炭化ケイ素の誕生以来、その高剛性と高温安定性は「NDA」に根付いています。研磨材および耐火材としてさまざまな業界で大量に使用されています。 SiC合成技術の進歩により、20世紀後半から高輝度LED半導体の分野で使用されてきました。過去 10 年間、新エネルギー車、太陽光発電エネルギー貯蔵、5G 通信などの新興産業の力強い成長に牽引され、炭化ケイ素の需要が急増しました。
次の記事では、炭化ケイ素についての理解を深めていただくために、炭化ケイ素の特徴、グレード、合成、用途について説明します。
材質の特徴
● 高温耐性：1600～1650℃の温度でも、SiCセラミック部品の機械的特性と形状は良好に維持されます。
● 高い熱伝導率：窒化アルミニウム(AlN)、酸化ベリリウム(BeO)に次ぐ120~200W/kmに達します。
● 低い熱膨張係数（CTE）：SiC（4.0～4.5-6/K）は、Siチップ（2.5～4.2×10-6/K）に最も近い熱膨張率を持つ工業用セラミックスの一つです。
●硬度・耐摩耗性：モース硬度は9.5とダイヤモンド（10）よりわずかに低いです。
●耐食性：アドバンストセラミックスの中で最も化学的に不活性な製品の一つです。さまざまな過酷な環境でも、老化に耐えることができます。
● その他：軽量（3.1～3.2g/cm 3 ）、高弾性率（400～450GPa）、熱衝撃に優れ、ほとんどの溶融金属に濡れたり浸食されない、半導体特性、良好な電気絶縁性、無毒。
グレードと合成
炭化ケイ素はセラミック構造部品の基本的な材料です。そのグレードは主に、焼結プロセスと緻密化の程度に応じて次のように分類されます。
1.無加圧焼結タイプ(SSiC)
●合成方法：
緻密化は、ホウ素や炭素などの焼結助剤を添加することにより、高温および大気圧での固相焼結によって達成されます。これは最も一般的で経済的なプロセスです。
● パフォーマンス:
高密度 (理論密度 ≥98%)、優れた強度、硬度、耐摩耗性、耐食性。
●用途：
シールリング、ベアリング、ノズル、耐摩耗ライナー、窯治具（サガー、ローラー）など
2.反応結合型（RBSiC）
●合成方法：
α-SiC粉末と炭素粉末を混合・成型した後、高温で溶融シリコンまたはシリコン蒸気と反応させてβ-SiCを生成し、細孔を充填して緻密化を実現します。
● パフォーマンス:
高密度、理想的な焼結変形、高い寸法精度、短い準備サイクル、低コスト。しかし、この材料には通常、少量の遊離シリコンが含まれており、シリコンが溶けるため最大動作温度 (約 1350°C) が制限されます。
●用途：
精密メカニカルシール、太陽光発電産業のヒーターブラケット、ローラーなど、高次元の精度が要求されるコンポーネント。
3.再結晶型(R-SiC)
●合成方法：
焼結助剤を添加せずに、高温での SiC の蒸発と凝縮による物質移動を利用して粒子の成長と結合を実現する無加圧焼結プロセス。
● パフォーマンス:
非常に純粋でガラスを含まないため、優れた高温耐性 (1600°C 以上での長期使用が可能)、優れた酸化耐性と耐熱衝撃耐性を備えています。ただし、気孔率が高く (約 15% ～ 20%)、機械的強度が比較的低いです。
●用途：
ハイエンドの窯の家具 (サポートやビームなど)、バーナー ノズル、熱交換器チューブ、および高温で酸素が豊富な環境を伴うその他の用途。
4.熱間静水圧プレスタイプ(HIPSiC)
●合成方法：
焼結は、超高圧 (ホット プレス) または等方性高圧ガス (熱間静水圧プレス) を使用して高温で実行されます。通常、焼結助剤が添加されます。
● パフォーマンス:
ほぼ 100% の理論密度を達成し、粒子が細かく均一であるため、すべてのグレードの中で最高の機械的特性 (強度と靭性) が得られます。
●用途：
装甲メッキ、重要な航空宇宙部品、ハイエンドの切削工具など、非常に厳しい性能要件を持つアプリケーションで使用されます。コストが高いため、応用範囲は限られています。
炭化ケイ素セラミックの用途
炭化ケイ素のグレードが異なると、さまざまな特性の組み合わせが得られるため、特定の業界に合わせて正確に調整し、ビジネス ソリューションに変えることができます。次の表は、パフォーマンスに基づいて対応するアプリケーションを示しています。これが役立つことを願っています。
コアプロパティ | 対象業種 | 使用中の実部品 |
優れた耐摩耗性 | 鉱業、エネルギー、化学 | ●ノズル：サンドブラスト、ウォータージェット切断
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自動車および機械製造 | ●シール：過酷な環境用のシャフトシール。 ●ウェアプレート | |
優れた機械的強度と剛性 | ポンプ、バルブ、流体機械 | ●メカニカルシール：ケミカルポンプや多段ポンプに使用されます。 ●ベアリングボール＆ローラー：高速スピンドルや精密工作機械に使用されます。 ●ポンプスリーブ＆スラストカラー：磁気駆動ポンプの中核部品。 |
防衛および航空宇宙 | 軽量の装甲素材: 高硬度と高強度を利用して衝撃に耐えます。 | |
優れた高温耐性と熱管理機能 | 冶金、ガラス、セラミック | ●窯付属品：窯什器（支柱、梁、押板）、炉。 ●バーナーノズル：高効率・省エネのバーナー部品。 |
半導体製造 | ● ウェーハ処理コンポーネント: 研削ディスク、治具、アニール パドル、エピタキシャル トレイ。高温プロセス中のシリコンウェーハの平坦性と低汚染性を保証します。 | |
優れた化学的不活性性 | 化学工業、石油・ガス | ●シールリング＆メカニカルシール：強酸（硫酸、塩酸）、強アルカリを扱うポンプに使用されます。 ●バルブボール＆バルブシート：腐食性媒体の流れを制御します。 ●熱交換器：腐食性の高い環境での熱伝達に使用されます。 |
高い熱伝導率と電気特性 | パワーエレクトロニクスと半導体 | ●電子機器基板：高出力LEDやIGBTモジュール用ヒートシンク。 ●ウェーハ製造装置:静電チャック、ヒーター。 |
産業用センシングと制御 | ● ヒーター＆センサーアセンブリ：高温熱処理装置。 |
結論
つまり、炭化ケイ素は、特に耐摩耗性、熱性能、化学的不活性性の点で他の人工セラミックをはるかに上回る、多用途の先進セラミック材料です。さまざまな合成方法があり、その結果、独自の特性を備えたさまざまなグレードの製品が得られます。炭化ケイ素部品は、数多くの困難なアプリケーション シナリオを可能にし、より高い限界を突破し、より優れた総コスト ソリューションを提供します。
JingHui Industry は、さまざまなグレードの材料から作られた高品質の窒化ケイ素部品の専門サプライヤーです。ご興味がございましたら、お問い合わせください。