2020년에 저는 항공전자 인클로저의 열 관리 문제로 어려움을 겪고 있는 항공우주 부품 제조업체에 컨설팅을 제공했습니다. 알루미늄 방열판은 전자기 간섭을 일으키는 반면, 고분자 복합재는 열 순환을 처리할 수 없었습니다. 우리는 이를 NBRAM의 운모-세라믹 복합재 부품으로 전환했고 그 결과는 혁신적이었습니다. 갑자기 완벽한 전기 절연, 뛰어난 열 방출을 제공하고 항공 환경의 혹독한 열 충격을 견딜 수 있는 재료를 갖게 된 것입니다. 엔지니어링 팀은 첫해에 부품 고장이 87% 감소했다고 말했습니다. 전기 절연이 중요한 열 관리 문제로 어려움을 겪고 있다면 실제로 모든 면에서 성능을 제공하는 제품을 찾아야 할 때입니다.
아시다시피, 항공우주에서 가전제품에 이르기까지 모든 산업 분야에서 열 관리 문제를 20년 동안 겪으면서 저는 대부분의 복합 재료가 세계를 약속하지만 타협을 제공한다는 것을 알게 되었습니다. 절연은 잘 되지만 열을 처리할 수 없거나, 열을 관리하지만 전기 문제가 발생합니다. NBRAM의 운모-세라믹 복합재 부품은 다릅니다. 이는 실제로 일반적인 절충점 없이 두 세계의 장점을 모두 제공하는 희귀한 재료 중 하나입니다. 천연 운모는 전기 절연을 제공하고 세라믹 매트릭스는 열 관리를 처리하여 시중의 다른 어떤 제품보다 뛰어난 시너지 효과를 창출합니다. 이는 재료의 한계로 인해 설계가 실패하지 않을 것이라는 사실을 알고 엔지니어가 밤에 잠을 더 잘 자게 만드는 종류의 구성 요소입니다.
이러한 복합 부품이 극한의 조건을 견딜 수 있는 이유는 다음과 같습니다. -60°C ~ 950°C의 연속 작동 온도 범위와 균열이나 박리 없이 극한 사이를 빠르게 순환할 수 있는 열충격 저항성을 갖추고 있습니다. 절연 강도는 두께에 따라 15~25kV/mm를 유지하며, 고온에 장기간 노출된 후에도 체적 저항률은 10^14Ω·cm 이상으로 일관되게 유지됩니다. 운모-세라믹 복합재 부품은 1.5~2.5W/m·K의 열 전도성을 달성하여 우수한 전기 절연성을 유지하면서 효과적으로 열을 관리할 수 있습니다. 0.5mm에서 25mm까지의 두께로 제공되며, 특정 용도에 맞게 열 성능이나 유전 강도를 최적화하기 위한 맞춤형 구성을 갖추고 있습니다.
NBRAM의 마지막 공장 견학에서 정말 인상 깊었던 것은 운모-세라믹 복합 부품 제조를 위한 독점적인 동시 소성 공정이었습니다. 그들은 단지 운모와 세라믹 분말을 혼합하는 것이 아니라 운모 혈소판이 표면에 평행하게 배향되어 본질적으로 전기 추적에 대한 자연적인 장벽을 만드는 층상 접근 방식을 개발했습니다. 각 배치는 CT 스캐닝을 거쳐 성능을 저하시킬 수 있는 미세 공극이나 박리를 확인합니다. 세라믹 제제에는 운모의 열팽창 계수와 일치하는 특정 첨가제가 포함되어 있어 대부분의 복합 재료를 괴롭히는 응력 균열을 방지합니다. 운모 정렬이 단 2도만 어긋나 있다는 이유로 전체 생산을 거부하는 것을 보았습니다. 이는 이러한 부품을 수십 년 동안 사용할 수 있게 만드는 일종의 품질 관리입니다.
작년에 우리는 전기 자동차 제조업체와 함께 이 악몽 같은 프로젝트를 진행했습니다. 셀 간의 열 폭주로 인해 배터리 관리 시스템이 실패했습니다. 기존 단열재는 열을 감당할 수 없거나 전기 누출 경로가 발생했습니다. NBRAM의 운모-세라믹 복합 부품을 셀 간 절연체로 설치하는 것은 마치 스위치를 켜는 것과 같았습니다. 갑자기 하나의 재료에서 완벽한 열 관리와 전기 절연을 갖게 되었습니다. 자동차 엔지니어들은 열 전파 위험 없이 셀을 더 가깝게 배치할 수 있기 때문에 배터리 팩 밀도를 15% 높였다고 말했습니다. 이러한 복합재는 전력 전자 장치, 고전압 버스바, 반도체 제조 장비 및 신뢰할 수 있는 단일 구성 요소에서 열 관리와 전기 절연이 모두 필요한 모든 응용 분야에 필수적입니다.
