陶磁器と陶芸

セラミックスは、粘土、鉱物、その他の無機化合物を主原料とし、微粉砕、混合、成形、乾燥、高温焼結といった一連の技術的処理を経て形成される、主にケイ酸アルミニウムを主成分とする緻密な固体です。使用される原料と質感によって、セラミック製品は先端セラミックス（ファインセラミックス）と伝統セラミックスの2つの主要なカテゴリーに分けられます。

伝統陶磁器

伝統陶磁器 陶磁器は、粘土、石英、長石などの天然鉱物原料を原料とし、加工して製品化したものです。一般的には日用陶磁器、建築衛生陶器、工業用陶磁器、装飾美術陶磁器などに用いられます。例えば、食器、茶器、花瓶などの家庭用品、壁や床のタイル、トイレ、洗面台など、絶縁体、薬品容器など、あるいは彫刻や工芸品などに用いられます。その中でも、粘土は焼結時に可塑性と接着性を付与し、石英（SiO2）は硬度と耐摩耗性を高め、熱膨張係数を下げる効果があり、長石（KAlSi3O8 – NaAlSi3O8 – CaAl2Si2O8）は溶融剤として焼結温度を下げ、製品にガラスのような光沢を与えます。その他、特性や色を調整するために、石灰石、ドロマイト、タルクなどを添加することもあります。伝統的な陶磁器は、特定の配合と求められる特性に応じて、幅広い温度で焼結されます。一般的に900つのカテゴリーに分類されます。低温焼成陶磁器（例：陶器）は約1,200℃～1,200℃、中焼成陶磁器は約1,350℃～1,350℃、高温焼成陶磁器（例：磁器）は通常1,400℃以上、場合によってはXNUMX℃まで加熱する必要があります。

伝統陶磁器は比較的硬いですが、ファインセラミックスほど硬くはなく、種類によって密度が異なります。陶器は軽く、磁器は密度が高いため、陶器は吸水性が高く、磁器はほとんど吸水性がありません。耐熱性と機械的強度の面では、伝統陶磁器は耐熱性に優れていますが、急激な温度差により破損する可能性があり、機械的強度は陶磁器の種類や製造プロセスによって中程度から高いものまで様々です。化学的安定性は比較的良好で、ほとんどの酸やアルカリに対して良好な耐性を示します。

一般的に、伝統的なセラミックは製造コストが安く、大量生産が容易で、耐食性と美観に優れ、用途によっては優れた断熱性を発揮し、長い伝統技術と高い文化的価値を有しています。しかし、ファインセラミックと比較すると、伝統的なセラミックは機械的強度と耐摩耗性が低く、熱衝撃や破損の影響を受けやすいという欠点があります。また、製造時のエネルギー消費量が多く、複雑な形状の成形が困難です。

アドバンストセラミックス

アドバンストセラミックステクニカルセラミックス、エンジニアリングセラミックス、高性能セラミックスとも呼ばれる先端セラミックスは、高純度の合成原料と精密に管理された製造プロセスから作られる、優れた特性を持つセラミック材料です。従来のセラミックスと比較すると、先端セラミックスは、組成の選択、製造プロセス、最終製品の性能において大きく異なります。たとえば、酸化物 [アルミナ (Al₂O₃)、ジルコニア (ZrO₂) など] は構造用および機能用セラミックスでよく使用されます。窒化物 [窒化ケイ素 (Si₃N₄) など] は、強度と耐高温性が高いため、高温環境で広く使用されています。炭化物 [炭化ケイ素 (SiC)] は非常に硬く、耐摩耗性に優れており、過酷な条件に適しています。ホウ化物 [炭化ホウ素 (B₄C)、二ホウ化チタン (TiB₂)] は、耐摩耗性と熱安定性に優れています。リン酸塩、フッ化物、その他の特殊化合物などの材料は、特定のニーズに合わせて選択されます。これらの材料は、より高い性能を得るために、純度と粒度分布を確保するために、しばしば精密加工が必要となります。

先端セラミックスの焼結温度は、材料の種類に応じて、一般に従来のセラミックスよりも高くなります。たとえば、アルミナセラミックスの焼結には約 1600 ～ 1800°C、窒化ケイ素セラミックスでは約 1700 ～ 2000°C、炭化ケイ素セラミックスでは約 2000 ～ 2200°C、酸化ジルコニウムセラミックスでは約 1450 ～ 1600°C が必要です。

先端セラミックスは融点が非常に高いため、高密度化を促進し、微細構造を改善するために、ホットプレス焼結、反応焼結、放電プラズマ焼結（SPS）、マイクロ波焼結などの特殊な焼結方法がよく用いられます。その結果、先端セラミックスの高い強度と硬度は金属などの従来の材料をはるかに上回り、特定の先端セラミックス材料（炭化ケイ素など）は密度比重が低いため、軽量設計に適しています。さらに、多くの先端セラミックスは優れた電気絶縁体であり、非常に高温でも安定しているため、航空宇宙およびエンジン部品での使用に適しています。腐食や酸化に対する耐性が高く、ほとんどの化学物質に対して優れた耐性を示します。一部の材料（ハイドロキシアパタイトなど）は生体適合性があり、医療用インプラントに使用できます。圧電性、強誘電性、磁性などの特殊な機能は、電子部品などのハイテク分野で利用できます。

先進セラミックスは、高強度、高硬度、耐摩耗性といった優れた機械的特性、優れた熱安定性と化学的安定性、特定の用途に合わせた物理的・化学的特性のカスタマイズ、長寿命と信頼性、メンテナンスコストの削減、環境に優しく無毒性でリサイクル可能な特性などを備えています。しかしながら、製造プロセスは複雑でコストが高く、脆く壊れやすいため、特定の用途には適用できません。また、特に複雑な形状の部品の加工は困難で、生産規模も比較的小さく、市場での供給も限られています。

全体として、課題はあるものの、先端セラミックスはその優れた性能により多くのハイテク分野で重要な役割を果たしており、技術の進歩に伴って新たな用途へと拡大し続けています。

サプライヤー

先進セラミックス 17年2012月XNUMX日に設立されたnanotrunは、セラミック関連材料および製品の研究開発、生産、加工、販売、技術サービスに注力するハイテク企業です。当社の製品は、炭化ホウ素セラミック製品、窒化ホウ素セラミック製品、炭化ケイ素セラミック製品、窒化ケイ素セラミック製品、二酸化ジルコニウムセラミック製品など多岐にわたります。ご興味のある方は、お気軽にお問い合わせください。(nanotrun@yahoo.com)