導入
近年、過酷な使用条件に耐え、かつ効率的に機能するために、強度と耐久性を高めたセラミック材料への需要が世界的に高まっています。そのため、炭化ケイ素（SiC）セラミック材料は、最も優れたセラミック材料の一つとして、最も多く利用されています。優れた硬度と耐久性に加え、SiCは他にも魅力的な特性を有しており、本日の記事ではそれらについて詳しく解説します。また、炭化ケイ素セラミックの様々な種類、用途、市場動向、そしてセラミックヒートシンクとアルミニウムなどの他の材料との違いについても解説します。
炭化ケイ素セラミック材料の特性
炭化ケイ素セラミック材料は、 半導体材料炭化ケイ素（SiC）は、多くの工業用途に使用されています。黄色や緑がかった色を呈することがあります。これらの半導体は、結晶格子構造に配列したシリコンと炭素で構成されており、地球上で知られている最も硬い人工材料の一つです。購入を検討する際に知っておくべき炭化ケイ素セラミック材料の特性をいくつかご紹介します。
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高い耐熱性と耐腐食性
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1,300℃に達する高温に耐える能力。
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傷に強い
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熱と電気の優れた伝導体。
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化学的に不活性な物質。
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低密度
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広いバンドギャップを有しており、電子機器用の優れた半導体として機能します。
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熱膨張率が低く、耐衝撃性に優れています。
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ダイヤモンドに次いで非常に硬い物質。
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3.20g/mmの高密度
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2,730℃の高い融点
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400 GPa を超える大きな弾性係数。
炭化ケイ素セラミック材料の種類
シリコンカーバイド材料には主に 3 つの種類があります。
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反応結合シリコンカーバイド材料（RBSiC）：
このタイプの炭化ケイ素セラミック材料は、並外れた密度と強度で知られています。工業的には、シリコン粉末と炭素の化学的組み合わせから製造されます。 高温 焼結圧力は最小限に抑えられます。これにより、通常、シリコンの浸透を許容する多孔質材料が得られます。RBSiCは耐熱性、耐摩耗性、耐引裂性に優れているため、るつぼ、宇宙用ミラー、その他多くの産業用高温部品の製造に最適な材料です。
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シリコン浸透シリコンカーバイド材料（SiSiC）：
このタイプの炭化ケイ素材料は、反応結合型炭化ケイ素材料の高密度グレードに近いものです。違いは、多孔質材料に液体シリコンが浸透していることです。SiSiCは、産業機械のライニング用セラミックチューブ、電子機器用半導体、ノズル製造用工具、材料切削工具など、さまざまな用途に使用できます。
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焼結シリコンカーバイド材料（SSIC）：
これらの軽量材料は、シリコンカーバイド粉末の粒子を高温低圧下で圧縮することで形成されます。高純度、滑らかな表面、高密度を特徴としています。このタイプのSSIC材料は、ポンプ、メカニカルシール、一部の機械部品の製造に工業的に使用できます。
セラミックヒートシンクとアルミニウムヒートシンクの比較。
ヒートシンクは、電子機器から発生する過剰な熱を除去する手段として電気産業で使用される装置またはプレートです（放熱）。 電子機器 近年、これらのヒートシンクの製造において最も一般的に使用される 2 つの材料は、高度なセラミック材料とアルミニウムとなっています。
しかし、どちらかを選ぶ必要がある場合、シリコンカーバイドなどの先進セラミック材料で作られたセラミックヒートシンクは、電子機器の熱を放散・除去する能力に優れているため、アルミニウムよりも優れた選択肢となる可能性が高いでしょう。なぜ優れているのでしょうか？それは、アルミニウムとは異なり、シリコンカーバイドヒートシンクは優れた硬度と高温などの悪条件下でも優れた性能を発揮するため、高精度電子機器においてより強力な電気伝導体となるからです。さらに、これらの先進セラミックヒートシンクは環境に優しく、アルミニウムよりも高い耐熱性を備えています。
アルミニウムと比較すると、セラミックヒートシンクは化学反応や腐食にも耐え、電磁干渉も発生しません。上記の特性により、炭化ケイ素セラミックヒートシンクは、アルミニウムと比較して、光や高エネルギー電子機器からの熱を優れた方法で放熱します。
アルミニウムヒートシンクも悪くない選択肢です。どちらかを購入するコストを検討している場合は、アルミニウムヒートシンクはセラミックヒートシンクに比べて安価で、優れた熱伝導性も備えていることを知っておく必要があります。セラミックヒートシンクとアルミニウムヒートシンクのどちらを選ぶかは、求める特性や用途によって異なります。セラミックヒートシンクは最適な性能を発揮しますが、アルミニウムヒートシンクはコスト効率に優れています。
シリコンカーバイド発熱体
炭化ケイ素は高い熱伝導率を誇り、発熱体の製造に使用できます。高密度であるため、様々なグレードの炭化ケイ素から2,500℃に達する高温でロッドやセラミックチューブを抽出できます。
高出力は、シリコンカーバイド発熱体の大きな特徴です。これらの発熱体は、水平または垂直など、どのような設置方法でも設置できるため、ほとんどの場合、外部からのサポートを必要としません。
シリコンカーバイドが発熱体の製造に使用される理由は次のとおりです。
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雰囲気に関わらず、さまざまな製品を管理する機能を備えています。
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非常に経済的で、保管上の問題もありません。
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清潔で環境にも優しいです。
炭化ケイ素発熱体の用途
シリコンカーバイド発熱体は、様々な設定や用途に使用できます。いくつか例を見てみましょう。
ガラス産業
ガラス業界では、これらの SiC 加熱素子をガラスの溶解（耐火性のため）と精製に使用できます。
電気産業
電気磁器、研削ホイール、スパークプラグ、拡散ヒーター、炭化ケイ素ヒーターの製造に使用できます。
冶金
焼結、硬化、脱酸素、分析、熱処理、鍛造、ろう付けはすべて、冶金業界におけるシリコンカーバイド発熱体に適した用途です。
セラミックス産業
陶磁器業界も例外ではありません。家庭で使う陶器やその他台所用品はすべてシリコンカーバイド加熱の製品だからです。
シリコンカーバイドセラミックスの現在の国際市場動向と市場価値。
シリコン浸透炭化ケイ素材料（SiSiC）と焼結炭化ケイ素（SSiC）は、2023年に長らくセラミックス市場を支配していました。その有用性により、非常に多くの業界がこれらの炭化ケイ素セラミックス材料の需要を開始し、その結果、市場は驚異的な速度で成長しました。
2年前、炭化ケイ素セラミックス市場は1兆4,127億米ドルと評価されていました。年平均成長率（CAGR）は52億5,130万米ドルで、2030年には1兆4,200億米ドルを超えると予想されています。アジア大陸には、富士電機株式会社、ローム株式会社、STマイクロエレクトロニクスなどの主要な市場プレーヤーが存在します。
ここでは GGSCeramics, 当社では、お客様の使用と満足のために、炭化ケイ素セラミック材料、セラミックヒートシンク、および製品の最適な組み合わせを提供しています。
炭化ケイ素セラミックス材料の用途
炭化ケイ素セラミック材料は、化学産業、エンジニアリング企業、製造業など、様々な産業に応用できます。そのいくつかをご紹介します。
エンジニアリング会社
エンジニアリング企業では、高い熱伝導性と耐熱性が求められる電子機器、機械、設備の製造にシリコンカーバイドを活用できます。例えば、ブレーキ、エンジン部品、ポンプ、ベアリング、メカニカルシール、炉内張り、ノズル、パイプなどの製造に使用できます。
セラミックス産業
炭化ケイ素セラミックは耐火性と耐薬品性に優れているため、マニキュア、窯の棚、ライニングの製造に使用できます。
研磨剤の製造
機械部品や切削工具など、表面が粗く傷がつきにくい材料は、炭化ケイ素（SiC）セラミックスから製造できます。例えば、研磨材はSiCの硬度と耐摩耗性を利用して、その効果を高めています。
エレクトロニクス産業
電子機器、半導体、ショットキーダイオード、MOSFET などの電力デバイスもシリコンカーバイドセラミックの恩恵を受けています。
軍隊
軍隊で使用されている防弾チョッキは、そのほとんどがシリコンカーバイドセラミック素材で作られているため、衝撃の大きい物体に対して優れた反応を示します。
よくある質問
シリコンカーバイドセラミックス材料の一般的な名称は何ですか?
シリコンカーバイドセラミックス材料の一般的な名称はモアッサナイトです。
シリコンカーバイドセラミックのモース硬度はどれくらいですか?
モース硬度は 9.5 で、シリコンカーバイドセラミックはダイヤモンドに次いで地球上で 2 番目に硬い物質です。
シリコンカーバイドセラミック材料には沸点と融点がありますか?
はい、融点は約2,730℃ですが、沸点は明確に定められていません。しかし、最近の研究では、4,936°F（約2,200℃）で固体から直接気体（昇華）に変化することが示されています。
シリカカーバイドとは何ですか？また、シリコンカーバイドとの違いは何ですか？
両者の違いは、化学的および物理的組成にあります。シリカカーバイドはシリコンの酸化物で、化学式はSiO2です。一方、シリコンカーバイドはシリコンと炭素からなる化合物です。
結論
世界中の人々が先進的なセラミック材料を使用し、需要し続ける限り、シリコンカーバイド材料は世界経済の柱であり続けるでしょう。これらのシリコンカーバイドセラミック材料の革新と改良が進むにつれ、シリコンカーバイドは間違いなく、安心して参入でき、成長が期待できる最高のセクターの一つとなるでしょう。