비자성 요구 자체는 두 소재가 똑같이 만족한다
반도체 장비에서 비자성이 필요한 이유부터 짚습니다. 웨이퍼 이송 로봇, 전자빔 검사 장비, 이온주입 설비는 미세한 자기장 간섭도 공정 정밀도를 떨어뜨립니다. 문제는 스테인리스도 완전히 안전하지 않다는 점입니다. STS304·STS316은 가공·냉간 압연 과정에서 미세한 잔류자성이 생길 수 있습니다.
이 때문에 완전 비자성이 요구되는 자리는 강자성체를 원천 배제한 ZrO₂ 또는 Si₃N₄ 풀세라믹을 씁니다. 자성만 놓고 보면 둘은 동점입니다 — 차이는 다른 곳에서 갈립니다.
진짜 갈림길 — 하중·충격·열팽창 3가지 기준
① 충격성 하중 — ZrO₂가 유리
ZrO₂(지르코니아)는 응력을 받으면 결정 구조가 정방정계에서 단사정계로 변하며 부피가 팽창해 미세균열의 진행을 막는 변태강화(transformation toughening) 특성이 있습니다. 세라믹 중에서는 파괴인성이 가장 높은 축에 속합니다. 웨이퍼 이송 로봇처럼 반복적인 정지·급가속이 걸리는 위치는 이 인성이 실질적인 차이를 만듭니다.
② 저속·정속 회전 — Si₃N₄가 유리
Si₃N₄(질화규소)는 밀도가 ZrO₂보다 낮고(대략 강의 40% vs ZrO₂의 78%) 표면 마찰이 낮습니다. 검사 장비의 정속 회전축처럼 충격보다 저마찰·경량이 중요한 위치는 Si₃N₄가 유리합니다.
③ 열팽창 — 조립 환경에 따라 갈림
ZrO₂의 열팽창 계수는 강과 비슷해 금속 하우징과의 끼워맞춤 설계가 쉽습니다. Si₃N₄는 열팽창이 강의 약 1/3로 작아, 베이크·애싱 공정 인접부처럼 온도 변화가 큰 환경에서 치수 안정성이 좋습니다.
한눈에 비교 — ZrO₂ vs Si₃N₄ (비자성 용도 기준)
| 기준 | ZrO₂ (지르코니아) | Si₃N₄ (질화규소) |
|---|---|---|
| 비자성 | 완전 비자성 | 완전 비자성 |
| 충격 인성 | 세라믹 중 최고 (변태강화) | 보통 |
| 밀도(경량성) | 강 대비 약 78% | 강 대비 약 40% |
| 열팽창 | 강과 유사 — 끼워맞춤 용이 | 강의 1/3 — 고온 치수 안정 |
| 권장 용도 | 반복 정지·기동 이송 로봇 | 정속 회전, 온도 변화 큰 구간 |
| 상대 가격 | 기준 | ZrO₂와 유사~소폭 상회 |
"비자성이면 세라믹 아무거나"라고 답하는 곳은 절반만 맞는 겁니다. 자성은 통과해도 충격이 잦은 위치에 Si₃N₄를 쓰면 예상보다 이른 미세 파손이, 저속 정밀 축에 ZrO₂를 쓰면 불필요한 무게·가격을 감당하게 됩니다.
발주 전 확인 체크리스트
꼭 KTN이 아니어도 됩니다. 다만 비자성 요구만 확인하고 하중 조건은 묻지 않는 업체는 다시 확인하십시오. 자성과 하중은 별개의 질문입니다.
자주 묻는 질문
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