炭化ケイ素材料

炭化ケイ素は、現代の産業において重要な原材料です。先端SiCセラミック、研磨材、滑り止め、半導体などの用途があります。どのように開発されたのか見てみましょう。

原子ランクNO. 炭素とケイ素の 6 と 14 です。それぞれ、周期表の炭素族元素の第 2 周期と第 3 周期にあります。この位置関係は、いくつかの点で類似した性質を持っていることを意味します。

炭素は私たちの生活のいたるところにあり、炭素含有化合物は生命の物質的基盤です。シリコンは地球の地殻にも豊富に存在し、特に半導体や現代の通信への応用が人類文明の発展を促進してきました。

化学の世界では、炭素とケイ素は同じ家族の兄弟のようなものです。彼らは地球上で何十億年もの間共存してきましたが、生と死の強い友情を形成していませんでした. 自然界の炭化ケイ素鉱石は非常にまれです。

1824 年、スウェーデンの科学者 Jons Jakob Berzelius は、ダイヤモンドを合成する際に炭化ケイ素 (SiC) の存在を観察し、炭化ケイ素材料に関する人間の研究への序曲を開きました。1891 年まで、アメリカ人の EG アチソンは、溶融ダイヤモンドの実験を行っていたときに、誤って炭化ケイ素を手に入れました。当時、科学者たちは、物質はダイヤモンドの混合物であると考えていました。それで彼らは炭化ケイ素エメリーと呼んだ。

1893 年、アチソンは炭化ケイ素の工業的製錬方法を開発しました。この方法は、現在使用されているアチソン炉と呼ばれることがよくあります。この方法は炭素質材料を芯体とした抵抗炉と同じで、石英 SiO2 と炭素の混合物を電気で加熱して炭化ケイ素を生成します。

元素 C と Si が力を合わせて、炭化ケイ素を多くの優れた化学的および物理的特性を持つ材料にしています。

優れた化学的不活性

高硬度

高強度

低熱膨張係数

高熱伝導率

半導体の種類

純粋な炭化ケイ素は一種の透明な結晶です。工業用炭化ケイ素は、不純物の種類と含有量により、淡い黄色、緑、青、さらには黒になります。一方、透明度は純度によって異なります。炭化ケイ素の結晶構造は、六方晶または菱面体晶のα-SiCと立方晶のβ-SiC（立方晶炭化ケイ素）に分けられます。α-SiC は、C と Si の積層構造が異なるため、多くの異なるバリアントを構成します。SiCの種類は70種類以上。

炭化ケイ素材料の一般的な用途は、炭化ケイ素セラミックスです。高硬度、高耐食性、高温強度の特徴があります。今日、炭化ケイ素の用途は、初期の研磨剤から、ベアリング、半導体、航空宇宙、化学などの多くの分野に発展しました。化学物質とマイクロチャネルの内壁との間の接触面積が大きいため、マイクロリアクターには内壁の材料に関する非常に厳しい要件があります。マイクロチャネル反応器も、炭化ケイ素の重要な用途になっています。