炭化ケイ素
ここでいう「工業的」とは、一度に10トンの単位で作られ、製品が最高純度ではないという意味の、19世紀末以来の量産方法である。
図2の左は、炉の長さ方向の断面で、10 mよりは長い。左右端部の黒いものは黒鉛電極で、それらを結ぶ黒まだらは黒鉛の粉、その上下は、珪石、コークス他の原料である。
電極に電圧をかけると、黒鉛粉が発熱して周囲の原料を加熱する。1,500°Cを越えると微細な3Cが生成しはじめ、昇温とともに3Cは消え、4H、6H、15Rなどが発達するが、この環境では、2,200°C以上でそれらは分解して黒鉛の粉を残す。反応は SiO2+3C→SiC+2CO でまとめられる。
電圧を切ったあとの横方向の断面が図2の右である。同心円の中心部の黒鉛粉はSiCが分解した分だけ太り、その外側に(斜線を付けた)SiCの塊がチクワ状に生成する。その外側は温度が1,500°Cくらいにしか上がらなかった3Cの薄い層、その又外側は反応しなかった原料で、未反応物は次の操炉の原料に混ぜる。 SiCの塊は、中心から外側へ放射状に発達した結晶粒の集まりで、通気性に富む。
炉に原料や黒鉛粉を積む → 通電する → 停めて冷す → SiC塊を取出すの各工程の長さは、数日ずつである。この炭化ケイ素の製造には多量の電力が必要で、安価な電力が得られる立地で行われることが多い。 製品の塊から不純物を除き、粉砕し、さらに不純物を除き、粒度ごとに篩い分け、製品にする。
日本では唯一鹿児島県の屋久島で屋久島電工が炭化ケイ素の生産を行っている。屋久島電工は屋久島の豊富な水量を活かして自社で水力発電を行っており、大量の電力を自ら賄うことができている。
その場合、図の右端に斜線をつけた(<)と(>)の二通りの並べかたがあり、この(<)か(>)かが炭化ケイ素に多くの結晶多形(ポリタイプ)を作ることになる。第1層は(<)の向きに描いてある。
斜線つき正三角形の(<)か(>)かのいずれかで第2層を並べてゆく。第2層の頂点は、斜線つき正三角形の中央、すなわち、図で"<"の記号、あるいは">"の記号を囲んだ白丸の所になり、そこが第3層を積む足場になる。以下同様......。
第1層の底面 → 第1層の頂点(兼第2層の底面) → 第2層の頂点(兼第3層の底面)、と原子をたどると、(<)で積む場合は一様に右上がりに、(>)で積む場合は右上がりだったのが左上がりに折れる。そして、図の">"の記号を囲んだ白丸の真下には第1層の底面の原子がある。すなわち、(<)の向きの第1層に(>)の向きの第2層を重ね、その上にまた(<)の向きの第3層というふうに(<)(>)(<)(>)(<)(>)......と積むと、原子はジグザグを描いて上がり、2層が一周期になる。この結晶は六方晶系の(hexagonal)対称性を持つから、2Hと記号し、また、(<)が1つ、(>)が1つだから、ジグザグを11と書く。つぎに、(<)(<)(<)(<)......と積むと3層が一周期になり、立方晶系の(cubic)対称性を持つから、3Cと記号する。