世界が発展へと進むにつれ、イノベーションはあらゆる場所で起こっています。高度な加工方法の導入により、特殊なタイプのセラミックが産業界で主流となっています。この記事では、最も需要が高く、他に類を見ないセラミック、すなわちテクニカルセラミックについて解説します。
テクニカルセラミックスとは何ですか？
テクニカルセラミックスは、様々な名称で知られる高度なセラミックスの一種です。アドバンストセラミックスまたは エンジニアリングセラミックス市場には、高性能セラミックや精密セラミックといった用語を使用するメーカーもあります。いずれの用語が使われていても、すべて同じものを指します。
テクニカルセラミックスは、無機セラミック材料として定義されます。O2（酸素）やAI（アルミニウム）などの特殊な元素から構成される高度なセラミックスです。極めて高い機械的、電気的、熱的特性を有し、これらの特性は他の微量元素の添加によって制御可能です。これらの熱的特性と物理的特性の組み合わせにより、他の代替品が使用できない製品に最適な選択肢となります。
工業用セラミックスは、合成材料または天然由来の材料から製造されます。製造工程に必要な原料が高度に精製されているため、先端セラミックスと呼ばれます。原料は粒子の形状とサイズを制御するために慎重に精製されます。様々な産業において、私たちの日常生活で使われる様々な製品の製造に使用されています。
テクニカルセラミックスの材料分類：
高度、技術的、または高性能セラミックは、次のタイプに分類できます。
- 複合材料: 繊維強化材料、非酸化物、酸化物とその他の材料の組み合わせ、および粒子強化材料が含まれます。
- 酸化物: Zr、Be、Al2O3 などの元素が含まれます。
- 非酸化物: 窒化物、炭化物などは非酸化物のカテゴリに分類されます。
先進セラミックスがなぜ人気があるのでしょうか?
世界が発展へと進むにつれ、テクニカルセラミックス、あるいはエンジニアリングセラミックスの需要と範囲も拡大していることは間違いありません。多結晶材料として定義されるこれらのセラミックスは、世界中で非常に人気が高まっています。
これらが需要が高い第一の理由は、様々な用途に新たな機会を創出しているからです。例えば、プラント・機械工学、自動車製造、鋳造、電子機器、繊維製造、医療技術などです。
また、様々な業界における消費者からの要求は年々急速に進化しています。そのため、様々なエンジニアや建設業者は、あらゆるニーズと要件を満たすために、テクニカルセラミックスのような先進的で高品質な材料を求めています。テクニカルセラミックスは、上記の分野に加え、ナノテクノロジーや光学産業にも広く利用されるでしょう。
最後に、テクニカルセラミックや精密セラミックは高度なカスタマイズ性を備えているため、多くの業界で需要が高まっています。専門企業が製造する高品質の精密セラミックは、現在、様々な用途において一般的な材料に取って代わりつつあります。
以前は、企業は通常の 耐火材料 ポリマーが主流でしたが、現在ではテクニカルセラミックスへと大きく移行しつつあります。
テクニカルセラミック材料の重要な特性は何ですか?
テクニカルセラミックスの重要な特性の一部を以下に挙げます。
●圧縮強度
テクニカルセラミックスは圧縮されると非常に高い強度を示します。最低でも4000MPa（メガパスカル）の高荷重に耐えることができます。しかし、ジルコニウムやチタンといった他の材料と比較すると、テクニカルセラミックスがどれほど強力であるかは容易に想像できるでしょう。
●耐摩耗性
高度な精密セラミックやテクニカルセラミックは、高温にも耐えることができます。高温に耐えるだけでなく、機械的特性と電気的特性を効果的に維持することができます。そのため、テクニカルセラミックは、切削工具、炉、ジェットエンジンなど、放熱性の高い様々な用途に使用されています。
●硬度
テクニカルセラミックは、その優れた剛性と硬度により、ハイエンドユーザーの心を掴んでいることは間違いありません。この独自の素材はステンレス鋼の4倍の硬度を誇るため、メーカーはテクニカルセラミックへの注力を強化しています。
●密度
テクニカルセラミックスの密度は2g/ccからあります。密度が低いため、テクニカルセラミックスは様々な用途において他の材料よりも好まれています。ご存知のとおり、密度が低いほど軽量化につながります。密度が低いほど、物質の重量は軽くなります。
●温度能力
データによると、様々な種類の先進セラミックスは1750℃を超える温度に耐えることができます。高温に耐えられることから、超高温材料に分類されます。その高温耐性により、様々なエンジン、タービン、軸受などに使用することができます。
●耐腐食性
テクニカルセラミックスは化学的に安定した材料であることは間違いありません。しかし、なぜでしょうか？その答えは化学結合にあります。ほとんどのテクニカルセラミックス材料（特に酸化物）ではイオン結合が優勢であり、それが材料に優れた耐腐食性を与えています。
●熱伝導性または断熱性
テクニカルセラミックは、様々な熱伝導率や断熱性を有します。これらの特性は、材料の化学組成によって異なります。例えば、一部のテクニカルセラミックは優れた熱伝導性を有しており、このような製品はヒートシンクや熱交換器に最適です。
一方、一部のテクニカルセラミック製品には絶縁性があり、柔軟性とカスタマイズ性に優れています。
その他の重要な特性としては、生体適合性、曲げ強度、金属化、圧電性と動力学、熱衝撃と変動耐性などがあります。
テクニカルセラミックスと伝統的なセラミックスの違い
それぞれの独自の特性について見てきましたので、次にこれらの先進素材が従来のセラミックとどのように異なるのかを見てみましょう。これら2種類のセラミックの用途と製造プロセスは大きく異なり、それぞれに独自の利点があります。以下では、その違いについて詳しく見ていきましょう。
1. 構成：
テクニカルセラミックスと従来のセラミックスの主な違いは組成です。テクニカルセラミックスの配合材料は、主に酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの様々な炭化物、酸化物、窒化物であり、さらに多くの合成材料も含まれています。
伝統的な陶磁器の製造と加工には、さまざまな種類の原材料（シリカ、粘土、長石など）が使用されます。
2. パフォーマンス：
工業用セラミックと従来のセラミックのもう一つの大きな違いは、その性能です。従来のセラミックは限られた用途にしか使用されていません。例えば、中程度の電気絶縁材などです。しかし、なぜ中程度のプロセスで使用され、ハイエンドの用途では使用されないのでしょうか？
その理由は、従来のセラミックは一般的に低硬度から中硬度であるためです。硬度が低いだけでなく、強度も低く、熱平衡も低いという欠点があります。一方、テクニカルセラミックは独自の特性により、要求の厳しい用途向けに設計されています。
3. 処理：
最後に、先端セラミックスは加工方法においても従来のセラミックスとは大きく異なります。従来のセラミックスは通常、鋳造などの基本的な方法で成形し、高温で焼成して最終的な形状に仕上げます。一方、高性能セラミックスは特殊な技術を必要とします。これらの方法は業界によって異なりますが、一般的な方法としては精密機械加工や粉末成形などが挙げられます。
結論:
テクニカルセラミックスは、無機非金属物質とみなされます。これらの先進セラミックスの様々な産業への応用は、間違いなく日々拡大しています。その独自の特性により、世界中で大きな需要があります。メーカーやハイエンドユーザーは、その独自の特性を活かして、一般的な材料の代替としてセラミックスを使用しています。