炭化ケイ素は何に使われるのか？

炭化ケイ素には多くの用途があり、研磨剤、セラミックパウダー、防弾装甲などの形がある。

ケイ素と炭素の結晶性化合物であるカーボランダム（SiC）は、既知の物質の中で最も硬いもののひとつであり、さまざまな産業で役立つユニークな特性を備えている。

研磨剤

炭化ケイ素は硬くて脆いため、効果的な研磨材となる。この材料には、粗いものから研削作業用の非常に細かいものまで、さまざまな粒度のものがあり、粗いものは最初の研削作業で大量のストックを除去するのに使われ、細かいものはワークの表面を研磨して滑らかな仕上げを作るのに使われる。

研磨性炭化ケイ素は、自動車のブレーキや防弾チョッキに使われるセラミックプレートなど、高い耐久性が要求される製品に使われている。さらに、この材料は炭素繊維強化炭化ケイ素（CFRC）のような複合材料にも見られます。

耐火物

炭化ケイ素は耐火物製造に欠かせない原料です。安定した化学的特性、高い熱伝導性、小さな熱膨張係数、優れた耐摩耗性により、ベルト研磨材、サンドペーパー、砥石車、オイルストーン工具、単結晶シリコン/多結晶シリコン工作機械などの高温耐性研磨材を製造するための理想的な材料となります。

金属は非常に硬く脆いが、熱的・機械的安定性が高い。炭素原子と酸素原子に囲まれたケイ素原子で構成されているため、熱や機械的ストレスに強く、融点も高い。

純粋な炭化ケイ素は無色であるが、工業用グレードは、鉄、アルミニウム、窒素、遊離炭素の含有により、褐色から黒色まで様々な色を呈する。例えば、n型炭化ケイ素には窒素やリンをドープし、p型炭化ケイ素にはアルミニウム、ホウ素、ガリウムをドープすることができる。

防弾アーマー

炭化ケイ素は地球上で最も硬い素材のひとつである。そのため、警察官や軍人が着用する防弾チョッキに最適で、熱にも強いという特性を持っている。

このようなセラミック素材は強度が高いことでよく知られている。さらに、セラミックは熱と電気の伝導性に優れているため、パワー・トランジスターのような電子用途に最適だ。さらに、耐食性も利点のひとつだ。

純粋な炭化ケイ素は多層構造を有し、様々な多型または品種が存在し、それぞれが独自の物理的特性を与える積層順序によって区別される。

モアッサナイトは合成的に産出され、自然界にはほとんど存在しない。モアッサナイトは電気自動車に不可欠な役割を果たしている。高温に耐えるモアッサナイトの能力により、重量、コスト、複雑さを増す能動的な冷却システムを減らしながら、自動車のエネルギー効率を高めることができるからだ。

半導体

炭化ケイ素セラミックスは、耐摩耗部品、耐熱用耐火物、熱膨張抑制用耐火物、高温・高電圧で動作する半導体電子デバイスなど、機械的強度と熱的強度の両方が要求される用途に使用される汎用性の高い非酸化物系セラミックスです。炭化ケイ素の硬度はこれらの用途に適しており、熱伝導率は耐熱材料として有効である。例えば、研磨材、耐摩耗部品、耐熱用耐火物、高温または高電圧で動作する半導体電子機器などである。

結晶性炭化ケイ素は、4個のケイ素原子と4個の炭素原子からなる2つの一次配位四面体を形成する共有結合原子からなる密に詰まった構造を形成し、驚異的な硬度と強度を与える。残念ながら水やアルコールには溶けないが、ほとんどの有機酸や無機酸・塩には耐性がある（フッ化水素酸やフッ化酸は例外）。

炭化ケイ素半導体はバンドギャップが広いため、同等のシリコン（Si）半導体よりもはるかに小型で効率的なデバイスが可能であり、電気自動車のパワーエレクトロニクスや工業プロセスのデジタル化プロセスに使用される可能性がある。