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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
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○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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