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无机化学4月8月.pdf

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無機化学 2013年4月~2013年8月 水曜日1時間目114M講義室 セラミックス・ガラス 担当教員:福井大学大学院工学研究科生物応用化学専攻 教授 前田史郎 E-mail :smaeda@u-fukui.ac.jp URL :http://acbio2.acbio.u-fukui.ac.jp/phychem/maeda/kougi 教科書:アトキンス物理化学(第8版)、東京化学同人 主に8 ・9章を解説するとともに10章・11章・12章を概要する 1 ○セラミックス(ceramics) セラミックスは,人によって造られた「非金属・無機・固体・材料」といえ ます.材料には,無機材料と有機材料(プラスチックスなど)があります が,無機材料の中で金属(鉄や銅など)以外の材料(ガラス,陶磁器な ど)がセラミックスです.陶磁器のように昔から使われている材料であ るが,先端科学・工学技術を支える基盤材料に移行・展開しています. 日本セラミックス協会ホームページ http://www.ceramic.or.jp/ 芝浦工業大学工学部材料工学科永山勝久教授 「セラミックス」 http://www.sic.shibaura-it.ac.jp/~nagayama/ 物質は,大きく有機物と無機物に分けられます.有機物でできた材料を有 機材料,無機物でできた材料を無機材料といいます. ●有機物は,元素としては主に炭素,水素,酸素からできていて,窒素,硫 黄,リンなども含みます.有機物を構成する原子は,共有結合によって強く 結びついています. ●無機物は,金属と非金属に分けられます.金属元素だけからできている ものが金属で,金属結合が特徴です.金属以外の無機物でできた材料が セラミックスです. 2種類以上のセラミックス,金属材料,有機材料が組合わさってできている 材料は「複合材料」と呼ばれています. セラミックスの状態 セラミックスは,その内部の状態,構造(構成原子の並び方)によって次 のように分類できます. ●「ガラス・非晶質(アモルファス)」:原子の並びが,周期性や広い範囲で の規則性をもたない固体. ●「結晶質固体」:原子が,広い範囲を規則正しく一定の周期で配列して いる固体.単結晶体と多結晶体があります. 単結晶体:端から端まで,構成原子が規則正しく並んでいる固体. 多結晶体:細かい単結晶の粒が集まってできている固体.粉体を焼き固 めることによってできる多結晶体は,特に「焼結体」と呼ばれています. ニュ-セラミックスとは? 原料自体を人工的に合成し、高純度かつ微細・均質 化した無機化合物(ファインセラミックス)を精密な製 造・加工工程を用いて焼結したもの ①高温でも硬い,②燃えない,③錆びない,④圧力を加えると電気 を通すなどの優れた機能を有する新しい材料の誕生 ※セラミックス原料・・・ ①高純度(:~99.9%以上) ②粒子径の微細化(0.2μm程度) →粒径の微細化に伴う表面エネルギ-の増大を利用して 焼結性の向上とセラミックス製品自体の緻密化を促進 cf.ファインセラミックス(Fine Ceramics)=微細結晶粒セラミックス セラミックスの構造 ●単結晶体と多結晶体 図:セラミックスの単結晶と多結晶の構造概念図 (通常の材料の単結晶と多結晶構造) (a)単結晶体・・・結晶中の原子配列が連続で、一つの面方位のみ有 する結晶 (ex.半導体Si) (b)多結晶体・・・種々の大きさの結晶粒の集合体で、結晶粒同士の結 合界面には結晶粒界(非整合部分)が形成される 『セラミックス』の定義・・・『非金属無機固体材料』 元素の分類:(1)金属性元素 (ex.Al ,Zr,Ti,Pb など)
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