黒色炭化ケイ素の製品紹介と応用
黒色シリコンカーバイド（略称：黒色炭化ケイ素）は、石英砂と石油コークスを主原料とし、抵抗炉で高温で製錬して得られる人工非金属材料です。外観は黒灰色または暗黒色で、硬度が非常に高く、熱伝導性と化学的安定性に優れています。優れた工業原料であり、研磨材、耐火物、冶金、セラミックス、エレクトロニクスなどの分野で広く使用されています。
Ⅰ. 黒色炭化ケイ素の性能特性
モース硬度黒色炭化ケイ素熱伝導率は9.2と高く、ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素に次ぐ高強度で、耐摩耗性と耐衝撃性が非常に優れています。融点は約2700℃で、高温環境下でも構造安定性を維持し、分解や変形が起こりにくい特性を持っています。また、熱伝導率に優れ、熱膨張係数も低いため、高温高圧下でも優れた熱衝撃安定性を示します。
化学的性質の面では、黒色炭化ケイ素は酸やアルカリに対する優れた耐腐食性を有し、特に過酷な環境下での工業用途に適しています。また、高い導電性により、一部の電熱材料や半導体分野の代替材料としても活用されています。
Ⅱ. 主な製品形態と仕様
黒色炭化ケイ素は、粒子サイズや用途に応じてさまざまな形状にすることができます。
ブロック材料: 製錬後の大きな結晶。再処理や冶金添加剤としてよく使用されます。
粒状砂（F砂/P砂）：研削砥石、サンドブラスト研磨材、サンドペーパーなどの製造に使用されます。
マイクロパウダー（W、Dシリーズ）：超精密研削、研磨、セラミック焼結などに使用されます。
ナノレベルの微細粉末：高級電子セラミックス、熱伝導性複合材料などに使用されます。
粒子サイズはF16からF1200までの範囲で、マイクロパウダーの粒子サイズはナノメートルレベルに達することができ、さまざまな応用分野の技術要件に応じてカスタマイズできます。
Ⅲ. 黒色炭化ケイ素の主な用途分野
1. 研磨材と研削工具
研磨材は、黒色炭化ケイ素の最も伝統的かつ最も広く使用されている応用分野です。高い硬度と自己発刃特性を活かし、黒色炭化ケイ素は、研削ホイール、カッティングディスク、サンドペーパー、研削ヘッド、研削ペーストなど、鋳鉄、鋼、非鉄金属、セラミック、ガラス、石英、セメント製品などの材料の研削・加工に適した様々な研磨製品の製造に使用されています。
研削速度が速く、目詰まりしにくく、加工効率が高いという利点があり、金属加工、機械製造、建築装飾などの業界で広く使用されています。
2. 耐火材料
黒色炭化ケイ素は、その高温安定性と耐腐食性により、高温耐火材料の分野で広く使用されています。炭化ケイ素煉瓦、炉内張り、るつぼ、熱電対保護管、窯道具、ノズル、羽口煉瓦などに加工することができ、冶金、非鉄金属、電力、ガラス、セメントなどの高温産業において、設備寿命の延長と運転安全性の向上に広く利用されています。
さらに、炭化ケイ素材料は高温酸化雰囲気中で優れた抗酸化特性を有しており、高炉、溶鉱炉などの装置の主要部品に使用するのに適しています。
3. 冶金産業
製鋼や鋳造などの冶金プロセスにおいて、黒色炭化ケイ素は脱酸剤、保温剤、加炭剤として使用されます。炭素含有量が高く、放熱性に優れているため、製錬効率を効果的に向上させ、溶鋼の品質向上に寄与します。同時に、製錬プロセスにおける不純物含有量を低減し、溶鋼の清浄化にも役立ちます。
一部の製鉄所では、コストを節約し、鋳物の性能を向上させるために、鋳鉄やダクタイル鋳鉄の製錬において組成を調整するために一定の割合の炭化ケイ素を添加しています。
4. セラミックスおよび電子材料
黒色炭化ケイ素は機能性セラミックスの重要な原料でもあり、構造用セラミックス、耐摩耗性セラミックス、熱伝導性セラミックスなどの製造に利用されており、電子、化学工業、機械などの分野で幅広い用途が期待されています。優れた熱伝導率を有し、最大120W/m·Kの熱伝導率を達成し、熱伝導性放熱材料、熱界面材料、LED放熱部品などに広く利用されています。
さらに、炭化ケイ素は徐々にパワー半導体分野に進出し、高温・高電圧デバイスの基本材料となっています。黒色炭化ケイ素の純度は緑色炭化ケイ素よりもわずかに低いものの、一部の中低電圧電子製品にも使用されています。
5. 太陽光発電および新エネルギー産業
黒色炭化ケイ素粉末は、太陽光発電産業におけるシリコンウェハの切断に広く使用されています。ダイヤモンドワイヤー切断工程の研磨剤として、高硬度、強靭性、耐摩耗性などの利点があります。切断切断力、損失が少なく、切断面が滑らかで、シリコンウェーハの切断効率と歩留まりが向上し、ウェーハの損失率と生産コストが削減されます。
新エネルギー・新素材技術の継続的な発展に伴い、炭化ケイ素はリチウム電池の負極添加剤やセラミック膜キャリアなどの新興分野向けにも開発されています。
Ⅳ. まとめと展望
ブラックシリコンカーバイドは、その優れた機械的特性、熱的特性、化学的特性により、多くの産業分野で不可欠な役割を果たしています。製造技術の継続的な進歩、製品の粒度制御、純度精製、そして応用分野の継続的な拡大により、ブラックシリコンカーバイドは高性能と高精度を目指して進化を続けています。
今後、新エネルギー、電子セラミック、ハイエンドなどの産業が急速に台頭し、研削 スマート製造の進展に伴い、黒色炭化ケイ素はハイエンド製造分野でますます重要な役割を果たし、先進材料技術システムの中核構成要素となるでしょう。