シリコンカーバイドの特性と用途

（炭化ケイ素の特性と用途）

シリコンカーバイドの特性と用途

1929 年に炭化ホウ素が発明されるまでは、炭化ケイ素が最も硬い合成材料として知られていました。炭化ケイ素のモース硬度は 9 で、ダイヤモンドに近い値です。

炭化ケイ素結晶は硬度に加えて破壊特性も備えているため、研削砥石のほか、サンドペーパーや布製品にも役立ちます。

高い熱伝導率、高温強度、低熱膨張、耐薬品性を兼ね備えた炭化ケイ素は、高温レンガやその他の耐火物の製造に有用です。

また、金属と絶縁体の間の導電性を持つ半導体としても分類されます。この特性と熱特性の組み合わせにより、SiC は高温用途においてシリコンなどの従来の半導体の有望な代替品となります。

炭化ケイ素の発見

シリコンカーバイドは、1891年にアメリカの発明家エドワード・G・アチソンによって開発されました。ラインストーンを作ろうとしたとき、アチソンは鉄のボウルと普通の炭素アークランプを電極として使用し、粘土とコークス粉末の混合物を鉄のボウルで加熱しました。彼は炭素電極に付着した明るい緑色の結晶を発見し、粘土から炭素とアルミナの新しい化合物を調製したと考えました。アルミナの天然鉱物形態はコランダムと呼ばれているため、彼は新しい化合物をシリコンカーバイドと呼びました。ダイヤモンドの硬度に近い結晶を見つけ、すぐに発見の重要性を認識したアチソンは、米国特許を申請しました。彼の初期の製品はもともと宝石を磨くために使用され、天然ダイヤモンド粉末と同じくらいの費用がかかりました。この新しい化合物は安価な原材料から得ることができ、収率が高いため、すぐに重要な工業用研磨剤になります。

アチソンがヘンリーを発見した頃、フランスのモアッサンが石英と炭素の混合物から同様の化合物を生成していました。しかし、1903 年の出版物で、モサンは最初の発見をアチソンのものだと主張しました。アリゾナ州のキャニオン ダーク隕石から天然の炭化ケイ素が発見されています。その鉱物名はモザマイトです。

現代の製造業

研磨、冶金、耐火物業界で使用されている現代のシリコンカーバイド製造方法は、基本的にアチソンが開発した方法と同じです。純粋なシリカ砂と炭素の混合物は、細かく砕かれたコークスの形でレンガ抵抗炉内の炭素導体の周りに形成されます。電流が導体を通過し、化学反応を引き起こします。コークス内の炭素は砂内のシリコンと結合して、シリコンカーバイドと一酸化炭素ガスを形成します。炉の運転は数日間続く場合があり、その間、コア温度は 2200 °～ 2700 °C (4000 °～ 4900 °F) から外縁部で約 1400 °C (2500 °F) の範囲になります。エネルギー消費は 100000 回の運転あたり XNUMX キロワット時を超えます。運転終了時の製品は、未変換の原材料の一部またはすべてに囲まれた、緩く編まれた緑色から黒色の SiC 結晶コアで構成されます。バルク骨材は、最終用途に適したさまざまなサイズに粉砕、粉砕、ふるい分けされます。

特殊な用途では、炭化ケイ素はさまざまな高度なプロセスを経て製造されます。反応結合炭化ケイ素は、炭化ケイ素粉末を炭素粉末および可塑剤と混合し、混合物を所望の形状に成形し、可塑剤を燃焼させ、次にガス状または溶融シリコンを焼成物に注入して炭素と反応させ、追加の炭化ケイ素を形成します。炭化ケイ素の耐摩耗層は、炭素とシリコンを含む揮発性化合物を水素の存在下で高温で反応させるプロセスである化学蒸着によって形成できます。高度な電子用途では、蒸気から大きな SiC 単結晶を成長させることができます。その後、インゴットをシリコンに似たウェーハに切断して、ソリッドステート デバイスを作成できます。強化金属またはその他のセラミックの場合、SiC 繊維は、化学蒸着やシリコン含有ポリマー繊維の焼成など、さまざまな方法で形成できます。

シリコンカーバイド価格

価格は、市場の需要と供給、業界の動向、経済活動、市場感情、予期せぬ出来事など、多くの要因によって影響を受けます。

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