베릴륨 호일 제조 기술 및 응용 분야

베릴륨은 저밀도, 고강도, 높은 탄성계수, 높은 X-선 투과율, 빠른 소리 전파 속도 등의 특성을 가지고 있어 항공우주 분석 기기, 대규모 집적회로(LSI), 오디오 시스템 부품으로 사용되고 있습니다. 이번 글에서는베릴륨 호일의 제조 기술과 용도에 대해 알아보고자 합니다.

베릴륨 호일의 제조 기술 및 응용 분야

베릴륨 호일의 제조 방법

베릴륨 호일에는 세 가지 제조 방법이 있습니다.

1. 열간 압연 방법

먼저 진공 용융된 베릴륨 잉곳을 슬라이스, 분쇄 및 체질하여 균일한 베릴륨 분말을 형성합니다. 그런 다음 베릴륨 분말을 진공 열간 압연하여 블랭크를 형성합니다. 이 분말 야금 방법은 진공 용융 잉곳의 결정 입자가 거칠고 부서지기 쉽고 소성 가공이 어렵기 때문에 베릴륨 열간 압연 빌릿의 준비 방법으로 사용됩니다.

베릴륨 블랭크를 가열할 때 베릴륨 표면의 롤러로 인한 산화, 불순물 혼합 및 냉기를 방지하기 위해 부드러운 철로 감싸고 약 800℃의 온도에서 두께가 1 ~ 2mm인 시트로 압연해야 합니다. 그런 다음 시트를 섭씨 400 ~ 500도에서 열간 압연하여 두께 0.0075 ~ 0.500mm의 베릴륨 호일을 형성합니다.

이런 종류의 베릴륨 호일은 약 1μm의 미세한 베릴륨 분말로 만들어져 강도가 높습니다. 그러나 베릴륨을 분말로 만들 때 산화로 인해 이 기사의 세 가지 방법으로 제조된 베릴륨 호일 중 순도가 가장 낮습니다.

2. 진공 용융-잉곳-직접 압연 방법

먼저 잉곳을 약 220 x 200 x 90mm의 조각으로 자르고 스테인리스 스틸로 감싼 다음 790 ~ 980 ℃의 온도 범위에서 압연하여 약 5mm 두께의 베릴륨 시트를 생산합니다.

열간 압연 시 온도가 너무 높으면 입자가 성장하고 온도가 너무 낮으면 베릴륨 잉곳이 녹을 때 원주형 결정 구조가 남게 됩니다. 따라서 이방성 없이 균일하고 미세한 구조를 만들기 위해서는 적절한 온도를 선택하는 것이 중요합니다.

5mm 두께의 베릴륨 시트를 650°C~780°C 범위의 온도에서 압연하여 0.0075mm~0.254mm 두께의 베릴륨 호일을 제조합니다. 이 방법으로 제조된 베릴륨 호일은 결정 입자가 크고 순도가 낮습니다. 그러나 열간 압연으로 제조된 베릴륨 호일보다 순도가 높습니다.

3. 진공 증발 방법

기판과 베릴륨 잉곳을 진공 증발로에 넣고 기판을 400~500℃로 가열한 다음 전자빔으로 베릴륨 잉곳을 녹여 기판의 베릴륨을 기화시킨 다음 용광로에서 꺼냅니다. 그런 다음 기판과 베릴륨을 분리하여 베릴륨 기상 증착 필름을 얻습니다.

이 베릴륨 기상 증착 필름은 라우드 스피커의 진동판과 일부 복잡한 부품으로 사용할 수 있습니다. 기판을 제작하고자 하는 부품의 형상으로 제작하면 부품 형상의 베릴륨 기상 증착 필름을 얻을 수 있으며, 가공 없이 부품으로 사용할 수 있습니다.

그러나 기상 증착 베릴륨 필름은 기둥 모양의 결정 구조를 가지고 있어 틈새로 공기 및 헬륨 가스가 새어 나와 X-선 투과 창으로 사용하기가 어렵습니다.

기상 증착 필름을 열처리하면 원주 결정 구조를 파괴하는 목적을 달성할 수 있고, 공기와 헬륨이 누출되지 않는 베릴륨 호일을 생산할 수 있습니다.

진공 증착 방식은 다음과 같은 장점이 있습니다:

1. 베릴륨 잉곳에서 진공 증발로 직접 베릴륨 호일을 만들기 때문에 열간 압연 및 진공 용융-잉곳 직접 압연 방식으로 만든 베릴륨 호일보다 순도가 높습니다.

2. 간단한 공정으로 얇은 베릴륨 호일을 제조할 수 있습니다.

3. 미세 입자로 제조된 베릴륨 기상 증착 필름을 원료로 사용하기 때문에 제조된 베릴륨 호일은 강도와 연신율이 우수하고 질긴 소재가 됩니다.

베릴륨 호일의 응용

가속기 방사선의 투과 창

베릴륨 호일은 X-선 리소그래피용 X-선 소스 및 SR 광선에 의해 생성된 X-선 투과용 창 소재로 활용될 것으로 기대됩니다.

에너지 분산형 X-선 분석

에너지 분산형 X-선 분석기는 전자 현미경이 장착되어 있고 분사가 용이하여 최근 수요가 증가하고 있으며, 장치에 사용되는 X-선 투과 창 소재가 얇을수록 X-선 투과율이 높고 파장이 긴 형광 X-선 광원소인 B, C, N의 분석 감도가 높아집니다. 따라서 엑스레이 투과 창은 약 10μm의 베릴륨 호일을 사용합니다.

엑스레이 튜브와 엑스레이 카메라 튜브

X-선 튜브와 X-선 카메라 튜브는 모두 베릴륨 호일을 투과 창 재료로 사용합니다.

라우드스피커의 진동판

이리듐의 소리 전파 속도는 다른 금속보다 빠릅니다. 소리의 속도가 빠를수록 라우드스피커의 공진 주파수가 높아지고 고음 영역에서 들을 수 있는 소리의 범위가 넓어집니다. 따라서 라우드스피커의 진동판으로 베릴륨이 사용되었습니다.

결론

이 기사를 읽어주셔서 감사드리며 베릴륨 호일의 제조 기술과 응용 분야를 더 잘 이해하는 데 도움이 되었기를 바랍니다. 베릴륨 금속에 대해 더 자세히 알고 싶으시다면 스탠포드 어드밴스드 머티리얼즈(Stanford Advanced Materials, SAM)를 방문하여 자세한 정보를 확인하시기 바랍니다.

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