セラミックス|硬度、耐摩耗、耐熱に優れた錆びない素材

セラミックス

セラミックス(Fine Ceramics)は、硬度、耐摩耗性、耐熱性に優れ、錆に強い素材である。歴史的には、古くから、粘土を焼き固めて、土器や陶磁器などで親しまれてきた。また、耐火レンガ・ガラスなどにも優れている。これらを一般にオールドセラミックス(コンベンショナルセラミックス) という。現在では、ファインセラミックスとして、絶縁体としての碍子や自動車エンジンの点火プラグなどの工業製品へと応用されている。さらに発展させ、耐熱強度材料、電気・磁気・光学などの機能性材料、生体材料などに用いられるようになった。

オールドセラミックス

古代から人類で親しまれてきたセラミックスで、土器、陶磁器、レンガなどが挙げられる。

ファインセラミックス

ファインセラミックスは、オールドセラミックスの技術的延長にあり、現代に使われるセラミックスである。ファインには、「素材について人工的な原料を使用して、各工程において厳密にコントロールして製造する」という意味があり、形状や製造工程を精密に制御することで実現され、原料が人工材で原料の粒子の大きさが非常に微細でコントロールされている。磁性材料、耐熱・発熱体、光学材料、医療、半導体など、さまざまな用途で使われている。

セラミックスの製造法

セラミックスの原料は、陶磁器の焼き物に見られるように粉末状であることが多く、均一に混ぜて、焼き固めて製造が行われる。れを粉末治金ともいうが、現在では気体から製造する方法も用意られている。流動する粘土を型に流し込んで成型する泥漿鋳込み法(スリップキャスト法)、流動する粘土を金型に流し込んで加圧する射出成形法などがある。

セラミックスの性質

セラミックスは耐熱性、耐摩耗性、硬度・脆さ、絶縁性などの性質があげられる。

耐熱性

セラミックスは高い耐熱性を持ち、窒化ケイ素(Si3Na4)や炭化ケイ素(SiC)などのセラミックスは1000℃以上の温度に耐えることができる。また、電気に対して高い抵抗をもつため、発熱体としても利用される。温度変化には弱く、急に温度をあげると、破壊される。(ヒートショック)

もろさ

セラミックスは硬度で耐熱性に優れているが、もろくて欠けやすい。つまり展延性がほとんどないため、引張荷重などにおける強度不足による破壊は、小さな傷などを起点としてき裂が生じる。そのため利用には適材なところが必要である。

硬度

セラミックスサーメットや超硬よりも高い硬度をもち、耐摩耗性にも優れている。一方で硬度が高いために加工が難しく複雑な形状を作ることが困難である。硬度が高いため工具や包丁などにも使われることがあるが、欠けやすいというデメリットもある。

絶縁性

特殊なものを除き、多くのセラミックスは電気を通さない絶縁体である。

エンジニアリングセラミックス

代表的な酸化物系構造用セラミックスとしてはアルミナ、ジルコニア(ZrO2) 、非酸化物としては、窒化ケイ素、炭化ケイ素 (SiC)がある。
ている.

  • シリカ(SiO2
  • アルミナ(A12O3):耐摩耗性
  • ジルコニア(ZrO2):耐摩耗性
  • 炭化けい素(SiC):高温強度性能、高耐摩耗性、高耐食性
  • 窒化けい素(Si3N4):高強度、高剛性、耐摩耗性

セラミックスコーティング

セラミックスコーティングとは、金属に対してセラミックスでCVDやPVDや溶射によってコーティングすることで、一般の金属に任意のセラミックスの性質を付与する表面処理である。本来の金属にもたない、耐摩耗性を向上させることができる。

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