炭化ケイ素（SiC）は炭素とケイ素の化合物で、その優れた機械的特性と熱的特性で知られている。高硬度、高熱伝導性、低熱膨張性、優れた耐熱衝撃性を特徴とする。SiCは化学反応に強く、非常に高い温度でも強度を維持するため、半導体、発熱体、研磨材などの産業における様々な高性能用途に適しています。
化学的特性
- 不活性と耐薬品性： 炭化ケイ素は、800℃までの酸、アルカリ、溶融塩には侵されません。この化学的不活性は、腐食性物質への暴露が一般的な環境での使用に理想的です。高温では、SiCは酸化ケイ素の保護膜を形成し、化学的劣化に対する耐性をさらに高めます。
- 熱安定性： 大気中では、SiCは1200℃で保護酸化膜を形成する能力があるため、1600℃まで使用できます。高温でのこの安定性は、高温炉や材料が極端な熱にさらされるその他の用途で使用する上で極めて重要である。
物理的特性
- 高い硬度： モース硬度9のSiCは、ダイヤモンドとほぼ同等の硬度を持つ。そのため、耐久性と耐摩耗性に優れ、耐摩耗性を必要とする用途に適しています。
- 高い熱伝導性： SiCの熱伝導率は120～270W/mKであり、他の多くの材料よりも著しく高い。この特性は、効率的な熱分配を可能にし、局所的な過熱を防ぐのに役立ち、高温用途への適性を高めます。
- 低熱膨張： SiCの熱膨張率は4.0x10-6/℃で、他の多くの半導体材料よりも低い。この低熱膨張係数は、急激な温度変化による応力を最小限に抑えるため、優れた耐熱衝撃性に貢献します。
- 耐熱衝撃性： 高い熱伝導率と低い熱膨張率により、SiCは損傷を受けることなく急激な温度変化に耐えることができます。この特性は、材料が頻繁に大きな温度変動を経験する用途において極めて重要です。
電気的特性
- 電気伝導性： 炭化ケイ素は電気伝導体にすることができるため、抵抗発熱体、サーミスタ、バリスタなどに使用されています。電気抵抗の制御が可能なため、様々な電子用途に汎用されている。
製造と用途
- 製造方法： SiCは、焼結、反応接合、結晶成長、化学気相成長（CVD）などの方法で工業的に生産されている。各方法は、異なる用途に合わせた特定の特性を持つSiCを製造することができる。
- 用途 SiCはそのユニークな特性の組み合わせから、研磨材、耐火物、セラミック、半導体ウェハートレイ支持体、発熱体、電子部品など幅広い用途に使用されている。また、高強度、低密度、優れた耐摩耗性により、構造用途や摩耗用途にも適している。
要約すると、炭化ケイ素の高い化学的不活性と熱安定性という化学的特性と、高硬度、高熱伝導性、低熱膨張率という物理的特性が相まって、高温・高応力用途に適した材料となっている。その電気伝導性は、さまざまな産業および電子分野での有用性をさらに広げています。
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