非酸化物系セラミックス

ドキュメント内 セラミックス (Page 34-42)

ZrO 2 製セラミックス包丁(ナイフ,ハサミ)

2. 非酸化物系セラミックス

( a ) 窒化ケイ素Si

3

4

① 熱膨張率が小さく

,

かつ熱伝導率が大きいため、熱衝撃に強い

② 高温強度は1473Kで約700MPa以上を示すため、

各種耐熱材料以外に高温用機械部品材としの応用が期待

(:切削工具,ガスタ-ビンの回転軸など

・・・cf.Niタ-ビン用基耐熱合金:1366K-300MPa (ジェット機のタービンブレード・・・金属の

2

倍以上)

の代表材料)

セラミックス高温高強度材料の代表的物質

「セラミックスエンジン材料」用構造材料 高温での変形が金属とは異なり小さい

金属と同程度の高い値

海底地震観測の現場を支えるファインセラミック材料

高い圧縮強度、耐食性、比重の小さい窒化ケイ素Si3N4は、深海用 耐圧容器,特に、世界一深いマリアナ海溝の11,000mの深海に、地震 計(自己浮上型海底地震計:海底で地震を観測・記録する装置,観測 終了後、本体のみを海面に浮かせ、船で回収し、地震データを解析)

の保護用耐圧容器として使用されている

( b ) 炭化ケイ素SiC

① 伝熱性に優れるため、高性能IC基板に利用

② 硬度が大きい

③ Si

3

4

同様,耐熱材料として期待

④ 抵抗発熱体(通電により材料自体が高抵抗に起因して

発熱し高温になるもの)

セラミックスファンヒーター

⑤ 次世代パワー半導体

:電力(電圧)変換機器(インバーター)用半導体素子

交流電圧を直流電圧に高効率に変換(

ex.60Hz → 50Hz

・・・

Si

GaN

SiC

といった化合物半導体で置き換える

ことで,

Si

製パワー半導体素子(以下,パワー素子)で

実現できない大幅な効率向上や小型化が見込めるため

例えば,送電システムや電車,ハイブリッド車,工場内の

生産設備,太陽光発電システムで利用するパワーコン

ディショナー,エアコンを始めとする家電,サーバー機や

パソコンなどの分野で使用する次世代用高性能半導体

素子材料として

GaN

SiC

が今後の発展が期待される

図 次世代パワー半導体の用途・応用分野

(電力変換効率の向上、機器の小型・軽量化が期待)

( c ) 窒化ホウ素 BN

① 炭素(常温・常圧:黒鉛,高温・高圧:ダイヤモンド)同様、

窒化ホウ素も、常圧相の六方晶と高圧相の立方相の 2つの構造を有する(⇒Ⅲ-Ⅴ族化合物)

c-BN

Cubic Boron Nitride

),②

h-BN

Hexagonal

)共に 実用材料として多用される

『立方晶

BN

c-BN

)の特徴』

1.ダイヤモンドに次ぐ高硬度

高温下において切削工具材料として期待

セラミックス機械構造用材料

結晶構造がダイヤモンドに酷似し、原子間距離も

ほぼ同じであるため、高硬度特性を有する

2.熱伝導もダイヤモンド同様に高い

※ c-BN

の製造法

・・・

h-BN

2273K

5000

気圧の高温・高圧下で焼結

『六方晶

BN

h-BN

)の特徴』

1.熱的安定性に優れる

(・・・

2200℃付近まで使用可能)

2.熱伝導性に優れる

(・・・鋼に近い高い熱伝導率)

3.熱膨張率が小さい

(・・・熱衝撃性に優れる)

4.潤滑性・機械加工性が良好 (・・・精密加工が可能)

5.化学的安定性・耐食性良好 6.電気絶縁性に優れる

c-BNの結晶構造(正四面体構造)

・・・四つの頂点にBまたはN原子,

重心位置にN原子またはB原子

h-BNの結晶構造(正六角形の頂点 の青:B,茶色:Nで、(a)(b)(a)(b)・・・

の二層積層構造で結晶を形成

ニュ-セラミックスの特性支配因子

(- 特性と構造の関係 -)

『セラミックスの特性』

[:図2.1参照]

「構造特性」・・・内部の気孔,粒子サイズ等のマクロ因子に依存 [:構造敏感]

「機能特性」・・・原子配列,原子価,イオン半径,電子状態等の

ミクロ因子に依存

図2.1 セラミックスの 特性支配因子

機械的性質

電気的性質

熱的性質

化学的性質 微細構造

超微細構造

原子

元素

ドキュメント内 セラミックス (Page 34-42)

関連したドキュメント