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非金属·無機材料「セラミックス」素材のワンポイント講座


セラミックスとは

セラミックとは原料のことであり、セラミックスとはセラミックを使用して作られた物をいいます。
しかし最近では定義が曖昧で、両方同じ意味で使われることもあります。
もともとは陶磁器を意味していて、最近は耐火物、ガラス、セメントを含む非金属·無機材料をさして使用されることが多くなっています。
そのようなことから、現在ではセラミックスは、「非金属·無機材料で、その製造工程において高温処理を受けたもの」となります。

オールドセラミックスとファインセラミックスの違い

それは主に原料とその作り方です。
オールドセラミックスは粘土、長石、陶石などの天然鉱物を用いて混合し、成形、焼成しています。
それに対し、ファインセラミックスは、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などを使います。
これらの原料を混ぜ、目的とする性質を持つ物質にすることができたのです。
また、配合された原料は複雑な工程を経て、高度な寸法精度、また高機能を備えた製品となります。
精選または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よく制御された成形·焼結加工法によってつくられた高精密なセラミックスということができます。

セラミックスの長所と短所

セラミックスは、樹脂や金属よりも前から存在する材料です。
しかし、樹脂や金属よりも使用されている割合は少ないです。
その理由はセラミックスの特徴にあります。
セラミックスは、その長所として耐熱性・耐摩耗性・耐腐食性の点において他の材料よりも優れていますが、最大の短所として脆さがあります。
機械的衝撃や急激な温度の変化に弱く、工業用部品の材料としては不向きな特徴があります。
ところが、この弱点を克服したセラミックも近年登場しています。

種類

◆エンジニアリングセラミックス
産業機械用高機能材料です。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、耐熱性セラミック材料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・耐蝕性に優れています。
比重が大きく、低熱伝導率があります。
カッターの刃に使われる他、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高い屈折率を持つことから、宝飾品としても用いられています。

◆窒化珪素 Si3N4
高温での状況で高強度を誇ります。
セラミックの中でも曲げ強さは最も強い材料です。
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してしまうため、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、耐蝕性に優れた材料です。
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等の一般的な工作機械と工具で容易に切削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、加工性は悪く、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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