導入

炭化ケイ素（SiC） 炭化ケイ素は、現代のテクノロジーに非常に役立つ、広く知られたセラミック材料です。実際、過酷な作業条件下で高温と熱安定性が求められる今日の多くの新興産業は、炭化ケイ素なしには成り立ちません。その理由は明白です。炭化ケイ素は、こうした状況下で優れた性能を発揮するために必要な特性を備えているからです。中でも特に注目すべきは、この注目のセラミック材料が持つ超高硬度と高い熱伝導性です。本日の記事では、炭化ケイ素の特性と、それが世界中の新エネルギー産業や新興産業にどのように役立つかについて詳しく説明します。また、SiCが半導体産業やパワーエレクトロニクス産業にどのようなメリットをもたらすかについても解説します。

シリコンカーバイドとは何ですか?

炭化ケイ素（SiC）は、灰色がかった結晶性のセラミック材料で、ケイ素と炭素を原料として工業的に製造されています。炭化ケイ素は、炭素とケイ素が共有結合した結晶格子四面体構造を持ち、非常に硬い材料です。多くのメーカーはこれをカーボランダムと呼んでおり、その高い性能基準と特性から、今日でも非常に重要な材料となっています。他の先進セラミック材料の中でも、炭化ケイ素は今日見られる第三世代半導体の主要構成要素です。炭化ケイ素がなければ、これらの半導体のほとんどは正常に機能しません。大きな負荷や張力がかかると破損するか、放熱性が悪いために高温で過熱してしまうでしょう。

シリコンカーバイドは、アチソン法で製造するのが実に簡単です。必要なのは、余剰シリコン（石油石英）といくつかの必須添加剤を炭素（工業用コークス）と混合し、2,400℃に達する超高温の炉に入れるだけです。注目度の高い用途向けに最高品質のSiCを製造したいメーカーであれば、さらに高温・低圧でシリコンカーバイドを焼結することも可能です。

では、炭化ケイ素（SiC）はどのような用途に使われているのでしょうか？実のところ、SiCの用途は多岐にわたり、多くの分野にまたがっています。炭化ケイ素は、あらゆるデバイスや産業機器の効率と性能を大幅に向上させることができる数少ない先進セラミック材料の一つです。生産エンジニアにとって、炭化ケイ素はより高速で安定したデバイスの製造に役立ちます。過熱耐性だけでなく軽量化も実現し、生産コストを大幅に削減できます。

シリコンカーバイドは軽量で熱安定性に優れているため、電気自動車用のより安全で優れたバッテリーの製造に使用できます。これらのシリコンカーバイドバッテリーは、電気自動車だけでなく、他の高出力電子機器においても、より高速に充電できる傾向があります。自動車メーカー、そして最近では航空宇宙産業でも、その超耐摩耗性から、スペアパーツ、エンジンベアリング、シールリングの製造にSiC材料が使用されています。

また、高級半導体用のシリコンカーバイドチップやSiCウェハの製造にも使用できます。 耐摩耗性 研削および切削工具/ホイール、炉のライニング、光学機器、鏡、X線などの医療機器、そして今日の新しい産業で使用される他の多くの重要なコンポーネント。

炭化ケイ素の特性

SiC の優れた特性には次のようなものがあります。

• 水や酸には溶けません

• 高い圧縮強度と6.8MPa·√mの破壊靭性を有しています。

• 密度は3.21 g/cm 3である。

• 硬度は32GPaで、モース硬度スケールでは9.5です。

• これは3.26 eVのバンドギャップを持つワイドバンドギャップ半導体である。

• 熱伝導率は120 W/m•Kです。

• 弾性率は440GPaである。

• 曲げ強度は490MPaです

• 2,600℃に達する温度に耐えられる

• 熱膨張係数は4.0 x10–6/°Cです。

• 腐食、摩耗、裂傷に対して非常に耐性があります。

シリコンカーバイドと半導体

これまで、いくつかの業界では、電子機器や機械用の半導体製造にシリコンチップやその他の先進セラミック材料が使用されていました。これらの半導体は、速度が遅く、過熱しやすいことから「第一世代半導体」と呼ぶことができます。しかし、ワイドバンドギャップ半導体ではなかったため、特に高温下での高精度化が求められるようになったことで、全体的な効率は低かったのです。時代は進み、現在では、これらの業界でシリコンカーバイドが使用されるようになり、より高性能で改良されたワイドバンドギャップ半導体が製造されています。現在「第三世代半導体」と呼ばれるこれらの半導体には、シリコンカーバイドチップとSiCウェハが含まれています。

新興産業では、新たに生産されるワイドバンドギャップ半導体の性能基準を向上させるために、SiC基板（チップおよびウェーハ）が使用されています。パワーデバイスの半導体や電子パネルに使用されているSiCチップとヒートシンクは、放熱性を向上させます。また、張力や過負荷にも耐え、破損しない強度も備えています。これらはすべて、SiCの硬度と高い熱伝導性によって可能になっています。

今日でも、エンジニアはシリコンよりもシリコンカーバイドベースの半導体を製造に好んでいます。なぜでしょうか？それは、製造コストが低く、他の材料と比較して高温、高機械的、高ストレスの環境条件下でも過熱や故障が発生しないからです。これらのメリットは、優れた熱安定性と硬度によるものです。

これらの効率 SiC材料 半導体の特性は、ドーピングによってさらに向上します。ドーパントには、ホウ素、アルミニウム、ヒ素、リンなどがあります。

では、メーカーとして、これらの半導体の製造とコーティングにおいて、シリコンカーバイド以外にどのような優れた素材を検討しますか？ いいえ、ありません！新興産業におけるシリコンカーバイドの活用について、もう少し詳しく見ていきましょう。

シリコンカーバイドと新興産業

ここ数年で立ち上がった多くの製造業は、いずれも高精度用途に炭化ケイ素（SiC）を使用しています。エンジニアリング、自動車、パワーエレクトロニクス、太陽エネルギー、航空宇宙、研磨材、そして最近ではヘルスケアなど、様々な分野の産業がSiCを使用しています。これらの産業は、SiCのような優れた特性を持つ、非常に安定性が高く強靭なセラミック材料を必要としています。例えば、機械工学企業は、ロッド、窯炉のライニング、機械のローター、シールリングなどの製造に高強度材料を必要としています。これらの用途に最適な材料はSiCです。硬度と熱安定性においてSiCに勝るのはダイヤモンドだけだからです。

自動車業界は、自動車のスペアパーツやエンジンの性能向上にシリコンカーバイド（SiC）が役立つことを知っています。その理由は？前述の通り、SiCは非常に硬く、耐摩耗性や錆の原因となる化学物質への耐性も高く、熱と電気の両方を伝導するのに十分な安定性を備えているため、外部に問題を引き起こすことはありません。優れた部品と機能を備えた高品質な自動車を製造するには、これらの特性が不可欠です。

新しい自動車産業がテスラのような電気自動車の生産に乗り出すにつれ、電力変換率の向上、炭化ケイ素電池の生産、サイズの縮小、運転中の安定した加速と減速の維持のために SiC が必要になっています。

太陽エネルギーも例外ではありません。この分野の新興産業は、高効率のシリコンカーバイドベースの太陽光発電インバータやバッテリー、そしてパワーモジュールを生産しています。再生可能エネルギーに使用される無停電電源装置（UPS）や風力タービンなどにもシリコンカーバイドが使用されています。シリコンカーバイドは、これらの太陽光発電製品の効率を高めながら、材料コストとサイズを削減するのに役立ちます。シリコンカーバイドの使用により、太陽光変換率は少なくとも95%に達します。これらの改良されたインバータは、97.5%という値で、全体のエネルギー損失を25%相当削減しています。ここにSiCがもたらす大きなメリットが想像できるでしょう。

さらに、パワーエレクトロニクス分野では、より高効率で省電力なLED照明の製造にSiCが活用されています。SiCは温度損失が少なく、電気伝導性に優れているため、LED照明の寿命が長くなり、表示輝度も向上します。これは、この分野の産業にとって、生産コストの削減と生産性の向上につながります。

最近の調査によると、これらの新興産業におけるシリコンカーバイドの使用量と用途は世界的に急増しています。この増加率が続けば、現在のSiC市場（半導体、パワーエレクトロニクス、その他の用途向け）は2023年に1兆4000億米ドルに達し、2026年には1兆4000億米ドルを超える市場規模に達する可能性があります。

新エネルギーとセラミックスへの投資家は、驚異的な勢いでSiCに投資しています。SiCの素晴らしい可能性に期待が寄せられ、シリコンカーバイドのサプライヤーは世界各地に進出しています。お見逃しなく、今すぐお問い合わせください。 GGSCeramics お客様の用途に最適な最高品質のSiCおよび焼結SiC材料をご提供いたします。当社はシリコンカーバイドサプライヤーの先駆者であり、最高の品質をお届けすることをお約束いたします。

よくある質問

炭化ケイ素は何に使用されますか?

高度な機械的および高ストレスの環境条件でのシリコンカーバイドの使用とは別に、ほとんどのメーカーは、サンドペーパー、研削、または切削工具やホイールの製造用の研磨剤としてシリコンカーバイドを使用しています。

シリコンカーバイド生産における原材料は何ですか?

SiC 製造 (アチソン法) で使用される主な原材料は、石油石英 (工業用シリコン) とコークス (炭素) です。

炭化ケイ素の融点は何ですか?

炭化ケイ素には決まった融点はありません。しかし、2,730℃で昇華し始めることがわかります。

結論

さて、「シリコンカーバイドは何に使われるのか？」という質問に対する答えはもうお分かりでしょう。ですから、初めてこの業界に携わる方でも、既にこの業界に携わっている方でも、シリコンカーバイドが最適な選択肢であることは間違いありません。 多次元セラミック材料 シリコンカーバイドは、半導体、パワーエレクトロニクス、その他多くの分野で広く利用されています。非常に硬く、熱的に安定しているだけでなく、危険な化学物質、高温、そして過酷な条件下での摩耗にも容易に耐える能力があり、あらゆる製造業者にとって頼りになる優れた素材です。シリコンカーバイドは、今日世界中で高い人気と評価を得ていますが、これは当然のことです。間違いなく、現在そして将来の新興産業にとって、大きな希望の光となるでしょう。