定義
高度なセラミックは、テクニカルセラミックまたはファインセラミックとも呼ばれます。アジアでは、先進的なセラミックは通常、工業用セラミックと呼ばれています。
高度な陶磁器は、陶磁器の食器、衛生陶器、陶磁器の衛生設備、壁のタイル、建築用の床タイルなど、陶器や磁器とはまったく異なります。一般的に、陶器や磁器は伝統的な陶磁器と呼ばれています。
高度なセラミックは、イオン結合と共有結合を組み合わせた非金属元素である無機および固体の材料です。
粉末の組成は、製造プロセスで厳密に管理され、適切な成形方法、焼結システム、精密機械加工プロセスを選択して、完全な物理的特性の材料にします。
先端セラミックは、他の材料に比べて物理的性能が優れているため、半導体、自動車、産業機械などの分野で広く使用されています。
先端セラミック材料の種類
今日、次のような幅広い高度なセラミック材料があります。
アルミナ
(Al2O3)
アルミナセラミックは、最も広く使用されている高度なセラミック材料です。優れた機械的強度、電気絶縁、高周波保持、熱伝導率、耐熱性、耐食性を提供します。
ジルコニア
(ZrO2)
ジルコニアセラミックは、先進的なセラミックの中で最も強く、最も丈夫なセラミック材料です。かつては不可能と考えられていた高性能はさみ、ナイフ、精密ビーズ用の特殊な刃を作成するために使用されます。
ジルコニア強化アルミナ
(ZTA)
アルミナベースのセラミックジルコニア、またはたとえば、アルミナ/ジルコニア複合セラミック
ステアタイト
(MgO•SiO2)
ステアタイトは、高温での電気抵抗が高く、機械的強度が高く、誘電損失係数が非常に低いケイ酸マグネシウム材料であり、電気部品の絶縁体またはエンクロージャとして何十年にもわたって使用されてきました。
さらに、ステアタイトセラミックは、ワッシャー、ブッシング、抵抗器、スペーサーなど、さまざまな形状に容易に成形焼結できるため、電気工学に最適な材料です。
シリコンカーボン
(SiC)
この人工化合物は、ケイ砂と炭素から合成されます。耐熱性、軽量性、耐食性の最高の組み合わせを提供し、高温(1,500℃)でその強度を維持します。
窒化ケイ素
(Si2N4)
先進のセラミック材料の中でも、この軽量で耐食性のある材料は、高温で最高レベルの靭性と耐熱衝撃性を提供し、エンジン部品での使用に最適です。
高度なセラミック材料特性
電気的性質
電気絶縁
高度なセラミックは、電気を通さない絶縁材料です。
誘電性
先端セラミック材料は、コンピュータ、テレビ、携帯電話などの製品に広く使用されているコンデンサや電子部品の製造に欠かせない材料になっています。
コンデンサは、特定の部分に電気を伝導したり、一時的に電気を遮断したり、特定の種類の電気信号のみを遮断したりすることにより、電子回路内の「トラフィックコントローラ」として機能します。
導電率
高度なセラミックは一般に電気を遮断する絶縁材料ですが、半導体セラミックは、その温度と印加される電圧のレベルに応じて電気を伝導するように作成できます。
超伝導
物性
硬度
高度なセラミック材料の特徴は、その極端な硬度です。その結果、これらは高性能アプリケーションで貴重な用途があります。
アルミナセラミックの硬度はステンレス鋼のほぼ3倍です。この極端な硬度は、高度なセラミックを現代技術の「超材料」にする多くのユニークな特性の1つです。
剛性
高度なセラミックは、荷重を加えた後の試験片の弾性を検査することによって測定される高い剛性を備えています。
セラミックは、荷重下での弾性変形が少ない材料であり、より高いレベルの剛性を備えています。
破壊靭性
破壊靭性は、亀裂のある材料の破壊に対する耐性を測定します。
高度なセラミック材料は一般に破壊靭性が低いですが、はさみやナイフなどの製品に使用される部分的に安定化されたジルコニアは、破壊靭性を大幅に改善します。
比重(密度)
高度なセラミック材料は、高強度金属よりも比重(密度)が低くなっています。同じ体積内で、多くの高度なセラミック材料は金属の半分しか重くありません。
化学的性質
高度なセラミック材料は、高レベルの化学的安定性を備えています。その結果、高度なセラミック材料は化学腐食に対して非常に耐性があります。
化学物質—塩酸、硫酸、硝酸、水酸化ナトリウム、フッ化水素酸など。結果を分析し、比較的大量に溶解した材料は化学物質に対してより敏感であると判断されました。
熱特性
耐熱性
レンガやタイルなどの従来のセラミック材料は、高温に耐える能力でよく知られています。アルミナセラミックは、金属材料の融点よりはるかに高い1,800℃を超える温度で溶融または分解し始めます。
熱膨張
低熱膨張
材料が加熱されると、熱膨張と呼ばれる現象で、材料のサイズと体積が少しずつ増加します。熱膨張係数比は、1℃の温度上昇あたりの材料の膨張量を示します。材料が異なれば、熱膨張も異なります。高度なセラミック材料の熱膨張係数は低く、ステンレス鋼の半分未満です。
熱伝導率
材料を透過する熱の特性は、熱伝導率と呼ばれます。
高度なセラミック材料は、幅広い熱伝導率を提供します。
高度なセラミック材料の中には、高レベルの導電性を持ち、熱をよく伝達するものもあれば、低レベルの導電性を持ち、熱をあまり伝達しないものもあります。
炭化ケイ素は熱を特によく伝達しますが、ジルコニアセラミックは熱を効果的に遮断し、熱伝導率は低く、ステンレス鋼の約1/10です。
高度なセラミック製造プロセス
原材料の粉砕と混合、噴霧と乾燥
高度なセラミック(「テクニカルセラミック」とも呼ばれます)の製造に使用される原材料には、純度、粒子サイズ、および分布が正確に制御された無機固体粉末が含まれます。これらの原材料は、特定の特性と機能性のために配合され、次に結合剤または結合剤と混合されます。
シェーピング
典型的な成形方法:
乾式プレス、射出成形、鋳造、HIP、CIP
発砲
(焼結)
形をした緑色の本体は、温度制御された窯で極度の熱で焼成されます。
焼成すると水分とバインダーが除去されます。追加の焼成により、粉末粒子が一緒に焼結され、気孔率が低下するために生成物が収縮します。このプロセスにより、極端な密度と硬度の製品が得られます。
機械加工と研磨
(表面仕上げ)
検査と梱包
高度なセラミック材料アプリケーション
高度なセラミック材料は、幅広い用途の新しい材料の一種です。
高度なセラミック材料は、金属、プラスチック、ガラスなどの従来の材料に代わる完璧なソリューションと費用効果の高い高性能の代替品を提供します。
高度なセラミック材料は、次のようなさまざまな業界向けにさまざまな形状(さまざまな形状、さまざまな寸法、さまざまな公差のセラミック部品)に製造できます。
電気部品(裏当て材、取り付けブラケット、絶縁体、抵抗器);
ローター、燃焼器、セラミックブレーキおよび排気;
レーザーポジショニングミラーとパッケージング。
保護ユニット(セラミックアーマー&防弾ボード);
セラミック炉放射ヒーター;
セラミック高温ガスろ過;
セラミック燃料電池膜;
セラミック基板;
セラミックディーゼルエンジンフィルターと燃料噴射装置部品。
テキスタイルおよびワイヤースレッドガイド;
摩耗セラミックライナー;
セラミック粉砕媒体