炭化ケイ素 - 天体望遠鏡用ミラー材料

炭化ケイ素（カーボランダムとも呼ばれる）は、ケイ素原子と炭素原子からなる無機化学化合物で、自然界ではモアッサナイトとして発見され、研磨剤として1893年から大量生産されている。

SiCは70種類以上の結晶形で存在し、α炭化ケイ素（a-SiC）とβ炭化ケイ素（b-SiC）の2つの多形に分けられる。実験誤差の範囲内で、両形態は10GPaまでの圧力で同時に融解する。

負の傾斜がある

炭化ケイ素は非常に硬く緻密な材料で、様々な用途に使用されている。サンドペーパー、研削砥石、切削工具、自動車部品、自動車用耐火物などの製品に使用されるほか、その硬度と熱膨張率の低さから、炉、キルン、耐火物ライニングの耐火物や天体望遠鏡の鏡の材料としても使用されている。

エドワード・グッドリッチ・アチソンが初めて炭化ケイ素を量産したのは1891年で、粘土と粉末コークス（炭素）の混合物を電気炉で加熱し、"カーボランダム "として知られる青黒い物質を生成した。

5-8GPaの圧力における炭化ケイ素の融解の研究により、炭化ケイ素は研究されたすべての圧力で整合的に融解し、その融解曲線は-44 + 4 K/GPaの負の傾きを持つことが明らかになり、密度汎関数理論が正確に予測した証拠が得られた。

正の傾きを持つ

炭化ケイ素（SiC）は、多くの高温用途で有用な優れた特性を持つ非酸化物セラミック材料です。SiCは、27 GPaまでの多結晶体強度を持つ硬くて非常に強い材料です。さらに、低熱膨張率とともに優れた耐クリープ特性を有しています。

二酸化セラミウム（CeO2）セラミックは、水には溶けないが、溶融アルカリや鉄溶液には溶けるため、耐摩耗性、耐腐食性、耐衝撃性、高圧下での熱膨張性など、あらゆる先端構造セラミックの中で最も硬く、原子炉部品のような高温用途に最適です。

炭化ケイ素（一般にa-SiCと呼ばれる）は、電気自動車のブレーキやクラッチ、防弾チョッキによく使われているほか、不均一系触媒の基質としても使用されている。炭化ケイ素の工業的生産は、パワーエレクトロニクスの高電圧用途で依然として人気がある。

負の温度係数を持つ

炭化ケイ素は二酸化ケイ素としても知られ、ケイ素と炭素からなる硬い化合物で、天然にはモアッサナイトという鉱物として存在するが、1893年以来、研磨材や防弾チョッキのセラミック板材として使用するために粉末や結晶として大量生産されている。大きな単結晶の粒を焼結によって接合し、非常に強靭な構造セラミックスを作ることができる。さらに、合成モアッサナイト宝石として知られる合成モアッサナイト宝石の製造にもよく使用される。炭化ケイ素は半導体としても機能する。窒素やリンをドーピングするとn型材料になり、同様にベリリウム、ホウ素、アルミニウムをドーピングすると、その特性によってp型材料に変化し、ドーピングするとn型半導体材料に変化する。

炭化ケイ素はバンドギャップが広く、電界破壊強度が高いため、非常に高い温度や電圧で動作する電子機器に適している。さらに、耐熱衝撃性に優れているため、広く使用されている。炭化ケイ素は様々な単位胞（立方晶、菱面体晶、六方晶）として存在する。粘土を使用して高密度化すると、ネック成長を抑制することができ、弾性率を低下させるSiO2の形成も防ぐことができる。様々な研究が、密度汎関数理論シミュレーションに基づく第一原理分子動力学シミュレーションを用いて、高圧下での融解挙動を調べている。

正圧係数

炭化ケイ素は非常に硬く、剛性の高いセラミック材料で、高温に耐え、熱膨張率が低く、化学反応に強いという特徴があります。炭化ケイ素は様々なサイズと形状があり、購入用の粒状や大型望遠鏡用のミラーに加工できるウェハーがある。炭化ケイ素の製造方法は、炭素の直接合成から化学蒸着まで多岐にわたる。

ZBとRS SiCのデバイ温度の圧力依存性に関する研究が、3100+40Kから5-8GPaの温度範囲で、急冷実験とその場測定を使って行われた。その結果、常圧ではレーム定数(l,m)はともに正の値を示し、mの偏差が大きくなるにつれて、高圧では電荷移動相互作用を含む非中心多体力の強さが増大し、その結果、SiCの圧縮性が機械的に硬くなることが示唆された。