1. 개요
합금으로 제조하기 여의치 않은 금속탄화물을 가루내어 다른 금속의 분말과 섞은 뒤 중간 온도로 오랫동안 가열하여 굳게 결합시킨 것.소결탄화물의 위엄을 보여주는 영상.[1]
2. 설명
탄화텅스텐을 주재료로 해서 코발트 등을 넣은 복합재료인 초경재료의 일종이다. 어느 탄화물이든지 소결만 시킨다면 모두 소결탄화물이라고 할 수있겠지만 보통 소결탄화물은 탄화텅스텐을 코발트와 결합시킨 것을 말한다.합금은 금속 원소들만 가지고 만드는 것은 아니며 비금속원소의 첨가를 통해서 물성을 비약적으로 향상시킨 합금도 존재한다. 대표적으로 인류 역사상 가장 오래된 청동이라는 합금과, 이 청동을 현대에도 요긴하게 쓸 수 있게 해주는 것이 인으로, 강철이 보편적인 오늘날에도 인을 첨가한 인청동은 아직도 다양하게 쓰이고 있다. 동력시대 이전의 철은 인력으로 녹이기에는 녹는점이 너무 높았으므로 제련하기 위해 일부러 숯을 때려 박아야 했다. 이 방법으로 탄화물 생성을 유도하고 나서야 비로소 가공을 할 수 있었다. 탄화철이 섞인 철은 녹는점이 크게 내려갔기 때문이다. 그냥 철을 가열해서 녹일 수 있게 되고 나서도 일정 농도의 탄화철을 균일하게 함유한 강철은 그냥 철에 비해 물성(인장강도, 항복강도)이 비약적으로 향상되었으므로 오늘날 사용되는 거의 모든 철은 탄화철이 섞인 강철의 형태로 사용되고 있는 것이다.
인청동이나 강철이 합금으로서 쓰일 수 있는 것은, 녹여서 비금속을 현미경으로 겨우 보이는 수준으로 균질하게 함유시킬 수 있기 때문이다. 하지만 탄화물이라고 반드시 합금으로 만들 수 있는 것은 아닌데, 탄화텅스텐은 그 자체로 경도 하나만큼은 대단히 우수하지만 분말 형태로만 얻을 수 있으며 녹는점이 엄청나게 높아서 용융된 금속에 녹여서 합금으로 만들 수가 없다. 그렇기 때문에 코발트가루와 균일하게 섞은 다음 코발트가 녹지 않고 탄화텅스텐과 굳게 결합할 정도로만 오래 가열해서 만들어 내는 것이 바로 소결탄화물이다. 구체적으로는 탄화텅스텐 가루를 코발트 및 니켈 가루를 포함해 이런저런 재료랑 섞어서 틀에다가 넣고 애벌로 형태를 잡은 다음, 가마에다가 넣어 고열 환경에서 구워내고 식혀서 굳히는 과정을 거친다. 따라서 초경합금이라고 불리지만 엄밀하게 말해서는 그 원리가 콘크리트와 흡사한 복합재료이고, 영문명도 Cemented Carbide이다.[2]
대표적인 예중 하나로 독일의 Widia가 있는데 독일의 Krupp(현 티센크루프)사가 비디아란 이름을 붙여 팔아서 그렇다. 니켈, 티타늄, 탄탈럼, 나이오븀 등이 들어가기도 한다. 과거에 미국에서 개발한 카볼로이, 일본에서 개발한 텅갈로이, 영국에서 개발한 미디아라는 초경합금도 있다.
한덩어리로 모아놓으면 웬만한 드릴로는 뚫지도 못한다!!
그야말로 경도와 강도를 극한까지 올린 재료로, 연성도 탄성도 없어 변형이 일어나지 않을 뿐더러 지나치게 큰 힘을 받아서 버티지 못할 것 같으면 차라리 깨질지언정 기스가 나거나 닳지도 않고 녹는점이 워낙 높아 마찰열을 받아도 성질을 그대로 유지한다는 점 때문에 공구 용도로 널리 쓰인다. 모스 경도 9.0 ~ 9.6으로 사파이어보다도 단단하고, 다이아몬드에 준할만큼 단단하므로 기계 공구, 험지용 바퀴 스파이크, 소구경 철갑탄의 탄자, 볼펜촉 등에 사용된다. 또한, 공업용 다이아몬드에 비교해서 가격도 저렴하고 대량생산이 가능하다. 예로, 채굴용 드릴의 재료로서 광업에서는 없어선 안될 합금이며 일상 생활에서 부식되거나 긁힐 일이 거의 없기 때문에 변하지 않는다는 상징성을 살려서 드물게 결혼 반지의 재료로 쓰기도 한다. 단, 이 경우 만약 사고 등으로 손가락이 부어오르면 빼지 못해서 위험할 수도 있다. 이럴 때는 렌치 등으로 양 옆을 눌러 전단 응력을 가해서 깨뜨리는 것 외에는 방법이 없다.
고속도강을 비롯한 일부 초고경도 공구강 및 고급 나이프용 강재에는 상당량의 탄소와 함께 텅스텐, 바나듐, 나이오븀 등이 함유되어 강재 내에서 탄화물을 형성한다.
좀 특별한 용도로, 고숙성 가쓰오부시를 얇게 저밀 때에 소결탄화물 재질의 날이 달린 대패를 쓴다. 하지만 고숙성된 가쓰오부시는 워낙 단단해서 하루만 썰면 대팻날이 나가버린다고.
중성자선을 튕겨내는 거울 역할을 하기도 한다.[3] 이 성질은 해리 K. 더그힐란 2세가 몸소 입증했다.
재료가 재료다보니 비싸다. 대부분 소모품(링크의 커터날, 드릴 등에서 사용되는 드릴팁 등)이라 매 번 구매하는데 부담이 있었으나, 다행히 중국에서 저가로 많이 제조하게 된 이후 가격이 많이 하락하였다.
[1] 1:11에 등장하는 드릴 날에 대한 설명이 없는데, 다이아몬드 코팅이 돼 있는 초지립 드릴.[2] 코발트가 탄화텅스텐을 잡아주는 접착제 역할을 하고 탄화텅스텐은 높은 강도와 경도를 책임진다. 콘크리트에서 시멘트와 모래와의 관계와 비슷하다. 성형 후 날을 연마하거나 특수 코팅을 하는 등 가공을 거치면 절삭공구로 써먹을 수 있다.[3] 위 영상에 나온 소결탄화물괴의 원 용도는 방사성 폐기물의 차폐다.