セラミックス

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伊万里焼の皿
高電圧用セラミック碍子

セラミックス またはセラミック英語: Ceramic(s))とは、広義には陶磁器全般であるが、狭義では、基本成分が金属酸化物で、高温での熱処理によって焼き固めた焼結体を指す。近年では、シリコンのような半導体や、炭化物窒化物ホウ化物などの無機化合物の成形体、粉末、膜など無機固体材料の総称として用いられている。

概要[編集]

セラミックスの語源は、ギリシャ語の「keramos」(粘土を焼き固めたもの)と言われている。

セラミックスは次のような性質を持っている。

ただし、上記のようにセラミックスと呼ばれる物質群は、極めて広汎で、その特性も様々であり、上記の性質が必ずしも当てはまらないものもある。

歴史[編集]

古くは土器に始まる。日本においては、縄文式土器弥生式土器に始まり、時代を経て陶器磁器へと発展し、近年では、光触媒機能をもったセラミックス繊維も開発されている。

日本におけるセラミックスの名称[編集]

昔、日本では可塑性の合成樹脂材料をプラスチックと呼び、その製品をプラスチックスと区別していたように、セラミックスも、材料をセラミック、製品をセラミックスと呼んでいた。だが、最近では、両者の区別があいまいになっている。 一般的には伝統的なガラス陶磁器製品とは区別されて、1980年代以降はファインセラミックスに相当するものを「セラミックス」と呼ぶことが多い。

なお、英語のセラミック(ceramic)は物質名詞としてよりも、「陶器の」、「陶芸の」という意味の形容詞として用いられる例の方が多く、本項のように各種の製品を総称する場合はセラミックス(ceramics)が正しい。しかし、日本では、この意味においても1文字短いセラミックという語が広く使われている。

セラミックスの用途[編集]

セラミックスの種類[編集]

窒化ケイ素の成形品

セラミックスは、組成の面から、以下に分類される。

主なファインセラミックス[編集]

チタン酸バリウムのセラミック(袋入り)
フェライト磁石

製造方法[編集]

原料調合 => 成形 => 乾燥・仮焼 => 華飾・施釉 => 焼成 => 仕上げ加工

主な成形方法[編集]

成形とは、原料を焼き固める(焼結)前に、形を整える工程である。完成品の用途に応じてさまざまな成形方法を使い分ける。

乾式成形[編集]

  • 一軸加圧成形(金型成形)

粉体(原料)を金型に入れて、加圧し成形する方法。量産性が非常によく、もっとも一般的な方法である。作成される成形体の密度は不均一で、密度が均一な成形体を求める場合には適さない。また、得られる成形体の形は、単純な形状に限られる。

  • CIP(冷間静水圧成形)

ゴム型に粉体を充填して、静水圧を印加して成形する方法。作成される成形体の密度は均一で、一軸加圧成形の欠点を克服しているが、設備に高いコストがかかる。

  • HP(ホットプレス)、HIP(熱間静水圧成形)

HPとは、焼結を伴いながら一軸加圧成形である。HIPとは焼結を伴いながら静水圧で成形する方法である。

塑性成形[編集]

  • ろくろ成形

杯土(原料)を回転台の上に乗せ、回転させながら、形を整える方法である。設備は簡単であるが、量産性はない。皿やつぼなどの少量生産の製品や、芸術品を作るときに用いられる。

ところてんのように、杯土を口金を通じて押し出して成形する方法である。連続生産が可能で、棒状やパイプ状・ハニカム状の製品を作る場合に用いられる。成形体に、配向が残るという欠点がある。

  • 射出成形

原料に樹脂を混ぜて、可塑性を持たせ、金型に射出して成形する方法。複雑形状の成形体を作ることができ、密度は均一で、寸法精度も良い。一方、脱脂工程(加熱して樹脂を除く工程)で二酸化炭素が排出されたり、脱脂時間が長く、多くのエネルギーを要するため、環境に悪い成形方法とも言われる。(プラスチックの射出成形については、射出成形を参照)

鋳込み成形[編集]

  • 泥漿(でいしょう)鋳込み

泥漿を型に流し込み、着肉後、排泥するか、そのまま固化して成形体を得る方法。簡単な設備で複雑な形状の成形体が得られる。生産性が悪い、寸法精度が悪いという欠点がある。

  • 加圧鋳込み

加圧した泥漿を流し込んで着肉速度を速め、生産性を高めた方法。

  • 回転鋳込み

遠心力を用いて着肉速度を速めた方法。高密度で、均質な成形体が得られる。得られる成形体は円筒形である。

テープ成形[編集]

  • ドクターブレード法

原料と有機溶剤を混ぜて泥漿をつくり、ブレードと呼ばれる刃状部品で厚さを調整しながら、うすい板状に成形する方法。生産性がよく、多層構造体をもった成形体を作ることができるため、積層コンデンサーなどの電子部品を作成する際に使われる。工程の中で、板状に成形した泥漿に熱風を当てて有機溶媒を気化させ、乾燥させる。気化した有機溶媒は、有害であり、それを処理する設備が必要になるため、設備に高いコストがかかる。また、設備を運用する上で、作業員の健康や周辺環境の汚染に留意する必要がある。有機溶剤の代わりに、無害な溶剤を用いる研究もされているが、たとえば水を用いると、水は有機溶剤に比べて気化しにくく、乾燥させる工程で生産性が著しく落ちるなどの問題がある。(ドクターブレード法のドクターは、人名)

主なセラミックスメーカー[編集]

日本[編集]

参考文献[編集]

外部リンク[編集]

関連項目[編集]