제공할 수 있습니다.

CAS 신소재(SicSino)는 재료, 공정 및 설계 기술을 포함한 포괄적인 맞춤형 지원을 제공합니다. 재료에서 제품에 이르기까지 통합된 공정을 통해 다양한 맞춤형 요구 사항을 효과적으로 충족할 수 있습니다.

압력 하의 정밀도: 원자력 등급 SiC의 공차, 표면 마감 및 치수 제어

원자력 산업에서 정밀도는 단순한 목표가 아니라 안전과 성능을 위한 기본적인 요구 사항입니다. 원자력 맞춤형 탄화규소 부품 응용 분야는 올바르게 맞고 의도한 대로 작동하며 긴 작동 기간 동안 무결성을 유지하도록 매우 엄격한 치수 공차, 특정 표면 마감 및 엄격한 품질 관리를 요구합니다.

• 달성 가능한 허용 오차:
  • SiC 구성 요소에 대해 달성 가능한 공차는 제조 방법(예: 소결, 반응 결합, CVD)과 후처리 범위(예: 연삭, 래핑)에 따라 다릅니다.
  • 소결 또는 반응된 부품: 공차는 일반적으로 더 느슨하며 치수의 ±0.5% ~ ±1% 범위이거나 매우 크거나 복잡한 부품의 경우 더 넓습니다. 그러나 순형상 가공은 가공을 최소화하는 것을 목표로 합니다.
  • 가공(연삭/래핑) 부품: 중요한 치수의 경우 SiC는 다이아몬드 연삭, 래핑 및 연마를 통해 매우 엄격한 공차로 가공할 수 있으며, 종종 ±0.005mm ~ ±0.025mm(±5μm ~ ±25μm) 범위이거나 특수 응용 분야의 경우 더 엄격합니다.
  • SiC와 같은 단단한 세라믹에서 이러한 정밀도를 달성하려면 특수 장비와 전문 지식이 필요하며 구성 요소 비용에 기여합니다.
• 표면 마감:
  • SiC 구성 요소의 표면 마감(거칠기, Ra)은 다음과 같은 다양한 이유로 중요합니다.
    • 유체 역학: 유로에서는 압력 강하를 최소화하고 난류를 방지하기 위해 매끄러운 표면이 필요한 경우가 많습니다(예: 연료 피복재, 열교환기 튜브).
    • 내마모성: 일반적으로 더 매끄러운 표면은 슬라이딩 접촉 응용 분야에서 더 낮은 마찰 및 마모율을 나타냅니다.
    • 기밀성: 밀봉 응용 분야의 경우 매우 매끄러운 표면이 필수적입니다.
    • 내식성: 더 매끄러운 표면은 부식 공격 부위를 줄여 때때로 더 나은 내식성을 제공할 수 있습니다.
    • 접합: 강력하고 안정적인 접합을 달성하려면 표면 처리가 중요합니다.
  • 일반적인 달성 가능한 표면 마감:
    • 소성/소결: Ra는 공정 및 그린 성형 기술에 따라 1μm에서 10μm 이상까지 다양할 수 있습니다. CVD-SiC는 매우 매끄러운 증착 표면(예: Ra < 1μm)을 달성할 수 있습니다.
    • 연삭된 상태: Ra 0.2μm ~ 0.8μm가 일반적입니다.
    • 랩핑/연마된 상태: Ra < 0.1μm를 달성할 수 있으며 특정 응용 분야에 따라 광학 품질 마감이 가능합니다.
• 치수 제어 및 검사:
  • 원자력 등급 구성 요소에는 엄격한 치수 검사가 필수적입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
    • 접촉 측정: 터치 프로브가 있는 좌표 측정기(CMM).
    • 비접촉 측정: 표면 거칠기 및 형태에 대한 레이저 스캐너, 광학 프로파일로미터, 백색광 간섭계.
    • 특수 게이지: 특정 기능에 대한 맞춤형 게이지.
  • 일관성을 보장하고 잠재적인 편차를 조기에 식별하기 위해 제조 공정 전반에 걸쳐 통계적 공정 관리(SPC)를 구현해야 합니다.
  • 재료 및 가공 매개변수의 추적 가능성이 필수적입니다.

CAS 신소재(SicSino)는 정밀도의 중요성을 잘 알고 있습니다. 당사는 포괄적인 서비스 생태계의 일부로 고급 측정 및 평가 기술을 보유하고 있습니다. 이를 통해 당사는 맞춤형 실리콘 카바이드 부품 Weifang에서 제공하는 제품이 원자력 및 기타 첨단 산업 분야의 고객의 엄격한 치수 및 표면 마감 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 품질에 대한 당사의 노력은 중국 과학원의 전문 지식으로 뒷받침되어 안정적이고 일관된 생산을 보장합니다.

제작 그 이상: 원자력 응용 분야에서 SiC의 후처리, 자격 평가 및 과제 극복

올바른 모양과 치수로 탄화규소 구성 요소를 제조하는 것은 특히 까다로운 원자력 응용 분야의 경우 여정의 일부일 뿐입니다. 최종 필요한 속성 및 표면 조건을 달성하려면 후처리 단계가 필요한 경우가 많습니다. 또한 구성 요소가 의도한 원자력 환경에서 안정적이고 안전하게 작동하는지 입증하려면 엄격한 자격 평가가 필수적입니다. 많은 장점에도 불구하고 SiC는 신중한 재료 선택, 설계 및 제조 제어를 통해 해결해야 하는 특정 과제도 제시합니다.

후처리 필요 사항:

• 정밀 연삭 및 래핑: SiC는 매우 단단한 재료이므로 모든 가공 작업에 다이아몬드 공구가 필요합니다. 연삭은 소결 또는 반응 결합 후 엄격한 치수 공차를 달성하고 표면 마감을 개선하는 데 사용됩니다. 래핑 및 연마는 표면을 더욱 정제하여 매우 낮은 거칠기 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
• 청소: 설치 또는 추가 가공(예: 코팅) 전에 가공 또는 취급으로 인한 오염 물질을 제거하려면 철저한 세척이 필수적입니다.
• 가장자리 모서리 챔퍼링/반경: 응력 집중을 완화하고 치핑을 방지하기 위해 날카로운 모서리는 종종 모따기되거나 모따기됩니다.
• 코팅: 경우에 따라 SiC 구성 요소에 추가 코팅을 적용할 수 있습니다. 예를 들어 특정 고온 부식 환경에서 SiC/SiC 복합재료에 환경 장벽 코팅(EBC)을 사용하여 내구성을 더욱 향상시키거나 접합 목적으로 특정 코팅이 필요할 수 있습니다.
• 가입 및 조립: 최종 구성 요소가 여러 SiC 부품 또는 SiC 및 금속 부품의 조립품인 경우 특수 접합 공정(앞에서 설명)이 제작 후 단계로 수행됩니다.

원자력 서비스 자격 평가:

이는 중요하고 종종 시간이 많이 걸리는 프로세스입니다. 도매 탄화규소 원자력 구성 요소는 최고 표준을 충족해야 합니다.

• 비파괴 평가(NDE): 다양한 NDE 기술을 사용하여 구성 요소를 손상시키지 않고 내부 결함, 균열, 다공성 또는 밀도 변화를 검사합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
  • X선 방사선 촬영 및 컴퓨터 단층 촬영(CT)
  • 초음파 검사(UT)
  • 표면 파괴 균열에 대한 형광 침투 검사(FPI)
• 재료 특성화: 기계적 특성(강도, 인성, 경도, 크리프), 열적 특성(전도도, 팽창) 및 미세 구조를 확인하기 위한 광범위한 테스트.
• 시뮬레이션된 조건에서의 성능 테스트: 여기에는 샘플 구성 요소 또는 쿠폰을 다음에 노출시키는 것이 포함될 수 있습니다.
  • 고온 및 관련 대기/냉각수 조건.
  • 중성자 및 감마 플럭스 하에서 거동을 평가하기 위한 연구용 원자로에서의 조사 테스트(팽창, 기계적 특성 변화, 열전도율 저하).
  • 열충격 테스트.
  • 대표적인 냉각수에서의 부식 테스트.
• 원자력 코드 및 표준 준수: 구성 요소는 종종 확립된 원자력 코드 및 표준(예: ASME, RCC-MRx 또는 특정 유틸리티/규제 기관 요구 사항)에 따라 제조 및 자격 평가를 받아야 합니다. 여기에는 엄격한 문서화, 품질 보증 프로그램 및 종종 제3자 인증이 포함됩니다.

일반적인 과제와 극복 방법:

• 취성(모놀리식 SiC):
  • 도전: 모놀리식 SiC는 파괴 인성이 낮기 때문에 임계 결함이 존재하고 충분한 응력을 받으면 파국적으로 파괴될 수 있습니다.
  • 완화: 유사 연성을 제공하는 SiC/SiC 복합재료 사용, 압축 응력 상태를 위한 설계, 신중한 취급, 결함이 있는 부품을 제거하기 위한 엄격한 NDE, 교정 테스트.
• 가공 복잡성 및 비용:
  • 도전: SiC의 극단적인 경도로 인해 가공이 어렵고 비용이 많이 듭니다.
  • 완화: 가공을 최소화하기 위한 순형상 성형 기술, 특수 다이아몬드 연삭 장비를 갖춘 숙련된 제작자 활용, 더 쉬운 가공을 위한 설계 최적화. CAS 신소재(SicSino)는 제조 공정을 최적화하여 비용 경쟁력 있는 솔루션에 주력합니다.
• 조사 유발 저하:
  • 도전: 일반적으로 방사선에 안정적이지만 매우 높은 중성자 플루언스는 약간의 팽창, 열전도율 감소 및 기계적 특성 변화를 초래할 수 있습니다.
  • 완화: 고순도 결정질 SiC 등급(예: 고품질 CVD-SiC 또는 S-SiC) 선택, 방사선 안정성을 위해 설계된 SiC/SiC 복합재료 사용, 구성 요소 설계 및 수명 평가에서 이러한 변화 고려.
• 접합 신뢰성:
  • 도전: 원자력 조건을 견딜 수 있는 SiC 부품 또는 SiC와 금속 간에 강력하고 기밀하며 내구성이 뛰어난 접합부를 만드는 것은 기술적으로 어렵습니다.
  • 완화: 고급 접합 기술 개발 및 자격 평가, 응력을 최소화하고 열팽창 불일치를 수용하기 위한 신중한 접합부 설계, 접합부의 엄격한 NDE.
• 비용 및 확장성:
  • 도전: 맞춤형 고품질 SiC 구성 요소, 특히 복합재료는 기존 금속 부품보다 비용이 더 많이 들 수 있습니다. 대규모 원자로 함대에 대한 생산 확장은 또한 고려 사항입니다.
  • 완화: 제조 비용을 절감하기 위한 지속적인 R&D(예: 복합재료에 대한 보다 효율적인 섬유 및 매트릭스 생산), 가능한 경우 구성 요소 표준화, 규모의 경제와 확립된 공급망의 이점을 누릴 수 있는 Weifang SiC 허브에 위치한 SicSino와 같은 유능한 공급업체와의 전략적 파트너십. SicSino의 기술 이전 서비스는 SiC 제조 기능에 대한 광범위한 접근을 용이하게 하는 것을 목표로 합니다.

이러한 과제를 이해하고 고급 재료 과학, 강력한 엔지니어링 설계, 꼼꼼한 제조 및 자격 평가 프로세스를 통해 사전에 해결함으로써 원자력 산업에서 탄화규소의 잠재력을 최대한 실현할 수 있습니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

• Q1: 맞춤형 탄화규소가 원자력 연료 피복재에 대한 Zircaloy와 같은 기존 재료보다 우수한 선택인 이유는 무엇입니까? A1: 맞춤형 탄화규소, 특히 SiC/SiC 복합재료는 사고 내성이 크게 향상되었습니다. 용융되거나 증기와 격렬하게 반응하지 않고 훨씬 더 높은 온도(1600°C 이상)를 견딜 수 있으므로 Zircaloy(800°C 이상에서 빠르게 저하되고 상당한 수소를 생성함)에 비해 냉각재 상실 사고(LOCA) 중 수소 생산이 크게 줄어듭니다. SiC는 또한 방사선 안정성, 다양한 냉각수에 대한 내식성이 뛰어나고 더 높은 연소 잠재력을 통해 연료 주기 경제성을 향상시킬 수 있습니다.
• Q2: 원자력 응용 분야를 위한 맞춤형 SiC 구성 요소의 비용은 다른 옵션과 비교하여 어떻습니까? A2: 처음에는 맞춤형 SiC 구성 요소, 특히 SiC/SiC 복합재료와 같은 고급 형태가 기존 금속 구성 요소보다 초기 제조 비용이 더 높을 수 있습니다. 그러나 진정한 비용 평가는 총 수명 주기 비용을 고려해야 합니다. SiC가 제공하는 우수한 내구성, 더 긴 구성 요소 수명, 향상된 안전성(복잡한 보조 안전 시스템의 필요성을 줄이거나 사고 결과를 완화할 가능성이 있음) 및 향상된 열 효율성은 상당한 장기적 절감 효과와 전반적인 경제적 이점으로 이어질 수 있습니다. CAS 신소재(SicSino)는 Weifang의 제조 생태계를 활용하고 생산 공정을 최적화하여 비용 경쟁력 있는 맞춤형 SiC 구성 요소를 제공하기 위해 노력합니다.
• Q3: CAS 신소재(SicSino)와 같은 공급업체의 맞춤형 SiC 원자력 구성 요소의 일반적인 리드 타임은 얼마입니까? A3: 맞춤형 SiC 원자력 구성 요소의 리드 타임은 설계 복잡성, 필요한 특정 SiC 등급(예: 모놀리식 대 복합재료), 주문 수량, 자격 평가 요구 사항의 엄격성 및 현재 생산 일정 등 여러 요인에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 간단한 프로토타입은 몇 주가 걸릴 수 있지만 복잡하고 자격 평가된 구성 요소는 몇 달 이상 걸릴 수 있습니다. 특정 프로젝트 타임라인에 대해 SicSino와 직접 논의하는 것이 중요합니다. 당사 팀은 통합된 프로세스를 통해 문의에서 배송까지 효율적인 프로젝트 관리를 위해 노력
• Q4: CAS 신소재(SicSino)는 매우 특수하거나 새로운 원자력 요구 사항에 맞는 설계 및 재료 선택을 지원할 수 있습니까? A4: 물론입니다. CAS 신소재(SicSino)는 중국 과학원의 지원을 받아 기술 전문성을 자랑스럽게 생각합니다. 당사는 재료 과학, 공정 엔지니어링, 설계 최적화 및 측정/평가 기술을 포괄하는 실리콘 카바이드 제품의 맞춤형 생산을 전문으로 하는 국내 최고 수준의 전문가 팀을 보유하고 있습니다. 당사는 OEM 및 기술 조달 전문가를 포함한 고객과 긴밀히 협력하여 고유한 과제를 이해하고 특정 원자력 응용 분야에 맞는 최적의 SiC 재료 및 부품 설계를 선택하거나 개발할 수 있도록 지원합니다. 제조 가능성, 성능 절충 및 재료 특성에 대한 지침을 제공할 수 있습니다.
• Q5: 향후 더 큰 규모의 첨단 원자로에 대한 수요를 충족하기 위해 SiC 부품 생산을 확대하는 데 있어 주요 과제는 무엇입니까? A5: 주요 과제로는 일부 SiC 재료(특히 CMC용 고순도 섬유)의 현재 비용, 일부 제조 공정(예: CMC용 CVI)의 복잡성과 길이, 특수 제조 장비의 필요성, 원자재 및 전구체 가스에 대한 강력한 공급망 확보 등이 있습니다. 추가적인 연구 개발은 보다 비용 효율적이고 확장 가능한 제조 기술 개발에 초점을 맞추고 있습니다. 또한, 가능한 경우 부품 설계를 표준화하고 CAS 신소재(SicSino)가 제공하는 서비스와 같이 현지 SiC 생산 공장 설립을 지원하는 글로벌 협력 및 기술 이전이 미래의 대규모 수요를 충족하는 데 매우 중요할 것입니다.

결론: 더 안전하고 효율적인 원자력 미래를 위한 맞춤형 실리콘 카바이드 수용

맞춤형 실리콘 카바이드(탄화규소)는 원자력 산업을 위한 혁신적인 재료 기술을 나타냅니다. 원자로 내부에서 발견되는 극심한 온도, 방사선 및 부식성 환경에서 탁월한 성능을 발휘하여 안전성 향상, 열효율 개선, 부품 수명 연장 및 첨단 원자로 설계 실현을 위한 경로를 제공합니다. 사고 저항성이 뛰어난 연료 피복재를 통해 사고 위험을 크게 완화하는 것부터 내구성이 뛰어난 코어 구조 및 효율적인 열교환기에 이르기까지 맞춤형 SiC 부품은 엔지니어가 원자력 성능의 경계를 넓힐 수 있도록 지원합니다.

이러한 중요한 부품의 설계, 개발 및 공급을 위한 올바른 파트너를 선택하는 것이 가장 중요합니다. CAS 신소재(SicSino)중국 실리콘 카바이드 생산의 중심지인 웨이팡에 전략적으로 위치한 는 이 분야의 혁신과 품질을 입증하는 증거입니다. 중국 과학원 내의 깊은 뿌리는 과학 및 기술 전문성의 비할 데 없는 기반을 제공합니다. 당사는 재료 선택 및 맞춤형 설계에서 고정밀 제조 및 엄격한 품질 보증에 이르기까지 포괄적인 서비스 제품군을 제공하여 고객이 가장 까다로운 원자력 등급 사양을 충족하는 SiC 부품을 받을 수 있도록 보장합니다.

또한 SicSino는 다음을 통해 글로벌 SiC 산업의 성장을 촉진하기 위해 노력하고 있습니다. 기술 이전각국이 자체적인 특수 SiC 제조 역량을 구축할 수 있도록 지원합니다. 원자력 산업이 청정하고 지속 가능한 에너지를 제공하는 데 중요한 역할을 계속 수행함에 따라 CAS 신소재(SicSino)와 같은 경험이 풍부하고 신뢰할 수 있는 파트너가 제공하는 맞춤형 실리콘 카바이드(탄화규소)는 보다 안전하고 효율적이며 탄력적인 원자력 미래를 구축하는 데 없어서는 안 될 요소가 될 것입니다. 당사는 엔지니어, 조달 관리자 및 기술 구매자가 당사와 협력하여 당사의 고급 SiC 솔루션이 귀사의 가장 까다로운 산업 과제를 어떻게 해결할 수 있는지 모색하도록 초대합니다.