セラミックスの種類

セラミックスの種類

セラミックスの種類はシリカ、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化ケイ素などに代表される。

シリカ

シリカ(SiO2)は実用ガラスや光ファイバーとして使われる。機械材料としては、イオン交換をさせて表面に圧縮応力を作り出した強化ガラスや熔解

アルミナ

アルミナ(Al2O3)は、強い化学結合を持つイオン性結晶であるので、化学的にも物理的にもきわめて高い安定性を持つ。製造しやすいために比較的安価であり、耐熱性、高硬度、耐食性、生体適合性などに優れた特性を持つ代表的なセラミックスである。アルミナセラミックスの耐熱、耐食、電気絶縁部品のため、IC基盤、半導体製造装置、耐火物、点火プラグなどに使われる。

ジルコニア

ジルコニア(ZrO2)はイオン性結晶であり、高い融点を持ち、耐熱性、高強度を有する。MgOやY2O3を添加してすべての温度範囲で立方晶にしたものが安定化ジルコニアである。MgOやY2O3の添加量を抑制して破壊靭性を向上させたものが、部分安定化ジルコニアである。部分安定化ジルコニアで作られた工具は、アルミナ系よりも高強度・高靭性であるが、鉄系合金に対して著しく摩耗しやすい。

炭化珪素

炭化珪素(SiC)は、物理的にも化学的にも安定で、高硬度、高温高強度、耐食性など優れた性質を持つ代表的なセラミックスである。研摩・研削材料としての用途がある。高い熱伝導率と低い熱膨張係数のために、耐熱衝撃性にも優れる。SiとCの共有結合はきわめて強固であるので、難焼結性である。耐摩耗性部材、発熱体ヒータ、電極、常圧焼結によるメカニカルシール、軸受などがある。

窒化珪素

窒化珪素(Si3N4)は共有結合性の強い結晶であって、物理的にも化学的にも非常に安定である。電気的に絶縁体であることと、熱伝導率が低いことがSiCと大きく異なる点である。セラミックスの中でも、高温における強度や靭性、耐熱衝撃性などに優れ、エンジン部材として利用を検討されている。射出成形でロータを成形し、金属シャフトとはロウづけして製造したターボチャージャロータや、セラミックボールに使用したボールベアリングに用いられている。
サイアロン(Si-Al-O-N)を含む窒化珪素系工具は、高強度、高靭性、耐熱衝撃性に優れているが、耐摩耗性は若干劣る。超耐熱合金などの難切削材の切削に適している。鉄系合金の切削には、SiがFeと反応するために不向きである。