複合材料の充填剤としてのグリーンシリコンカーバイドの役割
グリーンシリコンカーバイドは、高い硬度、優れた熱伝導性、良好な化学的安定性、そして耐摩耗性で知られています。複合材料(ポリマー、金属、セラミックスなどの複合材料)にフィラーとして添加することで、マトリックス材料全体の性能を大幅に向上させます。
その主な利点は次のようにまとめられます。
1. 硬度と耐摩耗性を大幅に向上
作用機序:緑色炭化ケイ素のモース硬度は9.2~9.3で、ダイヤモンドと炭化ホウ素に次ぐ硬さです。その粒子をより柔らかいマトリックス材料(エポキシ樹脂、ナイロン、ゴム、アルミニウム合金など)に均一に分散させることで、材料内に埋め込まれた無数の微細な「鎧」のようなバリアを形成します。
効果:複合材料の表面における傷、摩耗、塑性変形に対する耐性が大幅に向上します。これにより、以下のような高い耐摩耗性が求められる用途に最適です。
耐摩耗性ライナー、シュート、インペラー

ブレーキパッド、クラッチプレート(摩擦係数と耐摩耗性の向上)
高性能タイヤ(タイヤの耐摩耗性と耐用年数を向上させる補強充填剤として使用)
2. 大幅に向上した機械的特性
作用機序: 硬い緑色の炭化ケイ素粒子が強化相として機能し、材料に加えられた応力を効果的に伝達および分散させ、マトリックス材料の変形や亀裂の伝播を抑制します。
効果:複合材料の圧縮強度、曲げ強度、剛性、寸法安定性が大幅に向上します。ただし、一般的に脆性も増加するため、用途に応じて添加率と粒度分布を調整する必要があります。
3. 優れた熱特性の向上
高い熱伝導率:グリーンシリコンカーバイドは非常に高い熱伝導率(約100~140 W/m·K)を有します。ポリマーなどの熱伝導率の低い材料に添加することで、複合材料の熱伝導率を大幅に向上させることができます。
用途: 電子部品からの熱を放散させるために、電子パッケージング材料、熱伝導性シリコーン、熱伝導性プラスチックなどの材料に使用されます。
低熱膨張係数:グリーンシリコンカーバイドは熱膨張係数が非常に低いため、高熱膨張マトリックス(樹脂や金属など)と複合することで、材料全体の熱膨張係数を低減し、温度変動に対する製品の寸法安定性を高めることができます。
用途: 精密機器、光学プラットフォーム、熱変形の影響を受けやすいその他の機器のコンポーネント。
4. 摩擦性能の向上
作用機序: 摩擦材(ブレーキパッドなど)において、グリーンシリコンカーバイドは耐摩耗性研磨材として機能し、安定した摩擦係数を実現します。
効果: 摩擦面を清潔に保ち、滑りを防ぎ、安定した信頼性と耐久性のある摩擦係数を提供し、ブレーキ性能の低下を防ぎます。
5. その他の機能
化学的安定性: グリーンシリコンカーバイドは酸およびアルカリに耐性があり、腐食性環境における複合材料の耐久性を向上させます。
加工性: 場合によっては、硬質粒子を添加すると加工ツールの摩耗が増加する可能性がありますが、材料の研削性や研磨性も向上する可能性があります。
アプリケーションの概要
耐摩耗製品:泥水ポンプ部品、鉱山機械ライナー、農業機械用耐摩耗部品。
摩擦材: 高性能自動車用ブレーキパッドおよびクラッチフェーシング。
熱伝導性材料:LED ヒートシンク基板、CPU サーマルペースト、パワーモジュールの梱包材。
構造部品: 高い剛性、低い熱変形、ある程度の耐摩耗性が求められる航空宇宙および自動車部品。
特殊コーティングおよびセラミック: 耐摩耗性および耐腐食性のコーティングや構造用セラミックの製造に使用されます。