니켈 파우더란 무엇이며 어떻게 사용하나요?

간단히 말해 순수한 니켈로 만든 미세한 회색 금속 분말로, 전기 전도성이 우수하고 내식성이 뛰어나며 독특한 자성을 지니고 있는 것이 특징입니다. 제 경험에 따르면 우리가 일반적으로 보는 니켈 분말의 생산 공정은 카보닐 분해, 원자화 또는 전기 분해에 지나지 않습니다. 이러한 방법을 통해 수 나노미터에서 수백 마이크로미터에 이르는 다양한 입자 크기의 제품을 생산할 수 있습니다. 화학적 관점에서 보면 단순히 원소 기호 "Ni"의 구체화일 뿐이지만, 진정한 상업적 가치와 응용 잠재력은 비할 데 없는 다용도성에 있습니다: 전자 페이스트(특히 MLCCS)에 없어서는 안 될 전도성 부품일 뿐만 아니라 충전식 배터리(리튬 이온 배터리 등)의 핵심 활물질이며, 동시에 분말 야금 및 3D 프린팅 초합금에서 강화제로서 근본적인 역할을 합니다.

니켈 금속 분말 기본 사항

니켈 금속 분말의 근본적인 특성에 관해서는, 저는 종종 이것이 본질적으로 산업 재료의 "초석"이라고 말합니다. 제 생각에는 물리적 특성과 화학적 특성의 독특한 조합이 많은 고급 애플리케이션을 실현하는 열쇠라고 생각합니다.

물리 및 화학적 특성

물리화학적 관점에서 볼 때 니켈 분말의 핵심은 벌크 니켈의 고유한 특성을 유지하는 데 있지만, 매우 넓은 표면적을 통해 이러한 특성을 "증폭"시키므로 많은 반응과 계면 거동에 매우 중요합니다. 녹는점은 1,455°C(2,651°F)이며, 상온에서 강자성을 나타냅니다. 하지만 제 개인적인 생각으로는 화학과 물리학에서 가장 높이 평가되는 특성은 여전히 뛰어난 항산화 및 부식 방지 기능입니다. 고온 환경에서도 안정성을 유지할 수 있어 까다로운 애플리케이션 시나리오에서 특히 유용합니다. 물론 내부자들이 말하는 '파우더'는 무작위적인 의미는 아닙니다. 일반적으로 엄격한 크기 분포(피셔 서브시브 수)와 비표면적에 따라 신중하게 분류된 입자를 의미하며, 이러한 매개변수는 재료의 성능과 적용 가능성을 직접적으로 결정하기 때문입니다.

니켈 파우더를 광범위하게 사용하는 이유

니켈 분말에 대한 전 세계 수요가 지속적으로 급증하는 이유에 대해 간단히 말하자면, 니켈 분말이 '조력자' 역할을 해왔기 때문이라고 생각합니다. 니켈의 핵심 가치는 다른 재료와 시스템이 더 나은 성능을 발휘할 수 있도록 하는 능력에 있습니다. 예를 들어 다이아몬드 공구 산업에서는 다이아몬드 입자를 단단히 '잡을' 수 있습니다. 전자 분야에서는 전류가 미세한 세라믹 층을 원활하게 통과할 수 있게 해줍니다. 화학 공학에서는 스스로 소모되지 않고 반응 과정을 가속화하는 촉매 역할을 할 수도 있습니다. 따라서 이 분야에 막 입문한 학생이나 업계 동향을 더 깊이 이해하고자 하는 애널리스트에게 니켈 분말을 제대로 이해하는 것은 하이테크 공급망의 핵심 초석을 이해하는 것과 같습니다. 저는 컨퍼런스에서 이 점을 자주 강조합니다.

니켈 분말 제조 공정

니켈 분말의 생산 공정에 관해서는 솔직히 말해야 합니다. 모든 니켈 분말이 동일한 것은 아니기 때문에 "지불한 만큼 얻는다"는 말이 가장 적절합니다. 제 생각에는 제조 방법이 분말의 입자 모양, 순도 및 비용을 직접 결정하며, 이 세 가지는 모든 구매자가 가장 중요하게 고려해야 할 사항입니다.

카보닐 방식(고순도, 독특한 형태)

제 개인적인 의견으로는 이 방법은 하이테크 애플리케이션 분야에서 '황금 표준'이라고 할 수 있습니다. 구체적으로 조 니켈과 일산화탄소를 반응시켜 휘발성 카르보닐 니켈 가스를 형성한 다음 열 분해를 통해 분리하는 방식입니다. 이렇게 만들어진 것을 우리는 흔히 니켈 카르보닐 분말이라고 부릅니다. 이 니켈은 순도가 매우 높을 뿐만 아니라(보통 99.8% 이상) 독특한 "가시" 또는 "사슬형"(필라멘트) 구조로 유명합니다. 이 구조는 쉽게 말해 벨크로와 비슷합니다. 입자들은 서로 잘 맞물리고 얽힐 수 있어 전도성에서 비교할 수 없는 이점을 보여주며, 특히 전도성 경로를 만들 때 그 효과는 그야말로 완벽에 가깝습니다.

분무 방식(대량 배치, 구형 입자)

특히 중공업 부품과 같이 많은 양의 분말이 필요한 경우 일반적으로 분무 방식으로 생산되는 니켈 분말을 고려하는 것이 좋습니다. 간단히 말해, 니켈을 녹인 다음 고압의 물이나 가스를 분사하는 방식입니다. 냉각 과정에서 용융된 금속 방울은 거칠거나 구형의 입자로 응고됩니다. 이러한 유형의 분말은 밀도가 높고 유동성이 더 좋습니다. 따라서 분말 야금에서 모양으로 압착하거나 열 스프레이를 적용하면 그 효과가 매우 이상적입니다. "다재다능한" 제품이라고 할 수 있습니다.

전기 분해 및 습식 제련

이 두 가지 방법 모두 용액에서 니켈을 침전시켜 분말을 준비합니다. 얻어진 분말의 형태는 일반적으로 수지상(양치류처럼) 또는 불규칙한 형태입니다. 이러한 방법은 주로 특정 틈새 시장에 적합합니다. 예를 들어 비용과 비표면적을 모두 고려해야 하는 응용 분야에서는 상당히 경쟁력이 있으며 비교적 경제적인 선택으로 간주할 수 있습니다.

니켈 분말의 응용 분야

그렇다면 니켈 파우더는 정확히 어디에 사용할 수 있을까요? 저는 종종 응용 시나리오가 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 광범위하다고 말합니다. 이제 몇 가지 주요 시나리오를 나열해 보겠습니다.

전자 제품 및 MLCC

이것은 아마도 니켈 분말의 가장 "정밀한" 적용 시나리오 중 하나일 것입니다. 니켈 분말은 스마트폰에 수백, 수천 개에 달하는 작은 부품인 적층 세라믹 커패시터(MLCCS)의 내부 전극을 만드는 데 사용되는 핵심 소재입니다. 여기서 파우더에 대한 요구 사항은 매우 높습니다. 일반적으로 미크론 이하의 초미세 입자가 필요하며, 입자가 뭉치지 않아야 합니다. 제 경험에 비추어 볼 때, 파우더의 품질이 표준 이하로 떨어지면 회로 고장은 거의 피할 수 없는 결과입니다. 따라서 이 분야에서는 니켈 분말에 대한 관리 요구 사항이 극에 달했습니다.

에너지 저장 및 배터리

전기자동차(EV) 혁명이 심화되면서 니켈 분말의 중요성은 의심할 여지가 없습니다. 니켈 분말은 니켈 수소 배터리와 리튬 이온 배터리의 음극 재료로 널리 사용됩니다. 파우더의 비표면적이 높으면 화학 반응을 크게 가속화할 수 있어 배터리가 더 빨리 충전되고 에너지 밀도가 높아집니다. 또한 다공성 니켈 분말이 연료 전지의 기본 재료로 사용되고 있으며, 이 분야의 시장 잠재력 또한 매우 크다고 볼 수 있습니다.

분말 야금(PM) 및 3D 프린팅

분말 야금 산업에서는 니켈 분말과 철 분말 또는 강철 분말을 혼합하여 자동차 기어박스의 기어와 같이 인성과 내구성이 높은 소결 부품을 제조합니다. 새롭게 떠오르는 금속 적층 제조(3D 프린팅이라고도 함) 분야에서 구형 니켈 합금 분말은 극한의 고온을 견딜 수 있는 복잡한 항공우주 부품을 인쇄하는 데 사용되고 있습니다. 기술 내용과 응용 전망은 모두 매우 흥미롭습니다.

선택 및 안전

니켈 파우더를 구매할 때 가장 먼저 조언하고 싶은 것은 사양을 매우 명확하게 정의해야 한다는 것입니다. 일반적인 방식으로 "니켈 분말"을 요청해서는 안 됩니다. 그 형태를 명확히 해야 합니다: 필라멘트 형태(전기 전도성)인가 아니면 구형(부피 밀도)인가? 동시에 겉보기 밀도를 확인하면 같은 무게의 분말이 얼마나 많은 부피를 차지하는지 알 수 있습니다. 더 중요한 것은 순도를 확인하는 것입니다. 유황이나 탄소와 같은 미량 원소는 귀중한 고온 합금을 파괴할 가능성이 매우 높다는 사실을 알아야 합니다.
마지막으로 안전과 관련하여 특별히 한 가지 강조하고 싶은 점이 있습니다. 미세 니켈 분말, 특히 입자 크기가 10마이크로미터 미만인 니켈 분말은 호흡기 위험을 유발할 수 있으며 장시간 흡입할 경우 암의 잠재적 위험까지 초래할 수 있습니다. 또한 먼지 구름 형태로 존재할 경우 가연성 물질이기도 합니다. 따라서 전문적인 작업에서는 적절한 환기 장비와 개인 보호 장비(PPE)를 갖추고 물질안전보건자료(MSDS)의 모든 지침을 엄격하게 준수해야 한다는 점은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다.

작성자： Mike

선임 재료 응용 엔지니어

분말 야금(PM) 및 적층 제조 분야에서 11년 이상의 현장 경험을 쌓은 저는 재료 과학과 작업 현장의 현실 사이의 간극을 메우는 일을 전문으로 합니다. 저는 제조업체가 자동차 및 전자 애플리케이션에서 전도도, 밀도 및 성능을 최적화하는 데 적합한 금속 분말을 선택할 수 있도록 지원하는 데 주력하고 있습니다.