니켈 파우더는 어디에 사용되나요?

제 생각에 니켈 파우더는 정말 '만능'과 비슷합니다. 니켈 분말이 여러 주요 영역에서 잘 먹을 수 있는 이유는 주로 전기 전도성, 자성, 내식성, 고온에서의 안정성이 있기 때문입니다. 이러한 특성이 결합되어 특히 강력한 성능을 발휘합니다. 에너지 저장을 위한 첨단 배터리 기술부터 적층 제조(우리가 흔히 3D 프린팅이라고 부르는), 적층 세라믹 커패시터(MLCC) 및 전도성 페이스트와 같은 전자 부품의 '뒷면', 심지어 다양한 화학 반응에서 촉매 역할을 하거나 열 스프레이 기술을 통한 보호 및 기능성 코팅, 심지어 금속 합금의 성능 향상에 이르기까지 응용 범위가 놀라울 정도로 광범위합니다.

니켈 분말의 핵심 응용 분야

사용할 니켈 분말(예: 카보닐 니켈 분말, 전해 니켈 분말, 분무 니켈 분말, 구형, 수지상 등)을 선택할 때, 솔직히 말해서 결국 달성하려는 성능, 순도 요구 사항 및 가공 방법에 따라 결정해야 합니다. 이 모든 것이 중요합니다.

1. 에너지 저장

• 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 및 니켈-금속수소(Ni-MH) 배터리: 저는 항상 니켈-카드뮴 및 니켈-금속수소 배터리가 오늘날 여기까지 온 것은 니켈 분말의 미세 입자 덕분이라고 생각했습니다. 다공성 전극을 생산하는 데 사용할 수 있으므로 전기 화학 반응의 표면적이 증가하고 충전 및 방전 효율과 사이클 수명이 자연스럽게 따라옵니다. 따라서 니켈 분말의 순도와 형태는 배터리의 전반적인 성능과 수명에 직접적인 영향을 미치며 이는 과장이 아닙니다.
• 리튬 이온 배터리: 니켈 분말 자체가 리튬 이온 배터리의 주요 활성 물질은 아니지만, 제가 아는 한 니켈 화합물은 많은 양극재(예: NMC 및 NCA)에서 핵심적인 역할을 합니다. 또한 배터리 내부의 전류 수집 효율을 개선하고 내부 저항을 줄이기 위해 전도성 니켈 분말 또는 니켈 시트를 사용하는 방법도 모색하고 있습니다.
• 고체 산화물 연료 전지(SOFC): 고온에서 니켈 기반 서멧 복합재는 촉매 활성과 전기 전도성이 우수하기 때문에 SOFC의 음극 재료로 자주 사용됩니다.

2. 적층 제조(3D 프린팅)

• 파우더 베드 퓨전(예: SLM, EBM): 적층 제조에 있어 구형의 고순도 니켈 합금 분말(예: 인코넬 625, 인코넬 718)은 그야말로 '마법'입니다. 특히 매우 높은 성능이 요구되는 항공우주, 자동차 및 의료 분야에서 복잡한 구조물을 프린팅하는 데 사용할 수 있으며 기계적 특성이 특히 우수합니다. 그러나 여기에는 우수한 유동성, 입자 크기 분포의 적절한 제어, 낮은 산소 함량 등 몇 가지 까다로운 요구 사항이 있습니다. 그래야만 프린팅 공정이 안정적이고 부품에 문제가 발생하지 않습니다.
• 바인더 분사: 니켈 분말을 바인더 사출 공정에 사용한 다음 소결하여 잘 디자인된 부품을 만들 수도 있습니다.

3. 전자 제품 분야에서의 애플리케이션

• 다층 세라믹 커패시터(MLCC): MLCC라고 하면 항상 초미세 니켈 분말을 떠올리게 됩니다. 초미세 니켈 분말은 베이스 메탈 전극(BME)MLCC의 내부 전극을 구성하는 핵심 소재입니다. 전도성이 높고 비교적 낮은 온도에서 유전체 세라믹과 함께 소결할 수 있어 거의 모든 전자 회로에서 볼 수 있는 부피가 작고 커패시턴스가 큰 전자 부품 생산에 필수적입니다.
• 전도성 페이스트 및 잉크: 이 전도성 페이스트와 잉크 조각에서 플레이크 또는 덴드리틱 니켈 분말은 확실히 비용 효율적이고 사용하기 쉬운 선택입니다. 비용과 전도성이 요구되는 전자파 간섭(EMI) 차폐, 플렉시블 전자 장치 및 회로 기판 라우팅에 사용됩니다.
• 자기 재료: 니켈은 강자성이기 때문에 니켈 분말은 자기 차폐 재료 및 일부 연자성 복합 재료와 같은 일부 자성 응용 분야에서도 그 자리를 찾을 수 있습니다.

4. 화학적 변환 촉진

• 수소화 반응: 촉매제 하면 레이니 니켈이 유명합니다. 이 다공성 니켈 촉매는 불포화 유기 화합물의 수소화를 위해 석유화학, 제약 및 식품 산업에서 '베테랑'으로 통하는 촉매입니다.
• 메탄화 및 개혁: 니켈 촉매는 천연가스 합성(메탄화)과 수소를 생산하기 위한 탄화수소의 증기 개질에 필수적입니다. 니켈 분말의 넓은 표면적과 독특한 형태는 촉매 활성에 큰 기여를 합니다.

5. 열분사 코팅 및 표면 엔지니어링

• 내마모성 및 내식성: 부품에 "황금 종 철 천 셔츠"를 입히려면 니켈 기반 합금과 순수 니켈 코팅이 정말 좋은 손입니다. 플라즈마 스프레이, 고속 산소 연료(HVOF) 스프레이 또는 아크 스프레이를 통해 이러한 코팅은 해양 환경, 화학 공정 및 발전의 부품에 탁월한 내마모성, 내식성 및 내식성을 제공할 수 있습니다.
• 고온 산화 저항성: 니켈-크롬 및 기타 니켈 합금 분말은 부품이 극한의 온도와 거친 산화 환경에 견딜 수 있도록 보호 코팅을 형성합니다.

6. 야금 합금

• 초합금: 주요 합금 원소인 니켈은 제트 엔진과 가스 터빈의 초합금에 필요한 고온 강도 및 크리프 저항성에 크게 기여해 왔습니다.
• 스테인리스 스틸: 니켈은 일반적으로 원소 형태로 스테인리스 스틸에 첨가되지만, 일부 특수 분말 야금 가공 경로에서는 니켈 분말을 사용하여 특정 특성을 향상시키거나 더 복잡한 모양을 만드는 데 스테인리스 스틸을 생산할 수도 있습니다.

니켈 분말 특성 및 생산

니켈 분말의 사용을 정말로 이해하고 싶다면 기본 특성과 생산 방법을 어떤 식으로든 우회할 수 없습니다. 이는 니켈 분말이 무엇을 할 수 있고 얼마나 잘 할 수 있는지를 직접적으로 결정합니다.

주요 속성:

• 순도: 산업용 등급부터 초고순도까지 다양한 순도. 간단히 말해서 전도도에 직접적인 영향을 미치는데, 특히 전자 제품과 같이 요구 사항이 특히 까다로운 민감한 애플리케이션에서는 더욱 그렇습니다.
• 입자 크기 및 형태: 입자의 크기는 1마이크론 미만에서 수십 마이크론까지 다양하며 구형, 수지상(불규칙한), 플레이크, 필라멘트 등 모양도 매우 다양합니다. 이 파우더는 흥미롭습니다. 구형 분말은 유동성이 좋아 적층 제조에서 특히 인기가 높습니다. 그러나 플레이크 파우더는 종횡비가 높고 접촉 면적이 넓기 때문에 전도성 페이스트에 탁월합니다. 수지상 분말은 표면적이 넓어 촉매와 배터리 전극에 매우 중요하며, 이는 매우 중요합니다.
• 전기 전도도: 전도성이 높아 전극 및 전도성 경로에 이상적인 소재입니다.
• 자기 속성: 강자성 물질 1순위인 니켈 분말은 자기 차폐 및 다양한 자성 부품에 유용합니다.
• 내식성: 니켈은 여러 부식성 환경에 대한 내성이 우수하여 특히 보호 코팅 및 합금에 적합합니다.
• 높은 융점: 약 1455°C의 녹는점은 고온 애플리케이션에서 안정성을 보장합니다.

제조 방법:

생산 방식은 분말의 특성을 직접적으로 결정하는 핵심 요소입니다:

1. 카보닐 프로세스: 이 방법은 고순도의 매우 미세한 입자(서브 미크론에서 수 미크론)인 구형 또는 사슬 니켈 분말을 만들 수 있으며, 원리는 카르보닐 니켈의 4를 분해하는 것입니다. 기본적으로 MLCC 및 전도성 잉크와 같은 곳에서 사용됩니다.
2. 전해 증착: 전해 증착은 표면적이 넓은 고순도 수지상 니켈 분말을 생산합니다. 배터리 전극과 촉매가 많이 사용되는 것 같아요.
3. 원자화: 원자화 방법은 니켈 또는 니켈 합금을 녹인 다음 가스(아르곤, 질소 등) 또는 물을 사용하여 미세한 구형 분말로 빠르게 응고시키는 것입니다. 적층 제조의 경우 구형 형태와 우수한 흐름을 생성할 수 있으며 이는 매우 중요합니다.

저자: 저자: 크리스 박사

크리스 박사는 선임 재료 과학자이자 엔지니어로 금속 재료 분야에서 15년 이상의 전문 지식을 보유하고 있습니다. 첨단 배터리, 적층 제조, 촉매 및 전자 부품에서 니켈 분말의 준비, 특성화 및 혁신적인 응용 분야를 전문으로 하는 [귀하의 이름/가명] 박사는 현대 기술에서 니켈의 중요한 역할에 대한 심도 깊은 통찰력을 제공합니다.