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窒化ケイ素についての概要、用途、原理などをご説明します。また、窒化ケイ素のメーカー20社一覧や企業ランキングも掲載しておりますので是非ご覧ください。窒化ケイ素関連企業の2024年8月注目ランキングは1位:メルク株式会社、2位:UBE株式会社、3位:株式会社高純度化学研究所となっています。
窒化ケイ素 (英: Silicon nitride) とは、無臭の白～灰色の粉末です。
窒化ケイ素の主要な化学組成は、四窒化三ケイ素 (Si3N4) となっており、別名、シリコンナイトライドなどとも呼ばれます。分子量は140.28で、CAS番号は12033-89-5です。1857年にアンリ・エティエンヌ・サント・クレール・ドヴィルとフリードリッヒ・ヴェーラーによって最初に報告されました。
窒化ケイ素は、高温構造材料として、特に熱のかかる過酷な環境で使用される部品に活用されています。具体的には、「エンジン」「ガスタービン」「溶接機のトーチノズル」「燃焼器部品」などの材料として使用されています。
窒化ケイ素は他にも、高い耐摩耗性と機械強度を利用して、「成形型部品」「鋳造部品」「ダイカスト機部品」「溶接機部品」「分級機・気流式粉砕機・ビーズミル等の粉砕機部品」「モーターシャフト等の耐摩耗部品」「ステージ部品」「リニアモータ等の半導体製造装置部品」などと幅広く利用されています。
窒化ケイ素は、高温下での強度が強いことが特徴です。不活性雰囲気下で約1,900℃まで安定で、光や衝撃に対して化学的に安定かつ、自己重合性もありません。また、高靱性で、熱膨張率が低く、耐熱衝撃性が極めて高い物質でもあります。
窒化ケイ素は、フッ酸・塩酸・硝酸などには侵されますが、溶融金属には侵されにくい性質をもちます。また、窒化ケイ素は、約1,400℃まで安定していますが、約1,400℃～1,500℃においては、α型と呼ばれる低温安定相からβ型と呼ばれる高温安定相へと相転移が起こります。
窒化ケイ素は、α相、β相、γ相の3種類の結晶多形を持ち、α相とβ相が常圧相、γ相は高圧相です。α相とβ相が、主に材料開発の対象となっています。γ相は高圧および高温下でのみ合成でき、硬度は35GPaです。
α相とβ相の窒化ケイ素は、それぞれ三方晶 (ピアソン記号hP28、空間群P31c、No.159) と六方晶 (ピアソン記号hP14、空間群P63、No.173) 構造を持ち、SiN4四面体の頂点を共有する形で構築されています。それらは、配列ABAB...あるいはABCDABCD...のケイ素原子と窒素原子の層からなると見なすことができます。α相の窒化ケイ素は、β相よりも積層間隔が大きく硬度も高くなりますが、化学的にはβ相より不安定になります。
γ相の窒化ケイ素は立方晶構造で、文献では立方晶の窒化ホウ素 (c-BN) と同様に扱われることがよくあります。2つのケイ素原子がそれぞれ6個の窒素原子を八面体に配位させ、1個のケイ素原子が4個の窒素原子を四面体に配位するスピネル型構造を有しています。
窒化ケイ素は、工業的には、圧縮ケイ素粉末を直接、窒素またはアンモニア気流中で高温で反応させるといった「直接窒化法」によって製造されています。この他にも、二酸化ケイ素と炭素の混合粉末を、窒素またはアンモニア気流中で、高温で反応させる「シリカ還元法」や、ハロゲン化ケイ素またはモノシランを、高温でアンモニアと反応させる「気相合成法」によっても生成されます。
窒化ケイ素は、毒物及び劇物取締法や消防法、化学物質排出把握管理促進法 (PRTR法) のいずれにも指定はありません。労働安全衛生法では、「名称等を通知すべき有害物」に該当します。
取扱い及び保管上の注意は、下記の通りです。
参考文献
https://www.sigmaaldrich.com/JP/ja/product/aldrich/334103
https://labchem-wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0102-0228.html
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
2024年8月の注目ランキングベスト10
注目ランキング導出方法| 順位 | 会社名 | クリックシェア |
|---|---|---|
| 1 | メルク株式会社 |
13.2%
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| 2 | UBE株式会社 |
11.3%
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| 3 | 株式会社高純度化学研究所 |
11.3%
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| 4 | 株式会社燃焼合成 |
7.5%
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| 5 | 小原化工株式会社 |
7.5%
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| 6 | デンカ株式会社 |
7.5%
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| 7 | 株式会社太平洋テック |
7.5%
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| 8 | 富士フイルム和光純薬株式会社 |
7.5%
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| 9 | 信濃電気製錬株式会社 |
7.5%
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| 10 | 関谷理化株式会社 |
5.7%
|
注目ランキング導出方法について
注目ランキングは、2024年8月の窒化ケイ素ページ内でのクリックシェアを基に算出しています。クリックシェアは、対象期間内の全企業の総クリック数を各企業のクリック数で割った値を指します。社員数の規模
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