炭化ケイ素の密度

一般にカーボランダムまたはSiCと呼ばれる炭化ケイ素は、多くの用途を持つ硬質セラミック材料である。この万能な物質は、研磨剤として機能し、ワイドバンドギャップ半導体特性を持ち、構造セラミック部品に加工することもできる。

製造には、加圧下でのポリシロキサンの反応と熱分解、粉末状への粉砕、固体形状を形成するための焼結、最終的な微細構造を形成するための粉砕が含まれる。各工程は、この最終材料を製造する上で不可欠な役割を担っており、使用する成形方法によって結果が異なり、これらは微細構造に大きく影響する。

理論密度

炭化ケイ素の緻密な組成は、化学的、熱的、機械的応力に対する耐性において重要な役割を果たします。優れた硬度と熱伝導性を持つ炭化ケイ素は、高性能で応力の大きい用途に最適な材料です。

密度の高い材料は、腐食や摩耗に対する耐性が高い傾向にある。さらに、膨張・収縮率が低いため、極端な温度変化にも耐えることができ、電気・ガスシステムに最適です。

SiCは放射線耐性も高く、他の半導体と比べてバンドギャップが非常に大きいため、同種の半導体と比べてはるかに高い温度、電圧、周波数での動作が可能である。そのためSiCは、発電、航空宇宙、自動車用など、さまざまな電子機器や産業用アプリケーションで使用されている。

SiCの高密度を達成することは、大型部品にとって困難なことです。しかし、ランプ圧縮技術により、理論密度の98%まで均一な密度を達成することが可能になった。このプロセスでは、炭化ケイ素を主成分とし、ホウ素を含む添加剤を加えたサブミクロンサイズの混合粉末を均一に分散させ、この混合粉末をグリーンボディに成形した後、制御された雰囲気条件下で1900℃～2100℃で焼結します。

ホウ素含有添加剤は、粒界に偏析することなく安全に緻密化するために、炭化ケイ素100重量部に対して元素状ホウ素1重量部に相当する量を粉末混合時に添加する必要がある。

物理的密度

炭化ケイ素（C-Si）は、炭素（C）とケイ素（Si）からなる人工材料である。炭化ケイ素のモース硬度は、炭化ホウ素の9に次いで2番目に硬く、優れた強度、耐摩耗性、耐食性を備えています。実際、フッ化水素酸や硫酸にさらされても腐食することなく、さらに水やアルカリを含むほとんどの化学薬品でも溶かすことができません！さらに、アルカリを含むほとんどの化学物質では溶かすことができないのです！炭化ケイ素のエンジニアリング材料としての多用途性は、科学者にも人気があります。

エメリーは、高速切断や研削作業に耐えるだけでなく、研磨ブラストや機械加工用途にも使用できるため、その耐久性と費用対効果の高さから、現代の宝石細工に広く利用されている。さらに、研削および研磨コンパウンドを製造する際の重要な原材料としての役割も果たしている。

炭化ケイ素は、その卓越した耐久性と耐放射線性により、宇宙技術の主要材料として登場した。そのため、炭化ケイ素で作られたミラーは、ハーシェルやベピコロンボ・ミッションのような最大級の望遠鏡に採用されている。

a-SiCは、シリカと酸素に急速に分解する地球上の挙動とは対照的に、炭素が豊富な太陽系外惑星のマントル条件に対応する広範な条件下で、B1相で安定であることが最近の実験的証拠によって示されている。

化学濃度

一般的にSiCと呼ばれる炭化ケイ素は、ケイ素（原子番号14）と炭素（原子番号6）からなる化学化合物である。虹色の緑色から青みがかった黒色の外観が特徴で、不燃性であり、密度は3.21グラム/立方cm3である。

炭化ケイ素は、隕石、コランダム鉱床、キンバーライト鉱床に天然に限られた量しか存在しないが、電子機器に使用される炭化ケイ素のほとんどは合成で製造されている。エドワード・アッション（Edward Acheson）は1891年、粘土と粉末コークスを電気アーク炉で加熱して人工ダイヤモンドを作ろうとしたときに、初めて炭化ケイ素を合成した。このとき、炭素電極にダイヤモンドに似た明るい緑色の結晶が付着していることに気づき、この結晶を石の種類に似ていることから「モイッサナイト」と名付けた。

SiCは、バンドギャップが非常に広い半導体材料であり、他の半導体材料よりも高温・高電圧での動作が可能です。その優れた熱伝導性により、熱放散が素早く行われる一方、緻密な結晶構造により優れた耐摩耗性を発揮し、切削工具などの用途に最適です。

EAGラボラトリーズは、バルクおよび空間分解分析技術の両方を用いてSiCを分析した豊富な経験を有しています。SiCは、その電気熱特性を変えるために様々な元素をドープすることができるため、半導体の製造に非常に有用な材料です。ドーパントの濃度と空間分布を保証し、望ましくない汚染物質を除去することは、高品質の半導体製品を製造する上で最も重要です。

熱密度

炭化ケイ素は非常に緻密な物質で、入手可能な物質の中で最も硬いもののひとつであり、セラミック材料として優れた耐腐食性を提供するため、電気自動車のアクティブ冷却システムを削減できる可能性がある。

炭化ケイ素(SiC)は、共有結合した淡灰色の固体で、モース硬度はダイヤモンドに匹敵します。SiCは融点が高く、熱伝導率が高く、熱膨張率が低いため、これらの特性を持つ耐火物は理想的な材料です。

炭化ケイ素は、窒素やリンをドープしてn型半導体にしたり、ベリリウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウムをドープしてp型半導体にすることができる。バンドギャップが広いため、標準的なシリコン半導体の3倍の高電圧を扱うことができる。炭化ケイ素は、電子部品材料として幅広く使用されているため、電子デバイス製造に最適な材料となっている。

天然のSiC鉱床は、特定の隕石サンプル、コランダム鉱床およびキンバーライトに存在するが、ほとんどの工業用SiCは合成的に生産されている。SSiCとSiSiCの変種は、その熱特性により、3Dプリンティング、弾道製造、化学製造、エネルギー技術用途、パイプシステム部品などの要求の厳しい条件下で最も頻繁に利用される材料の一つである。純粋な石英よりも密度が高いため、これらの化合物は魅力的な金属代替品となり、純粋な石英の熱特性に匹敵する優れた剛性、硬度、高温耐性を提供し、純粋な石英と高温耐性を比較すると、これらの化合物は魅力的な金属代替品となる。