導入
の重要性 炭化ケイ素（SiC）セラミック材料 SiCは、今日の世界にとってどれほど重要な材料であるかを強調しすぎることはありません。その有用性と優れた機械的特性から、最も話題になっている先進セラミック材料の一つです。今日、ほぼすべてのエンジニアリング会社やハイテク産業が、何らかの形でSiC材料を使用しています。近年の技術革新により、メーカーは炭化ケイ素を焼結することで、コスト効率の高い高品質のSiCを製造できることを発見しました。
本日の記事では、 加圧焼結炭化ケイ素 焼結法の種類と特徴、反応焼結法と常圧焼結法の違いについても解説します。最後に、焼結炭化ケイ素の現在の国際市場動向と市場価値についても解説します。
焼結炭化ケイ素の特性
焼結炭化ケイ素は、純粋なSiC粉末を焼結し、2,100℃に達する温度で加熱することで工業的に製造されます。適切な加熱と機械加工を施すことで、SiC粉末は融合し、緻密で硬いセラミック材料となります。このプロセスでは、ホウ素などの非酸化物焼結助剤が炭化ケイ素の硬度を向上させる上で非常に重要です。現在、SSiC材料は、反応焼結炭化ケイ素と常圧焼結炭化ケイ素の2つの主要グレードで提供されています。
これらの焼結シリコンカーバイド（SSiC）材料は、シリコンカーバイドの改良版とも言えることから人気が高まっています。その理由は、SSiC材料は通常、優れた機械的特性と耐久性を備えているためです。これは、極度の温度と加熱を伴う工業プロセスにさらされているためです。また、SSiC材料は密度、純度、性能レベルが高く、腐食、化学薬品、摩耗、引き裂きに対する優れた耐性も備えています。
焼結炭化ケイ素の特性
焼結シリコンカーバイドの優れた特性は次のとおりです。
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低い熱膨張係数
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高い圧縮強度と硬度。
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低多孔性
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純粋なSiCの割合が高い。
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高融点
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高温下でも安定。
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腐食、摩耗、裂け目に対して強い耐性があります。
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優れた熱伝導性と耐熱衝撃性。
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耐久性のある耐火材料
焼結炭化ケイ素の用途
焼結シリコンカーバイドの優れた特性により、次のようなさまざまな用途に使用できます。
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セラミックヒートシンクの製造。
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セラミックベアリングの製造。
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軍用車両と防弾チョッキ
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窯ライニングの製造
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タービン部品の製造
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優れた生産 炭化シリコン半導体。
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バルブ用ボール、シート、ライナーの製造。
炭化ケイ素の常圧焼結と反応焼結の比較
焼結炭化ケイ素は、工業的には2つの異なる焼結パターンで製造できます。それは、炭化ケイ素の反応焼結と炭化ケイ素の常圧焼結です。これら2つについて簡単に詳しく見ていきましょう。
炭化ケイ素の反応焼結
この方法はSiCの焼結に非常に簡単です。約1,650℃という非常に低い温度で、炭素とSiCの粉末の混合物を加熱します。混合物は、液体シリコンが細孔に浸透できるほど多孔質である必要があります。さて、焼結（加熱）すると、ここで反応が起こります。注ぎ込んだ液体シリコンが炭素と反応し、焼結した高密度のSiCが過剰に生成されるのがわかるでしょう。
これは非常に多くのエネルギーを消費するプロセスですが、先ほどお読みいただいたように、非常に高速でシンプルなプロセスです。焼結SiC材料の大量生産に適しています。これらは、常圧焼結法（シリコンカーバイド）に比べて大きな利点です。しかし、反応焼結法で製造される材料の多くは、通常、非常に高い温度に耐えられるほどの密度がありません。多孔質であるため、機械的ストレスを受けると容易に割れてしまうため、あまり頼りにすることはできません。
反応焼結シリコンカーバイド製品は、航空宇宙産業やエンジニアリング産業において、さまざまな独自の目的や用途に今でも役立っています。
炭化ケイ素の無加圧焼結
この炭化ケイ素焼結法では、外部圧力を加える必要はなく、 高純度SiC 粉末は自由に選択できます。この無加圧焼結には、2,100℃から2,200℃の高温真空炉を使用できます。必要なのは、炭化ケイ素粉末を真空中で加熱し、粉末が融合して非常に高密度の多結晶セラミック板を形成するまでです。この融合プロセスは固体拡散段階を経ることで行われ、粒子はネックを形成します。
シリコンカーバイドの無加圧焼結は、高品質でコスト効率の高い焼結シリコンカーバイドの製造に役立ちます。反応焼結法に比べて、いくつかの独自の利点があります。その利点には以下が含まれます。
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炭化ケイ素粉末を焼結するのに必ずしも外部圧力を必要としないため、生産コストが削減されます。
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シリコンカーバイドの無加圧焼結により、任意の複雑な形状のセラミック材料を製造できます。
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シリコンカーバイドの無加圧焼結法を使用すると、機械加工プロセス中の金型の制限を回避することができます。
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シリコンカーバイドの無加圧焼結により、耐熱性と曲げ強度に優れた優れた SSiC 材料を製造できます。
反応焼結は時間と生産コストを節約し、無加圧焼結は純粋で高品質のSSiCを提供します。これらの要素を考慮し、製品の仕様と期待される成果に基づいて選択してください。
常圧焼結炭化ケイ素の特性
この加圧不要の焼結炭化ケイ素（SiC）は、業界で容易に製造できることが実証されています。では、これらの加圧不要焼結SiC材料の驚くべき特性をいくつかご紹介します。
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密度は3.1～3.2g/cm³です。
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ビッカース硬度は2500 HV0.5と高い。
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99% 純粋シリコンカーバイド
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化学的に不活性な物質。
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熱膨張係数が低い。
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高密度のため、多孔度は0.2%未満です。
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最高1,600℃の温度に耐えることができます。
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圧縮強度3,000MPa、曲げ強度600MPa。
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ヤング率が約 410 GPa と非常に高い弾性を持ちます。
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優れた熱伝導性を持ち、 熱伝導率 120 W/mK に達します。
常圧焼結炭化ケイ素材料の用途
加圧焼結SiC材料の用途は、幅広い産業分野に広がっています。冶金産業、エレクトロニクス、エンジニアリング企業、航空宇宙、自動車産業、その他多くの製造業が、この加圧焼結SiCの恩恵を受けています。加圧焼結SiCが役立つ貴重な用途をいくつかご紹介します。
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重工業機械用の機械リング、ノズル、ガスケットの製造。
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工業用窯、電気絶縁用のセラミックフィードスルー、半導体のヒートシンクなどの高温用途。
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短波長を効率よく利用する光学ミラーの製造。
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ハイテク産業における研磨材、メカニカルシール、切削工具、研削工具、炉ライニングの製造。
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軍用装甲、弾道ミサイル部品、防弾チョッキの製造。
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炭化ケイ素の硬度と高い熱伝導性を活かして、機械式ポンプ、高性能電子機器、半導体の製造に用いられます。
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加圧なしの焼結 SiC は、他の材料用の傷に強いハードコーティングの製造に役立ちます。
焼結炭化ケイ素の現在の市場価値と市場動向
2023年時点で、焼結SiCの国際市場規模は1兆47億2500万トンと驚異的な数字でした。その後、世界的な需要が飛躍的に増加し、市場規模も拡大しました。2024年には約1兆418億トンに達しました。これは驚異的ではないでしょうか？年平均成長率（CAGR）は7.61兆3000万トンであり、市場は今後もさらに拡大する可能性があります。
この業界の主要企業としては、米国のCoorsTek社やフランスのSaint-Gobain Performance Ceramics and Refractories社などのトップ企業が挙げられます。
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よくある質問
焼結炭化ケイ素のエネルギー含有量はどれくらいですか?
焼結炭化ケイ素のエネルギー含有量は約200です。
直接焼結 SiC は反応結合 SiC よりも優れていますか?
はい、直接焼結 SiC グレードは、非常に高い温度下でより優れた性能を発揮するため、反応結合 SiC グレードよりも優れていると言えます。
焼結シリコンカーバイドがシール製造に最適な材料なのはなぜですか?
焼結シリコンカーバイドの優れた硬度と研磨性は、高強度シールの製造に役立ちます。これらのシールは、焼結シリコンカーバイド素材により、信頼性が高く、長寿命で、摩耗に強いという優れた特性を備えています。
結論
焼結炭化ケイ素（SSiC）の優れた特性は、徐々に世界をより快適で快適な暮らしへと変えつつあります。その多様な用途と、世界中の多くの分野や経済への貴重な貢献を考えると、まさにそう言えるでしょう。SSiC素材は、先端セラミックスの未来と言えるでしょう。今こそ、投資の絶好のタイミングです！