'둥근 SiC 분말'을 찾을 때 가장 흔한 오해는 "구형이면 다 같은 것"이라는 생각입니다. 실제로는 형상이 둥글어 보이는 SiC 분말이 최소 두 종류로 나뉘며, 제조 원리도 가격도 용도도 완전히 다릅니다. 결론부터 말하면, SiC 분말은 파쇄 각형·스프레이드라이 과립·플라즈마 구형화의 3등급으로 구분해야 하고, 벤더 검증의 핵심은 "구형이냐"가 아니라 "스프레이드라이 과립이냐 플라즈마 구슬이냐"를 가려내는 것입니다.
SiC 분말 3등급 구분
| 등급 | 제조 방식 | 형상 | 대략 가격대 | 주 용도 |
|---|---|---|---|---|
| ① 파쇄(각형) | 분쇄 + 체분급 | 날카로운 각형 | 연마재 | |
| ② 스프레이드라이 과립 | 미분+바인더+소결조제 분무건조 | 다공성 구형(딤플) | $5~15/kg | 프레스 소결 성형 |
| ③ 플라즈마 구형화 | 좁은 열적 창에서의 플라즈마 구형화 | 치밀한 진짜 구슬 | 수십 $/kg~ | 용사코팅·3D프린팅(AM) |
이 가운데 프레스 성형·소결용 원료로 통상 구매되는 등급은 이제 두 개의 별도 라인에 나뉘어 있습니다. 60–90 µm의 즉시 성형용 과립은 벌크 밀도와 함께 저희 무압소결용 SiC 과립 페이지에 실려 있고, 서브마이크론 소결용 미분 — W0.5 컷 — 은 저희 녹색탄화규소 미분 페이지에 있습니다. 연마용 등급도 이 페이지에 함께 있으며, JIS·FEPA·중국 W 등급이 서로 다른 분말에 비슷한 숫자를 붙이기 때문에 입도는 단순 grit 번호가 아니라 규격으로 표기합니다.
① 파쇄(각형) 분말
가장 기본적인 형태입니다. SiC 괴를 분쇄하고 체로 분급해 만듭니다. 형상은 날카로운 각형이며, 주로 연마재로 쓰입니다. 여기서 중요한 오해 하나를 짚어야 합니다. 각형이라고 저품질인 것이 아닙니다. 형상(각형/구형)과 순도(불순물 함량)는 서로 독립적인 축입니다. 각형 분말도 고순도일 수 있습니다. 각형의 실질적 약점은 순도가 아니라 유동성입니다. 각진 입자는 서로 맞물려 흐름이 나쁘고, 프레스 금형에 균일하게 충전되지 않아 성형체 밀도 편차를 만듭니다.
② 스프레이드라이 과립 (RTP, Ready-to-Press)
프레스 소결 성형용으로 쓰이는 것이 이 등급입니다. 미분(서브미크론급 SiC)에 바인더와 소결조제(카본, B₄C 등)를 섞은 슬러리를 분무건조(spray drying)하면, 작은 액적이 건조되며 다공성 구형 과립이 만들어집니다. 이 과립은 겉보기에는 둥글지만 속이 꽉 찬 구슬이 아니라, 미분이 뭉쳐 만들어진 다공성 덩어리입니다.
스프레이드라이 과립을 가장 알아보기 쉬운 표식은 표면의 딤플입니다. 액적 건조 과정에서 표면이 함몰되며 움푹 팬 도넛형 자국이 남습니다. 다만 이 판정은 한 방향으로만 써야 합니다. SEM에서 딤플이 보이면 스프레이드라이의 강력한 증거이지만, 딤플이 없다는 것은 반대 증거가 되지 않습니다. 딤플 형성은 고형분 함량과 건조 속도에 좌우되므로, 치밀하고 빠르게 건조된 과립은 표면이 매끄럽게 나올 수 있습니다. 실무적으로 이 과립은 프레스 성형 시 부서지도록 설계돼 있으며, 함께 넣은 바인더는 소결 과정에서 열분해로 제거됩니다. C-rich 조성이나 B₄C가 검출되는 것은 상압소결용 소결조제 배합의 정상적인 신호입니다.
③ 플라즈마 구형화 분말
가장 고가 등급이자, 원리가 가장 자주 잘못 설명되는 등급입니다. SiC는 대기압에서 안정한 액상이 존재하지 않습니다. 충분히 가열하면 녹는 것이 아니라 분해되며, 약 2500~2800 °C 영역에서 규소가 풍부한 액상과 증기, 그리고 유리탄소로 포정분해(peritectic decomposition)됩니다. 따라서 플라즈마 구형화는 "용융 후 재응고"가 아닙니다. 이 공정은 대신 입자 표면에 얇게 일시적으로 형성되는 규소 풍부층에 의존하며, 표면장력이 그 층을 둥글게 끌어당깁니다. 그래서 공정은 좁은 열적 창 안에서만 성립합니다. 에너지가 부족하면 입자는 각형으로 남고, 과하면 규소가 기상으로 빠져나갑니다. 약간의 규소 손실과 표면 조성비의 변화는 결함이 아니라 이 공정의 정상적인 귀결이며, 그래서 표면 조성(유리탄소, 유리 규소, 표면 Si/C 비)을 보고해 달라고 공급사에 요구하는 것은 정당합니다. 특히 구슬이 표면 화학이 밀착력을 좌우하는 코팅이나 적층 공정으로 갈 때는 더욱 그렇습니다. 이 공정이 실제로 제공하는 것은 다공성 과립과 달리 내부에 빈 공간이 거의 없는 치밀한 구슬입니다. 유동성과 충전밀도가 뛰어나 용사코팅(thermal spray)이나 금속 3D프린팅(적층제조, AM)용 원료로 쓰입니다. 가격은 수십 달러/kg 이상으로 올라갑니다.
왜 구분이 중요한가
같은 "둥근 SiC 분말"이라도 용도가 어긋나면 공정이 실패합니다. 프레스 소결 라인에 플라즈마 구슬을 넣으면 성형·소결 거동이 다르고, 반대로 프레스 성형용 생(green) 과립을 용사·AM 라인에 넣으면 온전한 상태로 도달하지 못하고 취급과 분말 이송 과정에서 부서지기 쉽습니다. 여기서 실격 사유는 스프레이드라이 자체가 아니라 붕괴성(crushability)입니다. 조립·소결(A&S, agglomerated-and-sintered) 용사 분말은 스프레이드라이한 뒤 소결로 강도를 부여한 것이며, A&S YSZ는 표준적인 열차폐코팅 원료입니다. 따라서 용사 부스로 갈 둥근 분말에 대해 물어야 할 것은 스프레이드라이 여부가 아니라, 그 뒤에 강도가 나올 만큼 소결했는지입니다. 특히 시장에서 "그래뉼"이라는 이름으로 유통되는 제품 중에는 실제로는 각형 분쇄품에 가까운 것도 있어, 육안이나 사진만으로는 판별이 어렵습니다. 이 판별 문제는 분말 품질 검증 방법론에서 실사례로 다룹니다.