炭化ケイ素の特性と用途

炭化ケイ素は優れた耐火材料であるだけではありません。また、研削材、防食材、熱伝導材としてもよく使用されます。炭化ケイ素の主な化学物質は SiC であり、別名カーボランダムとも呼ばれます。多くの優れた特性が得られます。

工業製品に使われている炭化ケイ素は、自然界にはほとんど存在しない2200～2500℃の高温で人工的に合成されています。合成炭化ケイ素の主原料はケイ砂（シリカ）、石油コークスであり、副原料はおがくず、塩などです。ケイ砂の元素は炭化ケイ素のケイ素となるSiO2です。石油コークスの元素は C で、炭化ケイ素に炭素を供給します。補助材料は製錬反応プロセスには関与せず、木材チップの役割は炉装入物の浸透性を高めることです。食卓塩は緑色の炭化ケイ素の製錬時にのみ添加されるため、緑色に見えます。 

炭化ケイ素は色によって分類され、黒色の炭化ケイ素と緑色の炭化ケイ素が含まれます。純度と硬度によって異なります。黒色の炭化ケイ素の純度は、緑色の炭化ケイ素の純度よりわずかに低くなります。ブラックカーボランダムのSiC含有量は98%以上です。グリーンカーボランダムはSiC純度99%以上です。どちらも炭化ケイ素結晶のα相です。

緑色と黒色の炭化ケイ素には、次の共通の特性があります。

緑色と黒色の炭化ケイ素には、次の共通の特性があります。

1. 高温における化学的安定性:

炭化ケイ素は融点が非常に高く、耐高温性に優れているため、高温環境下でも安定した物理的・化学的性質を維持できます。炭化ケイ素は1400℃の温度では酸化せず、代わりに結晶の表面に二酸化ケイ素の薄膜の層を形成します。その結果、薄膜は炭化ケイ素の外観にもカラフルな虹色の光沢を与えます。

2.優れた高温耐性:

炭化ケイ素は融点が非常に高く、1800 ～ 1900 ℃、下流温度 2300 ℃の高温に耐えることができます。また、炭化ケイ素は高温での強度と耐衝撃性にも優れているため、一般的に使用される耐火材料となっています。鉄鋼生産において。

3.高硬度:

炭化ケイ素は非常に高い硬度を持ち、ダイヤモンドよりも低いだけです。これにより、炭化ケイ素は摩擦、切削、研削などの分野で優れた耐摩耗性と研削性能を発揮します。モース硬度では、ダイヤモンドの硬度はモース 10.0、緑色の炭化ケイ素の硬度はモース 9.4 ～ 9.5 (ビッカース硬度 33 ～ 34Gpa)、黒色の炭化ケイ素の硬度はモース 9.2 ～ 9.3 (ビッカース硬度 28 ～ 32GPa）。

4.優れた耐食性：

炭化ケイ素は、ほとんどの酸やアルカリに対して優れた耐食性を持っています。強酸や強塩基と反応せず、複雑な温度や化学的環境下でも長期間安定して使用できます。

5.優れた熱伝導性：

炭化ケイ素は熱伝導率が高く、室温での熱伝導率が60～200W/M・Kで、効率よく熱を伝えることができます。そのため、ヒートシンクやヒートシンクなどの熱伝導性材料やコーティングに適しています。

6. 低い熱膨張係数:

炭化ケイ素の熱膨張係数は 3.9 ～ 4.5 x 10-6/℃ であり、耐火製品の製造に使用され、SiC セラミックはクリープや変形が起こりにくいです。

7.優れた断熱性能：

炭化珪素は絶縁性能が高く、高温、高電界条件下でも安定した絶縁性能を維持できます。そのため、電子部品や絶縁材料として多用されており、炭化ケイ素セラミックスの主原料でもあります。

8. かさ密度が低い:

炭化ケイ素の比重は 3.2g/cm3 で、ほとんどの金属やコランダムよりも低いです。

9. 脆性と靭性:

炭化ケイ素は硬度は高いものの、脆性が強く、靱性がやや劣ります。黒色炭化ケイ素の靭性は緑色炭化ケイ素よりも高い。

炭化ケイ素は多くの用途でうまく機能します。これは主に次の側面に適用されます。

1. 研磨材および研磨工具:

炭化ケイ素は耐摩耗性に優れており、研磨製品の製造に広く使用されています。黒色炭化ケイ素は、研削砥石、水サンドペーパー、炭化ケイ素研磨ブラシ、スチールペーパーサンドディスク、繊維研削砥石などの製造に適しています。これらの研磨工具は、金属、合金、木材、および通常のガラスを研削するために使用されます。緑色炭化ケイ素は、樹脂砥石、ダイヤモンド砥石、水研削盤、ホーニングストーン、PVA砥石、ダイヤモンド粘土砥石などの研磨製品の製造に適しています。

2. 研削と研磨:

炭化ケイ素は研磨剤として、大理石、花崗岩、チタン合金、銅合金のサンドブラストや不動態化に広く使用できます。一般的な用途は、炭化タングステン硬質合金のエッジ不動態化処理です。炭化ケイ素粉末は、合金やセラミック製品を水で研削して理想的な表面粗さを実現する両面研削盤に使用されます。さらに、炭化ケイ素は、ローリンググラインダーの研削媒体として、砥石やクルミ砂と併用して、ステンレス鋼、合金、翡翠のワークピースのバリ取りと研磨を行うことができます。

3. セラミック製品:

炭化ケイ素は、セラミックシール、セラミックベアリング、セラミックパイプ、炭化ケイ素ノズルなどのさまざまなセラミック製品の製造に使用できます。また、発泡セラミック、冶金用炭化ケイ素セラミックフィルター膜、ディーゼル微粒子トラップセラミック膜の製造にも使用できます。 、防弾セラミック プレート、炭化ケイ素、炭化ホウ素複合セラミック、およびその他の工業用セラミックの製造によく使用されます。

4. 耐火物:

炭化ケイ素は、耐火レンガ、炭化ケイ素るつぼ、炭化ケイ素炉の装入物、その他の製品の製造に使用でき、鉄鋼産業の生産において重要な役割を果たしています。

5. コーティング産業:

炭化ケイ素は耐摩耗性、耐食性に優れています。テフロンノンスティック（テフロン）コーティング、UVコーティング、フッ素ポリマーへの添加剤として機能します。この添加剤は、コーティングの耐酸化性と耐食性を大幅に向上させます。

6. 電子機器:

炭化ケイ素は、優れた熱伝導性と高温安定性を備えています。電子ヒートシンク、電子パッケージング材料、パワー半導体デバイスなどの製造に適しています。
また、SiCは化学産業、航空宇宙、自動車製造などの分野でも広く使用され、重要な役割を果たしています。