炭化ケイ素セラミックスは、半導体、高温、腐食性の産業環境で広く使用されている。その中でも, 反応結合炭化ケイ素(SiSiC) そして 無加圧焼結炭化ケイ素(SSiC) は、根本的に異なる2つの材料系を表している。どちらもSiCをベースにしているが 組成、微細構造、性能限界、コスト構造 は有意に異なる。.
素材構成
SiSiC(反応結合炭化ケイ素)
SiSiCは、多孔質カーボンまたはSiC-カーボンプリフォームに溶融シリコンを浸透させることによって製造される。浸潤中、シリコンは炭素と反応して二次的なSiCを形成し、一方、SiCの一部は炭素と反応して二次的なSiCを形成する。 フリーシリコンは最終構造に残る.
典型的な組成(重量比):
SiC: ≧ 83%
フリーSi: ≤ 16%
遊離シリコンの存在は、緻密化と寸法安定性を向上させるが、材料の上限温度と腐食限界を規定する。.
SSiC(無加圧焼結炭化ケイ素)
SSiCは高純度SiC粉末から製造され、外圧をかけない固体焼結によって緻密化される。得られた微細構造は ほぼ100% SiC, 粒界がきれいで、遊離シリコン相がない。.
典型的な純度:
SiC含有量: ≈ 99%
物理的および機械的特性
密度と気孔率
SiSiC: 密度 ≥ 3.02 g/cm³、気孔率 ≤ 0.3%
SSiC: 密度≈ 3.15 g/cm³、開気孔率ほぼゼロ
より高い密度と純度により、SSiCは過酷な条件下でも優れた機械的信頼性を発揮する。.
強度と弾性特性
| プロパティ | SiSiC | SSiC |
| 曲げ強さ(20) | ≥ 250 MPa | ≈ 450 MPa |
| 曲げ強さ(1200) | ≥ 280 MPa | 高い強度を維持 |
| 弾性率 | ≥ 300 GPa | ≈ 430 GPa |
| 破壊靭性 | - | ≈ 4 MPa-m¹ᐟ |
| ポアソン比 | - | 0.14 |
熱性能
| プロパティ | SiSiC | SSiC |
| 熱伝導率(25) | ≥ 140 W/m-K | ≈ 110 W/m-K |
| 熱膨張係数 | (4.5 ± 0.5) ×10-⁶ /K | ≈ 4.0 ×10-⁶ /K |
| 最高使用温度 | ~1350 °C | >1600 °C |
| 融点 | - | ~2800 °C |
| 比熱 | - | 0.8 J/g-K |
電気的特性
| プロパティ | SSiC |
| 誘電率 (1 MHz) | ≈ 10 |
| 誘電損失(1MHz) | ≈ 0.001 |
| 絶縁耐力 | ~1 × 10⁶ V/cm |
| 電気抵抗率 | 10⁷-10⁹ Ω-cm |
代表的なアプリケーション
SiSiCアプリケーション
半導体サセプターとサポートプレート
窯道具とローラー部品
熱交換器
大型構造部品
SSiCアプリケーション
高級メカニカルシール
高温半導体プロセス部品
腐食性の強い化学環境
航空宇宙および高信頼性システム