あなたの知らない陶磁器の意外な事実

概要

家庭用の陶器から最先端の航空宇宙部品に至るまで、セラミックスはあらゆるところに存在している。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性質があります。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。

1.セラミックは極端な温度にも耐えられる

セラミックの中には、2,000℃（3,600°F）以上の高温でも溶けることなく耐えられるものがあり、宇宙船やジェットエンジン、工業炉に欠かせない材料となっています。

2.鋼鉄よりも硬い

炭化ケイ素や炭化ホウ素のようなある種のセラミックスは、地球上で最も硬い物質のひとつであり、鋼鉄よりも硬く、靭性ではダイヤモンドに次ぐ。

3.セラミックは防弾装甲に使われている

アルミナと炭化ホウ素から作られる先進的なセラミック・プレートは、軽量でありながら弾丸を止めるのに十分な強度を持ち、防護服の重要な構成要素となっている。

4.医療用インプラントで活躍

ジルコニアやハイドロキシアパタイトのようなセラミック材料は、その生体適合性と耐久性により、歯冠、人工股関節、骨移植に使用されている。

5.透明なセラミックもある

アルミニウム酸窒化物（ALON）のような特殊セラミックスは、透明でガラスよりも強く、装甲窓やハイテク光学部品に使用されている。

6.セラミックスは電子機器に使われている

あなたのスマートフォン、ノートパソコン、テレビには、セラミックの優れた電気抵抗により、コンデンサー、半導体、絶縁体などのセラミック部品が使われています。

7.最初の人工材料の一つである

人類は1万年以上も前からセラミックを作っており、古代文明では陶器や道具、初期の文字板などに使われていた。

8.陶磁器は想像以上に丈夫に作れる

陶器のような伝統的なセラミックスは脆いが、エンジニアリング・セラミックスは耐衝撃性に優れた設計が可能であり、航空宇宙や軍事用途に有用である。

9.汚染を減らすのに役立つ

セラミック・フィルターは、空気や水の浄化システム、自動車の排気ガスを減らす触媒コンバーターなどに使われています。

10.自己治癒するセラミックもある

科学者たちは、時間の経過とともに小さなひび割れを修復できる自己修復セラミックを開発しており、航空機やその他の高応力用途に役立っています。詳細はスタンフォード・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、そしてその先へ

--アルミナ（Al₂O₃）

アルミナ（酸化アルミニウム）は、その硬度、耐摩耗性、優れた電気絶縁性で知られ、広く使用されている先端セラミックスです。高温に耐えるため、炉の部品や耐火物に最適です。エレクトロニクス分野では、アルミナはその熱安定性から集積回路の基板として役立っている。医療分野では、その生体適合性から歯科や整形外科のインプラントに欠かせない。

--ジルコニア (ZrO₂)

ジルコニアはしばしば「セラミック鋼」と呼ばれ、その卓越した靭性と耐クラック性が評価されている。構造用セラミック、歯科用クラウン、人工股関節などに使用され、破壊することなく繰り返し応力に耐える。 その審美的な特質から歯科修復に理想的であり、その断熱性は自動車や航空宇宙用途に有益である。

--窒化ホウ素（BN）

窒化ホウ素は「白色黒鉛」として知られ、高い熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えているため、電子機器や熱管理には欠かせない。1000℃まで酸化しにくく、冶金やガラス製造などの高温プロセスでは潤滑剤や離型剤の役割を果たす。

--炭化ホウ素 (B₄C)

炭化ホウ素は既知の材料の中で最も硬いもののひとつで、装甲メッキ、防弾チョッキ、車両保護装甲などに使用されている。また、軽量で優れた硬度を持つため、研磨ブラスト、切削工具、耐摩耗性工業部品にも不可欠です。

よくある質問

セラミックが医療用インプラントに適している理由は何ですか？

アルミナやジルコニアのようなセラミックは生体適合性があり、化学的に安定で、摩耗や腐食に強いため、インプラントに最適です。

セラミックは常に脆いのですか？

伝統的なセラミックは脆いですが、ジルコニアのような先進的なセラミックは靭性を高めるように設計されているため、脆さが大幅に軽減されています。

窒化ホウ素は黒鉛とどう違うのですか？

黒鉛とは異なり、窒化ホウ素は優れた電気絶縁体でありながら、同様の潤滑特性と熱伝導性を有しています。

なぜ炭化ホウ素が防具に使われるのですか？

炭化ホウ素は優れた硬度と耐弾性を持ち、衝撃エネルギーを効率的に吸収・分散するため、優れた防護性能を発揮します。

セラミックスは電気を通しますか？

ほとんどのセラミックスは電気絶縁体ですが、導電性酸化物のような特定の特殊なセラミックスは、確かに効果的に電気を通すことができます。