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シリコンカーバイド
メーカー19社一覧【2024年】

シリコンカーバイドについての概要、用途、原理などをご説明します。また、シリコンカーバイドのメーカー19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。シリコンカーバイド関連企業の2024年10月注目ランキングは1位:株式会社NTKセラテック、2位:シグマアルドリッチジャパン合同会社、3位:株式会社レゾナックとなっています。

シリコンカーバイドとは？
シリコンカーバイドのメーカー19社一覧
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シリコンカーバイドとは

シリコンカーバイド (英: silicon carbide) とは、ケイ素 (Si) と炭素 (C) で構成される炭化ケイ素 (SiC) のことです。

隕石中に存在する以外に、天然には存在しません。高硬度や耐摩耗性に優れているため、研磨剤や耐火物など幅広く使用されています。純粋なシリコンカーバイドは無色透明ですが、工業用は黒色が一般的です。

特に高純度のシリコンカーバイドは、従来のシリコン半導体を超えるパワー半導体の材料として開発が進められており、注目されています。

シリコンカーバイドの使用用途

シリコンカーバイドの特徴として、高硬度、耐摩耗性、高熱伝導性、耐食性などが挙げられます。メカニカルシール、シャフトなどの摺動部品だけでなく、分級機などの粉砕機部品に加えて、高温試験機、金属溶融用のるつぼのような耐熱部品に利用可能です。

また、近年は電源の変換効率が従来の半導体より高いパワー半導体 (SiCパワー半導体) の材料として注目されています。SiCパワー半導体は、HEV (ハイブリッド車) にも使用されています。

シリコンカーバイドの性質

シリコンカーバイドは水に不溶です。液体にはならず、2,545°Cで昇華し、2,800°C以上で熱分解します。モース硬さは9.5であり、ダイヤモンドや炭化ホウ素に次いで硬いです。屈折率は2.65と大きいため、大きな結晶は鏡のように輝きます。

純粋なシリコンカーバイドは無色透明です。工業製品は緑色や黒色を呈し、製造の環境を清浄にすると色は薄くなります。シリコンカーバイドの着色は、アルミニウムや窒素のような元素が、結晶格子に入り込むためです。結晶の電気抵抗は薄い色ほど高くなり、発熱体の原料では緑色が用いられています。

シリコン原子は炭素原子よりも大きいです。そのためC＜SiC＜Siの順で原子間距離が広がり、熱伝導率は小さくなり、柔らかくなります。

シリコンカーバイドの構造

シリコンカーバイドのCとSiは、周期表上で同じ14族に属しています。共有結合性ですが、電気陰性度が異なるためイオン性も有します。したがって、安定に1対1の定比化合物として存在します。モル質量は40.097g/molで、密度は3.22g/cm³です。

一方の原子の周囲に他方の原子が四面体型に配置され、層構造の繰り返しパターンによって、200種類以上が存在します。基本的には、六方晶系のα型と立方晶系のβ型に分けられます。

電気炉で2,100°C以上にコークスとけい石を熱すると、α型のシリコンカーバイドの粉末を生成可能です。アルゴン気流中でカーボンブラックとケイ素を1,800°Cに加熱するとβ型が生じます。

シリコンカーバイドのその他情報

1. シリコンカーバイドの歴史

1891年にアメリカのエドワード・グッドリッチ・アチソン (英: Edward Goodrich Acheson) が、コークスと粘土の混合物を炭素弧光灯で熱して製造しました。これをきっかけにカーボランダム社 (英: Carborundum Abrasives Co.) が設立され、工業的に製造されるようになったため、カーボランダム (英: Carborundum) と呼ばれる場合もあります。

1905年にアリゾナ州の隕石中で、フェルディナン・フレデリック・アンリ・モアッサン (英: Ferdinand Frédéric Henri Moissan) がシリコンカーバイドを発見しました。鉱物学上、モアッサン石 (英: Moissanite) とも呼ばれます。

2. シリコンカーバイドの反応

シリコンカーバイドは化学的に不活性です。水、酸、アルカリに溶けず、王水や熱濃硝酸とも反応せず、N₂、H₂、COなどとも反応しません。大気中で800°C以上で酸化しますが、表面にSiO₂が生じ、保護被膜として酸化を遅くします。Cl₂と800°C以上で反応し、CとSiCl₄が生成します。