セラミックス


1.セラミックスとは

セラミックスとは粘土を焼いた物のことです。
身近にあるものとして、湯飲み、茶碗など
セラミックスのルーツは古代の焼き物!
約1万年前の縄文土器が日本で最初のセラミックスその後、
稲栽培技術と一緒に弥生式土器が大陸から移入縄文土器と弥生式の土器の材質の違いは焼き物の焼成温度
縄文 土 器 …焼成温度800℃程度で、比較的もろい
弥生式土器…焼成温度1000℃程度で、硬質粘土は温度を高くするとより硬質な物になります。

2.焼き物は結晶体の集合体

人工材料のセラミックス(アルミナ)を薄くスライスし、顕微鏡で見るとFig.1のように、多角形の結晶の粒の集合体であることがわかります。この粒の集合体を多結晶体といいます。

(Fig.1)


強い強度を持つセラミックスを作るためには、空隙・空孔の少なくできるような工夫をしながら焼きしめを行います。

3.ファインセラミックとは


「高度に精選された原料を用い、精密に制御された化学組成を持ち、
よく制御された製造技術により製造・加工され、よく設計された構造と優れた特性を持ったセラッミクス。」

4.ファインセラミックの定義


1980年代に通産省は、熱機関用セラミックスの開発を推進し、このセラミックスをファインセラミックスと名付けました。高純度の合成原料粉末を使用し、焼結体の組成を厳密に制御して製造されるセラミックス。

セラミックスを作る方法は セラミックスは粉末状の原料(粉体)を加熱し、焼きしめて製造します。この焼きしめることを焼結(シンタリング)といいます。


(Fig.2)


●粉体の焼きしめ(焼結) Fig.2 焼成時には、なんと30〜40%体積が減少します。 プラグのような製品を作るうえで大変なことは、焼き上げたときの寸法を最終製品のサイズに近づけることです。これには相当の技術と経験が必要となります。原料の粉末粒が合体しながら、同時に隙間も消失する。

焼きしまりの原理 Fig.3にに示すように、 2個の粉末球を接触させて加熱させた場合、粉末球の表面は、「丸くなろう、丸くなろう」とする力(表面張力)が働きます。 表面には圧縮力が働き、2つの粉末球の接点には互いに引き込もうとする力が働き、 2個の粉末球全体の表面積が小さくなるように一体化が進行します。 これが焼きしまりの原理です。

●焼きしまりの原理 また、セラミックを製造するにおいて、一定の温度で効率的に焼きしまりを速く進行させるためには、小さな粒と一定の粒径でなくてはなりません。

(Fig.3)

5.セラミックを飴のようにのばす?


1985年、名古屋工業技術研究所によって、 もろい素材であるセラミックスを金属のように曲げたり、 伸ばしたり、変形加工できると表明。 金属のように曲げたり伸ばしたりできることを、 セラミックス業界では可塑性といいます。例えば、 冬の時期に千歳飴を曲げようとすると折れてしまいますが、 夏ならば自由自在に曲げることができます。

(fig.4)


Fig.4はジルコニアのセラミックを1450℃に加熱しながらゆっくりと引き伸ばしたもので、 アメの様に伸ばすことができます。 また、ジルコニアの板を高温で型に押しつけるとことで成形することもできます。