炭化ケイ素とは？

一般にカーボランダムと呼ばれる炭化ケイ素は、希少鉱物のモアッサナイトや隕石中に天然に存在する。

炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は、珪砂と石油コークスを電気抵抗炉で炭素熱還元して製造される非常に硬い共有結合材料で、耐食性、耐摩耗性に優れている。

熱力学

炭化ケイ素（SiC）は、その硬度、高い熱伝導性、耐化学反応性で知られるアンチモンセラミックです。さらに、SiCは低熱膨張係数を示し、熱や熱衝撃に対する耐性を必要とする用途に適しています。

SiCは、モース硬度9の極めて純度の高い材料であり、砂と炭素の混合物を電気抵抗式炉で加熱することによって作ることができる。さらなる精製には、n型またはp型の半導体デバイスを生成するアルミニウムドーパントの添加が含まれる。

SiCの融点は、多形の結晶構造によって変化する。ウルツ鉱に似た六方晶構造を持つα炭化ケイ素（4H-SiC）が最も一般的で、70種類以上の異なる形態がある。β型炭化ケイ素は、亜鉛閃石や閃亜鉛鉱に似た面心立方晶の結晶構造を持ち、広く使用されている。

結晶構造

炭化ケイ素は、ケイ素原子と炭素原子が四面体状に結合した層が、それぞれ固有の配置を持つ結晶材料である。各ポリタイプの積み重ねの順序は、そのユニークな結晶構造を与えます。

炭化ケイ素には、主にα型炭化ケイ素（a-SiC）とβ型炭化ケイ素（b-SiC）の2種類がある。この2種類のうち、β型炭化ケイ素はダイヤモンド、閃亜鉛鉱、閃亜鉛鉱を思わせる面心立方晶の結晶構造を示す。

SiC耐火セラミックは、a-SiCとb-SiCの原子半径がほぼ等しいため、熱伝導性に優れています。さらに、この特性により、フォノンが組成内を自由に伝播することができる。炭化ケイ素は、高融点、低熱膨張率という特長と相まって、高温炉用の魅力的な材料であると同時に、耐食性、剛性にも優れており、魅力的な材料として選ばれています。

化学組成

炭化ケイ素は化学的に不活性で、高強度、モース硬度9、低熱膨張率、化学反応への耐性、優れた耐クリープ特性、酸化し始めることなく1600℃までの温度など、優れた機械的・物理的特性を持つ非酸化物セラミック材料です。

固化により、炭素原子とケイ素原子は3重配位構造を形成する。このことは、109度（四面体角）に明確なピークを示すとともに、このピークの周囲に広い領域を示す形状因子分布から明らかであり、さまざまな局所構造が存在することを示唆している。

SiCは、粘土と粉炭を一緒に溶かすか、電気炉で炭素や水素を使って直接還元することで製造できる。それ以来、この耐久性のある材料は、耐火物や電子部品のような他の用途に応用されるだけでなく、研磨加工やライニング加工に広く使用されるようになった。

アプリケーション

炭化ケイ素は多くの有用な用途に使用されている。真鍮、青銅、鋼鉄、大理石などの金属の研磨や琢磨、セラミックの切断によく使われる研磨材です。さらに、モース硬度が9であることから、ダイヤモンドの硬度とよく似ており、耐久性に優れ、化学反応にも強い。

熱伝導率と熱膨張率は窒化アルミニウムの優れた特性であり、弾道装甲としての使用に理想的である。さらに、強度と剛性に優れているため、弾道兵器システムやミサイル・ロケットエンジンに適しています。

ペブルベッド炉（PBR）。さらに、この材料固有の耐酸化性により、耐火レンガの製造や小石層炉のような原子炉の内張りに適している。さらに、この材料で作られたアルミナやジルコニア・セラミックスも、製品にPebble Bed Reactorを使用しています。さらに、この材料の硬度、剛性、低熱膨張は、天体望遠鏡で使用する魅力的な鏡の材料として選ばれています。