一般的なエンジニアリング・セラミック材料の簡単な分析

エンジニアリング・セラミックスとは、構造セラミックス、機能セラミックス、セラミック基複合材料など、工学技術分野で応用されるあらゆる種類のセラミックスの総称を指します。 耐熱性、耐摩耗性、耐食性、化学的安定性、電気的、熱的、光学的、磁気的などのユニークな機能を持つエンジニアリング・セラミックスは、新素材の分野で非常に重要な地位を占めています。 以下に、一般的なエンジニアリング・セラミックス材料とその応用例を簡単に紹介します。

酸化アルミニウム・セラミックス

アルミナセラミックスは、最も広く研究・応用されているエンジニアリングセラミックスの一つで、高融点（2050 ℃）、高硬度（hra）、90～92、絶縁性能は良好で、体積抵抗率は1015 Ω、cm）と高く 、化学的安定性なども良好です。高温構造材料、耐摩耗材料、電気絶縁材料、耐薬品性材料として広く使用され、例えば、高温窯炉家具材料、耐摩耗ライニングと研磨体、電気真空シェルとセラミック基板、高温排ガス浄化セラミック膜材料、ケミカルセラミック、透明セラミック電子製品レンズカバー、耐摩耗コーティングなど。

高性能アルミナセラミックスの調製の鍵は、原料粉末の純度、粒子形態、粒度分布にあり、近年、透明アルミナセラミックスやサファイア結晶の需要の増加に伴い、高純度超微粉またはナノメートルアルミナ粉末の調製技術が急速に発展している。透明アルミナセラミックスは、純度4N、粒径100nm以下の高純度超微粉から調製され、サファイア結晶の成長には純度5Nまでが要求される。

ジルコニアセラミックス

あらゆる種類の金属酸化物セラミックスの中で、ジルコニアは最も高温安定性が高く、セラミックコーティングや高温耐火製品に最適です。 ジルコニアの熱伝導率は一般的なセラミック材料の中で最も低く、熱膨張係数は金属材料の熱膨張率に近いです。

ジルコニア・セラミックスの相変化強靭化特性は、プラスチック・セラミックスのホットな研究テーマとなっており、優れた機械的および熱物理的特性は、金属マトリックス複合材料の優れた補強相となっている。 現在、ジルコニア・セラミックスは、様々な金属酸化物セラミックスの使用において、アルミナ・セラミックスに次ぐ地位を占めている。

部分安定化ジルコニア（PSZ、セラミックスはしばしば原料として3％ω酸化イットリウム安定化ジルコニアナノ粉末を取る）セラミックスは現在、セラミック材料の中で最も高い強度と靭性を持つ。PSZセラミックスは、結晶粒径が細かく、高強度、高靭性、高耐摩耗性（通常アルミナセラミックスの5～10倍）を有し、良好な自己潤滑性を示します。 耐摩耗性構造材料として、研磨ミル、ボールミル、ベアリング材料、人工関節、日常使用セラミックカッターなどに広く使用されています。

炭化ケイ素セラミックス

炭化ケイ素セラミックスは、ケイ素と炭素が共有結合してダイヤモンドと似た四面体構造を形成するため、高強度、高硬度、耐酸化性、耐食性に優れています。炭化ケイ素セラミックスは、その調製プロセスの違いにより、さまざまな特性や応用分野があり、優れた特性から高温構造材料、耐火物、メカニカルシール耐摩耗材料、耐酸・耐アルカリ耐食材料、高温熱交換材料などに利用されています。

窒化ケイ素セラミックス

窒化ケイ素（Si3N4）セラミックスは、非酸化物系セラミックスの中で急速に発展したエンジニアリングセラミックスの一種です。ケイ素と窒素の共有結合によって形成される四面体構造単位[SiN4]により、高強度、高硬度、耐酸化性、耐食性に優れたセラミックスとなります。 窒化ケイ素には、粒状のα-Si3N4とピンプリズム状のβ-Si3N4の2つの結晶形があります。そのため、窒化ケイ素セラミックスは炭化ケイ素セラミックスよりも高い強度と靭性を持ち、研削媒体セラミック工具、ベアリング、その他高い強度と靭性を必要とするセラミック製品の製造に適しています。

窒化ケイ素セラミックスは優れた赤色硬度を持ち、特に高速CNC工作機械での高速切削や研削に適しています。

石英セラミック

石英セラミックスは溶融石英セラミックスとも呼ばれ、熱膨張率が低く、耐熱衝撃性に優れ、伝統的な石英セラミックスの成形とグラウトのほかに、近年開発されたゲル射出成形技術も応用され、ガラス水平強化ローラー、浮遊ガラスキルンゲートレンガなどの大型石英セラミックスの製造に成功している。

石英セラミックスの応用分野は、冶金、電気、ガラス、航空、太陽光発電などである。また、単結晶シリコン、多結晶シリコンの溶解るつぼ、ミサイルのレドームなどにも広く使われています。

窒化アルミニウムセラミックス

窒化アルミナセラミックスは一種のセラミック材料で、熱伝導率が高く、絶縁性があります。高強度、高硬度、高耐熱性という特徴を持っています。高純度、安定した性能、微粒子で粒度分布が狭く、少量の焼結助剤（ナノメートル酸化イットリウム）を含む窒化アルミニウム粉末と熱間プレス焼結プロセスの組み合わせは、高熱伝導性窒化アルミニウムセラミックスの調製に理想的な技術ソリューションです。

窒化ホウ素セラミックス

窒化ホウ素（BN）には、六方晶窒化ホウ素と立方晶窒化ホウ素という2つの典型的な結晶構造があります。 現在、六方晶窒化ホウ素セラミックスは主に高温絶縁材料、高度な口紅充填剤、潤滑材料（ホットプレス金型の離型剤など）、金属溶解用るつぼに使用され、立方晶窒化ホウ素セラミックスは主に切削工具、研磨剤、研磨材に使用されています。

六方晶窒化ホウ素は白色で黒鉛に似た構造を持ち、低硬度、潤滑性など黒鉛と類似した多くの特性を持っています。 六方晶窒化ホウ素はセラミック材料の中でも熱伝導率が非常に高い材料の一つで、熱伝導率は石英の10倍、熱伝導率の高いホットプレス製品（ホットプレス窒化ホウ素など）の熱伝導率は33W/M.立方晶窒化ホウ素はダイヤモンドに似た構造を持ち、現在ダイヤモンドに次ぐ硬度を持つ超硬材料である。