セラミックスとは
セラミックスは金属・プラスチック素材を除いた材料を指します。
陶磁器や耐火物、ガラス、セメントを含む非金属の無機材料はセラミックスです。
この4種類のセラミックスはオールドセラミックスに分類され、粘土・長石・陶石などの天然鉱物を使って作られています。
これに対して、高純度の天然原料や人工原料、天然には存在しない化合物で形成されたのがファインセラミックスです。
精選・合成された原料粉末を用いて、精密に調整された化学組成を成形·焼結加工によって実現した高い寸法精度、物性を備えたセラミックスです。
オールドセラミックスは、金属素材やプラスチック素材よりも古くからある素材ですが、部品加工において使われる割合は高くありません。
その理由はオールドセラミックスの特徴にあります。
オールドセラミックスは、耐熱性・耐摩耗性・耐腐食性の点において優れていますが、脆く欠けやすい特徴があります。
衝撃や急激な温度の変化に弱く、工業用部品の素材としては不向きであるため、使用される機会は滅多にありません。
これらの弱点を克服し、より多くの場面で使用できるように改良されたのが下記で紹介するファインセラミックスです。
セラミックスの種類
エンジニアリングセラミックス
産業機械用の高機能素材です。耐熱性・耐摩耗性・耐薬品性に優れ、高靭性・高剛性があります。
エンジン、電子部品、ガスタービン、半導体装置、ヒーター部品、レーザー部品などに使われています。
アルミナ Al2O3
正式名称は酸化アルミニウムで、セラミックスの中で代表的な材料です。
耐熱・耐摩耗・電気絶縁性に優れており、価格も安価で供給量も多く、大量生産に適しています。
ジルコニア ZrO2
融点が2700℃と高く、耐熱性セラミック素材として使用されています。
熱膨張率が金属に近く、金属との接合に適しており、 耐薬品性・耐食性に優れています。
比重が大きく、低熱伝導率の素材です。
カッターの刃に使われるほか、導電性を利用した静電気対策製品や摺動部・搬送部・高靭性部材などに使われます。
透明でダイヤモンドに近い光屈折率を持つことから、宝飾品としても使用されています
窒化珪素 Si3N4
高温での状況で高強度を誇ります。
セラミックスの中でも曲げ強さが強い素材です。
耐熱衝撃性、耐摩耗性・耐蝕性にも優れています。
塩酸、硝酸、フッ素などに侵されますが溶融金属には侵されにくい性質があります。
窒化アルミ AIN
塩酸、硫酸、硝酸などの一般的な酸や塩基に侵されることはありません。
粉末状態だと水と反応するため、粉末は乾燥した環境に保管する必要があります。
熱伝導率は、金属素材並の大きさです。
炭化珪素 SiC
耐熱性、耐久性、耐摩耗性、耐蝕性に優れた素材です。
高温(1400℃以上)にしたときの機械的強度の劣化が小さいのも炭化珪素の特徴です。
半導体の製造材料等に使用されています。
マシナブルセラミック
従来のセラミックスと異なり、旋盤やマシニングセンタなどの一般的な工作機械と切削工具で容易に切削加工を行うことができます。
材料を切削加工→焼成→後加工するといった長く困難な方法を採る必要がなく、短納期、高精密加工品の製作に適しています。
しかし、一般の樹脂や金属に比べれば硬くて脆く欠けやすいため、加工性は低く、加工時間も長くなります。
耐薬品性、耐熱性、電気絶縁性に優れており、断熱部品や医療用機器、化学機器等に使用されています。
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