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내열 탄소 펠트는 열처리로와 단결정 실리콘 제련로에 사용됩니다.

2025-09-08

탄 펠트는 무질서하게 얽힌 탄소 섬유로 구성된 부드럽고 다공성인 펠트 형태의 순수 탄소 재료입니다. 이는 섬유 적층과 니들 펀칭 공정을 통해 제조되며, 고온 열분해 처리를 거쳐 주요 성분이 탄소로 구성됩니다. 본질적으로 탄소 섬유의 집합체로서, 하나의 덩어리 탄소가 아니며, 이로 인해 독특한 종합 성능을 갖추고 있습니다: 탄소 재료의 고온 내열성과 화학적 안정성, 섬유 재료의 유연성 및 다공성 재료의 우수한 단열성을 모두 겸비하고 있습니다.

산업 분야에서 탄 펠트는 종종 흑연 펠트(Graphite Felt)와 구분됩니다. 두 재료의 주요 차이는 열처리 온도에 있습니다:

탄 펠트: 일반적으로 1000°C ~ 1500°C 온도에서 탄화 처리를 하며, 탄소 원자가 무질서한 층상 구조를 이루고 있어 미시적으로 비흑연화 탄소에 속합니다.

흑연 펠트: 탄 펠트를 기반으로 2200°C ~ 3000°C의 고온에서 흑연화 처리를 거쳐 얻어집니다. 이 과정에서 무질서한 층상 구조가 질서 있는 3차원 흑연 결정 구조로 변환됩니다.

따라서 흑연 펠트는 더 높은 흑연화도, 우수한 열전도성/전기전도성, 더 높은 순도 및 강한 강성을 가지지만 비용도 더 높습니다. 탄 펠트는 우수한 단열성과 경제성에 더 중점을 둡니다.

탄 펠트의 특성

1. 내고온성

불활성 분위기 하에서: 진공 또는 불활성 가스 보호(예: 아르곤) 하에서 탄 펠트는 3000°C까지 견딜 수 있으며 녹지 않습니다(탄소의 승화점은 약 3600°C). 이는 알려진 가장 내열성이 뛰어난 재료 중 하나입니다.

산화 저항성 부족: 공기 중에서는 온도가 400°C를 초과하면 탄소가 산화 연소를 시작합니다. 따라서 실제 고온 응용에서는 진공 또는 불활성 분위기와 함께 사용하거나 표면에 산화 방지 코팅을 해야 합니다.

2. 우수한 열 절연성(낮은 열전도율)

탄 펠트는 무질서한 탄소 섬유로 구성되어 있으며 섬유 사이에 많은 기공이 존재합니다. 이 기공들은 열전도와 대류를 효과적으로 차단하여 매우 우수한 고온 단열 재료가 됩니다. 전통적인 세라믹 섬유보다 단열 성능이 훨씬 뛰어납니다.

3. 낮은 열용량과 열 관성

탄 펠트 자체는 무게가 매우 가볍고 밀도가 낮으며(약 0.1-0.2 g/cm³), 따라서 열용량이 작습니다. 이는 흡수 및 저장하는 열량이 적어 가열 및 냉각 속도가 매우 빠르며, 에너지 절약과 산업용로의 온도 제어 효율 향상에 유리합니다.

4. 우수한 화학적 안정성

고온에서 강한 산화제(예: 산소)에 의해 부식되는 것을 제외하고, 탄 펠트는 대부분의 산, 염기, 염 용액 및 유기 용매에 대해 뛰어난 내식성을 가집니다. 또한 고온에서 대부분의 용융 금속과 반응하지 않습니다.

5. 유연성과 가공성

전통적인 단단한 흑연 펠트나 흑연판과 달리, 탄 펠트는 질감이 부드럽고 절단, 굽힘, 다양한 복잡한 형태로 감싸기가 용이하여 설치가 매우 편리합니다.

6. 전도성

탄소는 좋은 전도체이므로 탄 펠트도 전도성을 가집니다. 이 특성 덕분에 직접 발열체로 사용될 수 있으며(전류 통과 시 저항으로 고온 발생), 이는 많은 진공로 설계의 핵심입니다.

탄 펠트의 응용

1. 고온 진공로/분위기로의 핵심 재료

단열 스크린/보온층: 진공 소결로, 납땜로, 탄화로, 열처리로 등에서 탄 펠트를 단열 덮개로 제작하여 고온 구역과 로 벽을 분리, 열 손실을 크게 줄이고 에너지 효율을 높입니다.

발열체: 탄 펠트를 특정 형태(예: 막대형, 판형)로 가공하여 저압 대전류를 직접 통과시키면 자체 저항으로 고온이 발생하여 로의 가열원으로 사용됩니다.

2. 결정 성장 분야

단결정 실리콘(태양광 및 반도체 기본 재료)과 사파이어(LED 기판)의 결정 성장 공정에서 직당 단결정로(CZ Furnace)가 필요합니다. 탄 펠트는 열장 시스템의 핵심 구성 요소(단열 케이지, 히터, 도가니 받침 등)로서 결정 성장에 균일하고 안정적이며 순수한 고온 환경을 제공합니다.

3. 항공우주 분야

로켓 엔진 노즐과 노즈콘의 단열층으로 사용되어 고온 연소 가스 흐름을 견딥니다.

극초음속 비행체의 열 방호 시스템(TPS)에서 방열 기초 재료 중 하나로 사용되어 재진입 시 발생하는 극한의 공기역학적 가열을 견딥니다.

4. 신재생 에너지 및 에너지 저장 분야

연료 전지: 가스 확산층(GDL)으로 사용되어 전자 전도, 반응 가스 확산, 반응 생성물인 물 배출 및 촉매층 지지 역할을 합니다.

액체 흐름 전지: 전극 재료로서 거대한 비표면적과 우수한 전도성을 이용해 전기화학 반응을 수행합니다.

5. 기타 산업 응용

알루미늄 산업: 용융 알루미늄 액체의 여과에 사용되어 불순물을 제거합니다.

소결 트레이: 분말 야금 산업에서 부품을 고온 소결할 때 지지대로 사용되며, 자체는 부품과 반응하지 않습니다.

고순도 흑연 제조: 탄 펠트 자체는 부드러운 펠트이지만 고온 흑연화 처리를 거치면 구조가 더 치밀하고 성능이 우수한 흑연 경펠트로 전환될 수 있습니다.

난연 아크릴은 난연 가정용 섬유 및 고온 방호복 제작에 사용됩니다.

간격 아라미드 복합 기지 천 펠트는 야금 제강 파이프 보온 단열 담요에 사용됩니다