セラミックスって何だろう?

1.セラミックスとは

☆セラミックスのイメージ:「粉を固めて、焼いた物。そして脆い。」
身近な製品:陶磁器、セメント、石膏、ガラス、煉瓦
→オールドセラミックスと呼ぶ。
☆それに対して、ニューセラミックスとは
オールドセラミックスニューセラミックス
原料天然原料(粘土や土)高純度化学薬品
生産行程経験的複雑、精密な生産行程
物質酸化物酸化物の他に非酸化物


☆セラミックスの定義
狭義:原料粉を高温で焼き固めた焼結体
、 広義:単結晶、ガラス、薄膜も含める

即ち、セラミックスとは
「高温を経て合成された固体の無機化合物」
☆用途によるセラミックスの分類
構造用セラミックス
機能性セラミックス
その他



2.構造用セラミックス

セラミックスの持つ「優れた機械的性質」を利用
セラミックスの代表例アルミナと金属(ステンレス鋼)との比較
特徴アルミナ(Al2O3) ステンレス鋼
高強度100 kgf/mm250 kgf/mm2
高硬度2000 kg/mm2200 kgf/mm2
耐熱性1000℃以上使用可600℃まで
耐食性500℃でもok200℃で腐食
耐摩耗性高い低い
軽量性3.9 g/cm37.8 g/cm3
  
その他にも構造用セラミックスとして
ジルコニア(ZrO2)、炭化珪素(SiC)、窒化珪素(Si3N4)、ダイヤモンド(C)
具体的な用途は
自動車用エンジン部品:高熱効率、高出力、高耐久性、排気中有害成分減少
切削工具:冷却不要、長い寿命、高精度加工が可能
飛行機・宇宙船用被覆材:高温高強度、断熱性、耐熱衝撃性




3.機能性セラミックス

セラミックスの「光学的、電気的、磁気的、化学的、熱的特性」を利用
高温超伝導セラミックス:YBa2Cu3Ox(100K)
半導体
光透過セラミックス:石英グラスファイバー

エネルギー変換セラミックス
変換
実例
@電気エネルギー → 熱エネルギー発熱体 LaCrO3
A電気エネルギー → 機械エネルギー圧電体 Pb(Zr,Ti)O3
B熱エネルギー → 電気エネルギー赤外線センサ Pb5Ge3O11
C光エネルギー → 電気エネルギー太陽電池 Si
D電気エネルギー → 光エネルギー発光ダイオード
E化学エネルギー → 電気エネルギー燃料電池 ZrO2



4.構造用かつ機能性セラミックス

バイオセラミックス(生体用セラミックス)
セラミックス:高い生体親和性と優れた機械的性質
人工骨、人工歯根としてとして利用
生体親和性:毒性がない。
     生体内で生体組織との間に反応を生ずる。
      骨と化学的な結合をする能力を示している。
水酸アパタイト(Ca10(PO4)6(OH)2、以下HAp)
特徴@天然骨を構成する主成分→生体親和性は非常に高い
   (天然骨は、HApやコラーゲンから成る複合体)
  AHApは生体内に徐々に溶解。
   溶解した化学成分をもとに生体組織が天然骨を育成。
   最終的に人工骨は天然骨に置換。
  B多孔体
   セラミックス中に分散する直径数10ミクロンの孔の中に、
   骨芽細胞などの生体組織が侵入し、結合組織を形成する。



5.将来

現在、いろいろなセラミックスの物性や機能が見つけられている。
セラミックスの性質には、まだまだ発見されていないことも多くある。
例(セラミックス超伝導体の発見)


新物質の合成方法を研究
+種々の性質が出現する原理を解明することが必要。
→セラミックスの分野はこれから解明されべき部分、
そして未開拓の部分が広がっている。

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