炭化ケイ素は何に使われるのか？

炭化ケイ素（SiC）は、非常に硬く耐久性のあるセラミック材料で、多くの産業用途に使用されています。腐食、酸、高温に対する耐性があり、さまざまな産業環境に適しています。

SiCは耐火材料としてキルンシェルフや炉の内張りに使用される一方、カーボランダムとして知られる研磨剤としての役割も果たしている。SiCはグリーン状態でもビスケット状態でも加工できるが、厳しい公差を満たすには、まず完全に焼結させる必要がある。

研磨剤

炭化ケイ素（SiC）は、研削砥石や切削工具、金属、石材、木材表面のサンドペーパーに使用される業界標準の研磨材です。SiC砥粒は十分に硬く鋭利であるため、他の種類の砥粒では切断が困難な材料を扱う際に、理想的なサンディングソリューションを提供します。

アルミニウム合金は、ノズルやパイプなどの工業用洗浄装置やブラスト装置の製造に広く使用されています。酸やアルカリに対する優れた耐食性と、高温環境下でも長持ちする性能を備えており、この2つの特性により、ポンプやメカニカルシールなどのプラントエンジニアリング用途で特に重要な金属となっています。

炭化ケイ素セラミックスは、電気絶縁のような極端な温度と耐薬品性を必要とする用途に理想的な選択肢です。融点が低いため、高温での損傷に強い。

炭化ケイ素は、その並外れた耐熱衝撃性と高電圧で動作する能力により、電子デバイスに理想的な材料であり、設計者はエネルギー効率と信頼性の両方を備えた小型デバイスを構築することができる。

セラミック

炭化ケイ素は、モアッサナイトの結晶中に天然に存在するほか、研磨材として19世紀後半から人工的に製造されています。ダイヤモンドや炭化ホウ素に匹敵する非常に硬い材料である炭化ケイ素は、優れた化学的安定性、耐腐食性、高温耐酸化性などの特性により、過酷な環境で長期間使用される産業用途に理想的な材料です。

この材料で作られたセラミックは、低熱膨張係数や高強度といった有益な物理化学的特性の数々を誇っている。このため、石油化学およびプロセス・エンジニアリング産業に適しており、セラミック製バルブや製錬装置用部品は、クラックや反りの問題なしに1600℃までの温度に耐えることができる。

その優れた機械的強度と耐久性により、セラミック・ボールベアリング、バルブ、半導体材料、ジャイロスコープなどが頻繁に製造されている。このような特質から、65度を超える温度に耐えることが要求される電気自動車のパワーエレクトロニクスに使用される自動車部品にも組み込まれている。さらに、竪型タンク蒸留炉トレー、精錬炉、アルミニウム電解セル、銅溶解炉ライニングなどの非鉄金属製錬産業設備で重要な役割を果たしています。さらに、航空宇宙産業や航空産業で使用されるロケットノズルやエンジン部品として、耐薬品腐食性などの優れた特性を持つ高品位炭化ケイ素セラミックスの製造にも使用されています。

エレクトロニクス

炭化ケイ素は、ユニークな電気的・熱的特性を持つ興味深い半導体材料である。そのため、導体（銅配線のようなもの）と絶縁体（これらの配線を覆うポリマー絶縁体のようなもの）を交互に使い分けることができ、電気自動車のトラクション・インバーターや太陽エネルギー・システムのDC/DCコンバーターのような高電圧パワー・エレクトロニクス用途に特に適している。

SiCは、n型デバイスの場合は窒素やリンを、p型デバイスの場合はベリリウム、ホウ素、アルミニウムをドーピングすることでパワー半導体に変換することができる。これにより、IGBTやバイポーラ・トランジスタのような従来のパワー半導体に比べ、より高い耐圧、より速いスイッチング速度、ターンオン抵抗の低減を実現することができる。

こうした利点から、多くの電子機器メーカーが製品に炭化ケイ素を採用している。社会が電気自動車製造や再生可能エネルギー貯蔵ソリューションに移行するにつれ、この傾向は強まるだろう。

炭化ケイ素のユニークな特性は、パワーエレクトロニクス業界に革命をもたらす画期的なソリューションを生み出しました。シリコンラボのような企業は、電気自動車のアプリケーションに特化した絶縁ソリューションを提供し、メーカーがSiCを使用した製品を作りやすくしている。これにより、バッテリーからモーターへの送電中のエネルギー損失を減らしながらEVの効率を高めることができ、地球と人々にとってより持続可能な未来につながります。

メタル

炭化ケイ素は、非常に硬く、優れた耐薬品性を持っています。高温の酸性溶液やアルカリの存在下で1300o Fもの高温に耐えることができるため、キャリアガスから腐食性蒸気を凝縮させたり、キャリアガスから蒸気を分離・凝縮させたりする用途に適しています。さらに、炭化ケイ素はあらゆる溶融金属やほとんどのフッ化水素酸に対して優れた耐性を持っています。

無機セラミック材料である炭化ケイ素は非常に硬く耐久性があり、1600℃までの極端な温度や高い機械的衝撃に耐えることができ、磨耗や摩耗による損傷を受けません。サンドブラスト、研削、ウォータージェット切断などの機械加工工程における研磨材として、炭化ケイ素が使用されることが多い。さらに、炭化ケイ素の添加剤は、セメントの強度を高めることがある。

炭化ケイ素のユニークな結晶構造は、その優れた耐熱性と低熱膨張特性により、高温に耐える耐火物やセラミックスへの使用から、原子炉や製鉄における放射線に対する断熱材の提供まで、多くの用途があります。さらに、産業用ガスタービンの炭化ケイ素ライニングや、トラクション・インバータのような高電圧パワーエレクトロニクスが、その組成の一部を占めることも多い。

エドワード・アッションが人工カーボランダムを初めて合成したのは、人工ダイヤモンドの合成プロセスを研究していた1891年のことである。彼は、電気加熱したシリカと炭素の融液の中に小さな黒い結晶を発見し、これをカーボランダム（ラテン語の "carbido de carburo "から）と呼んだ。その後、アリゾナ州のキャニオン・ディアブロ隕石クレーターでモアッサナイト鉱物として自然に発見された。