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あなたの知らない陶磁器の意外な事実
セラミックスは、家庭用の陶器から最先端の航空宇宙部品まで、あらゆるところに存在しています。セラミックというと、壊れやすい食器やタイルを連想する人が多いと思いますが、この素材には、想像をはるかに超える驚くべき特性があります。ここでは、あなたのセラミックスに対する見方を変えるような、セラミックスに関する驚くべき事実をいくつかご紹介します。
セラミックに関する10の驚くべき事実
- 高温でも平気。セラミックスの中には、2,000℃以上の高温でも溶けないものがあります。セラミックのこの性質は、宇宙衛星やジェットエンジンで非常に重要な役割を果たしています。
- 鋼鉄よりも硬い部分がある。炭化ケイ素や炭化ホウ素は、鋼鉄よりも硬い材料のひとつです。ダイヤモンドほど硬くはないが、それに近い。
- 軽量装甲。アルミナと炭化ホウ素という成分を使用したアドバンスト・セラミックスの開発により、軽量ボディアーマーが実現できるようになった。この防護服は、軽さと弾丸をそらす力を兼ね備えている。
- 生体インプラントは身体に優しい。ジルコニア・セラミックとハイドロキシアパタイト・セラミックは、その適合性と硬さから、歯冠、人工関節、骨移植に使用されている。
- これらのセラミックにはシースルータイプがあります。アルミニウム酸窒化物（ALON）と呼ばれる透明セラミックもあり、これはガラスよりも強い特性を持ち、装甲窓や高度な光学システムに適している。
- 電子機器の電源にも使われている。スマートフォン、コンピューター、テレビはすべて、電気抵抗が高いため、コンデンサー、半導体、絶縁体などのセラミック・デバイスを使用している。
- 最も古い人工材料のひとつ。セラミックは、陶器から筆記用具に至るまで、1万年以上にわたって人類によって生産されてきた。
- また、これらの材料をより硬くすることもできる。セラミックスは壊れやすい素材だが、エンジニアリング・セラミックスは耐衝撃性を持たせることができる。そのため、人工セラミックスは宇宙や軍事用途に使用されている。
- 公害対策にも役立っている。セラミック・フィルターは水や空気を浄化し、自動車ではセラミックを使って排気ガスを下げる触媒コンバーターがあります。
- 自己修復能力を持つ材料もある。研究者たちは、セラミック材料の微細なひび割れを修復できる自己修復材料の開発に取り組んでおり、航空機への応用が期待されている。
注：各セラミックが特定の用途で他より好まれる理由について、説明を強化した。詳細については、スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。
アドバンスト・セラミックス：アルミナ、ジルコニア、その他の種類
アルミナ
アルミナ、または酸化アルミニウムは、アドバンスト・セラミックスの分野では一般的な名前です。この化合物は、その硬度、耐摩耗性、電気絶縁性で高く評価されています。高温に強く、炉の部品やその他の耐火物の製造によく使用される。電子産業では、集積回路の製造に使用される安定した基材である。医療分野では、その生体適合性からインプラントが行われている。
ジルコニア
一般に「セラミック鋼」とも呼ばれるジルコニアは、強度、延性、ブレーキや粉砕ができないという魅力的な特性を持っている。非生分解性で比較的高価ですが、ジルコニアは構造用セラミック、歯冠、股関節継手として非常に重要な用途を見出しており、周期的な応力に耐え、連続的な応力に対しても制動や粉砕を起こすことなく十分な強度を有しています。
窒化ホウ素
窒化ホウ素は、高い熱伝導性と高い電気絶縁性を併せ持ち、しばしば「白色黒鉛」と呼ばれる。窒化ホウ素は1000℃まで酸化に強い。金属加工やガラス加工などの高温用途では、潤滑剤や離型剤として機能します。
炭化ホウ素
炭化ホウ素は最も硬い材料のひとつで、装甲メッキ、防弾チョッキ、車両装甲などに使用されています。また、比較的軽量で硬度が高いため、研磨ブラストや切削工具などにも使用されています。
よくある質問
セラミックが医療用インプラントに使われる理由は何ですか？
アルミナやジルコニアなどのセラミックスは生体適合性材料であり、耐食性、非研磨性であるため、インプラントへの応用に適しています。
すべてのセラミックスはもともと脆いのですか？
従来のセラミックは本質的に脆いものですが、最新のセラミックや人工セラミック、特にジルコニアは、脆さを少なくし、靭性を高めるように設計されています。
窒化ホウ素は黒鉛とどう違うのですか？
窒化ホウ素は、グラファイトとは異なり、優れた電気絶縁体です。潤滑性と熱伝導性は同レベルです。
なぜ炭化ホウ素が防具に使われるのですか？
炭化ホウ素は非常に硬く、耐弾性に優れているため、衝撃エネルギーの吸収と放散に非常に優れています。
セラミックスは電気を通しますか？
セラミックスはほとんどが絶縁体ですが、電気をよく通す導電性酸化物があります。
Chin Trento
