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セラミックス講義第 06・07・08回目 5月15・22・29日（火）スライド
セラミックス 第 6, 7, 8 回目 （ 新2号館 2301教室 ） 2012 年 5 月 15 , 22 , 29 日（火） 材料工学科 教授 永山 勝久 CZ法による単結晶Siの製造法 MCZ (Magnetic field applied CZ)法 ：Si中融液中の対流制御を目的に 融液Siに磁場を印加する手法 CZ法を用いた単結晶Siの引き上げ機構 大口径単結晶SiとSiウエハー 日本は世界第1位の大口径単結晶Siの生産量を有している 現在は、99.999999999%（11N）の超高純度と30cmの直径かつ長さ約 1mの大型単結晶Si製造に成功し、0.5~1mm程度に薄くスライスし、IC， LSI等の高密度集積回路をSiウエハー上に作製する （単一元素） (2) 無機材料 [半金属B,Si,C・・・，酸化物，窒化物，ホウ化物，塩化物] の結合形式 “セラミックス” [ 定義 ] ◎ 「イオン結合」 ⇒陽(＋)イオンと陰(－)イオン間の電気的引力に起因 ２つの （静電引力 = クーロン力） 代表例)：NaCl = Na+ - Cl結合形式 する化学結合様式 ◎ 「共有結合」 11Na：1s22s22p6 3s1 e※ [Ne] 17Cl：1s22s22p63s2 3p5 ○ イオン間に働く力 ◎3つのクーロン力・・・ [Ar] 1) 陽イオン－陰イオン ： 引力 2) 陽イオン－陽イオン ： 斥力 ( 反発力 ) 3) 陰イオン－陰イオン ： 斥力 ( 反発力 ) 同種イオン間 イオン性結晶 ・・・ 全体として引力が斥力よりも大きくなる （ 図1，図2参照） ： +，- イオン間のクーロン引力 結晶を構成 ( 静電引力 ) により，結晶を形成する ( 引力＝斥力 ) （核外電子全て） イオン間距離が極端に近くな ると，両原子 (両イオン) が 有する電子と原子核の陽電 荷間におけるクーロン引力が 増大し，ポテンシャルエネル ギーは急激に増大する ポテンシャルエネルギー kcal/mol 引力≧斥力 100 NaCl結晶のイオン間距離 Clの電子 親和力 Naのイオン化 ポテンシャル 最適距離 0 2 4 6 -100 -e2/r 8 10 12 結合力＝引力 弱い （両イオン間の 距離が遠い） -200 ∞ ( イオン間距離 ) e 2 e : 電荷 クーロン引力：F r 2 r : イオン間距離 ポテンシャルエネルギー r e2 ： F r 0 図1 Na+とCl-との クーロン引力によるポテンシャルエネルギー 斥力 （同種イオン間のポテンシャルエネルギー） 陽イオン，陰イオンの電子雲が重なり合う r (：イオン間距離) = イオン間距離 合成ポテンシャルエネルギーの 極小値 陽イオン，陰イオンが離れている 引力 ・最も安定な位置 = ポテンシャルエネルギー 引力と斥力の 合成 ポテンシャル エネルギー ・斥力+ 引力の最小値＝ “イオン間距離” 陽イオン，陰イオンがくっついている ・・・ 引力と斥力の最適距離 図2 イオン間距離と 引力 ， 斥力 の関係 (引力と斥力の平衡関係) （安定） イオン結合の特徴（：熱伝導機構） （ 高熱伝導性セラミックスと非熱伝導性セラミックス ） ◎イオン結合性結晶 (セラミックス) の熱伝導機構 自由電子が 熱の伝導体 熱伝導媒体 ・・・ 『フォノン(phonon)』 ○結晶中で規則配列する原子を “格子” と考え，格子位置での 原子の振動エネルギーを 「フォノン」 と定義 （ フォノン ・・・ “格子の振動” をエネルギーを持った 粒子 と仮定） = cf. 金属材料 （振動子） 『量子』 熱伝導機構 ・・・ 「 アインシュタイン・モデル（バネ・モデル）」 （図 参照） ① 物体を端面 (片側) 加熱 ② 加熱面での原子振動の増大 （軽元素ほど大きい） ③ 隣接正負イオン間でのイオン結合を介して，格子振動が伝播 （ ⇒ フォノンの伝播） ・・・ “ 格子振動による伝播 ” ◎ 軽元素ほど格子振動は大きく、その伝播は容易 熱伝導率 ： Al2O3 （約20W/m・K, Al原子量 : 27 ） ZrO2 （約 4W/m・K, Zr原子量 : 91 ） 5分の１ アインシュタイン・モデル（イオン結合性結晶の熱伝導機構） バネ 端面 バネ (a) (b) 加 熱 加 熱 軽元素 ・・・ 格子振動は大 熱伝導は容易 端面 重元素 ・・・ 格子振動は小 ＜熱伝導率 ： 小＞ 図3 熱伝導のモデル （アインシュタイン・モデル） ： 結晶の左端から右端への 加熱に伴う格子振動に伴う熱伝導現象の説明 (a) 軽元素 （振動大，高熱伝導性） ， (b) 重元素 （振動小） 共有結合の特徴 ： 特定の原子・原子間 での強い結合力であるため、方向によって 結合力は異なる（・・・異方性が大きい結合力） 共有結合＞イオン結合，金属結合 【 共有結合性結晶の特徴 】 ： ① 融点が高い ② 硬度が大きい ③ 高強度 ④ 原子間結合に異方性があるため，特定面で割れる ⑤ 拡散係数が小さい（・・・物質中の原子移動が困難） 【 代表的な共有結合性物質 】 ・・・ Ⅳ族元素 ： C，Si，Ge，Sn 原子配列 ： ダイヤモンド構造 [ ： 図4 参照 ] ・・・一つの原子の周囲に4つの原子が存在し，正四面体を形成 中心の原子と四面体頂点の各原子が互いに4個の外核電子を出し合って， かつ，スピンが逆向きの電子対を形成 = 『sp3混成軌道』 [ ：図5 参照 ] sp 配位数 2 図4 ダイヤモンド構造 sp2 3 sp3 4 sp3d 5 sp3d2 6 sp3d3 7 図5 sp3 混成軌道 （配位数と幾何学的な原子結合状態） 半導体物質 ← (共有結合性物質の代表) ◎半導体の推移 ・最初のトランジスタ ; Ge (Ⅳ族元素) ： Ge4+ 共有結合性結晶 ・現在の半導体 ; Si (Ⅳ族元素) ： Si4+ ・今後の半導体 ; GaAs，InP （化合物） (Ⅲ‐Ⅴ族化合物) Ga，In ・・・ 3族元素 As，P ・・・ 5族元素 平均の原子価 ： 4価 ⇒ Ge，Siと同様 = GaAs，InP ・・・ 立方硫化亜鉛構造 ＜4面体構造を4つ有する＞ （InSb） （四面体構造を構成要素にもつ，立方晶型結晶） ダイヤモンド結晶に類似 共有結合性結晶 四面体構造 が構成要素 “4配位構造” （ 図6 立方硫化亜鉛構造 ：Ⅲ族原子位置， （・・・Ga，In） ：Ⅴ族原子位置 ） （・・・As，P） 『ニューセラミックスの概要』 『ニュ－セラミックス』・・・金属，プラスチックスに次ぐ第３の工業素材 歴史的背景：伝統的セラミックスからニュ－セラミックスへの変革［：図１．１参照］ ① 伝統的セラミックス・・・『セラミックスの石器時代』 ：石器（：地球が作った天然のセラミックス）→土器（：火の発見（～800万年前)に 起因して人間が人工的に作った最初のセラミックス） → 陶磁器（ 窯業製品、珪酸塩工業製品 ） ② ニュ－セラミックス（ファインセラミックス）・・・『ニュ－石器時代(現代社会)』 ① と ② の決定的相異点 ［：表１．１参照］ ・・・伝統的セラミックス・・・天然原料， ニュ－セラミックス・・・人工原料 『ニュ－セラミックスの概念的定義』 精製，精密に調整された化学組成かつ微細均一粒子からなる人工原料を 使って、高度に制御された成形法及び焼結法による焼成品 新しい機能を有する次世代高機能材料（構造的特性，機能的特性）に発展 表1.1 ニュ－セラミックスとオールドセラミックスの比較 原 料 熱処理 (焼成） 加 工 (製品化） 石 器 伝統的 セラミックス ニュー セラミックス 天然 天然 人工 天然 人工 人工 天然 人工 人工 図1.1 伝統的セラミックスから ニュ－セラミックスへの変革 『セラミックス』 の学術的定義 ・・・ 『非金属無機固体材料』［：表１．２参照］ 【元素の分類】：（１）金属性元素 （ex．Al，Zr，Ti，Pb など） （２）半金属性元素（ex．B，C，Si など） （３）非金属性元素（ex．O，N，F，S，Cl など） 『非金属無機固体材料の定義と分類』 ：①半金属性元素により構成される物質 （ex．ダイヤモンド，半導体Si，カ－ボン繊維，炭化ケイ素SiC， フラーレンC60, カーボンナノチューブ など） ②半金属性元素と金属元素及び 半金属元素と非金属性元素間の化合物 （ex．炭化チタンTiC，窒化ケイ素Si3N4, 窒化ホウ素BN など） ③金属性元素と非金属性元素間の化合物［：表１．３参照］ （ex．アルミナAl2O3，ジルコニアZrO2, シリカSiO2， チタニアTiO2，MOx（M=U，Pu）, 窒化アルミAlN など） 表１．２ 金属，プラスチックス，セラミックスの比較 呼 称 金 属 材 料 原子間結合 金 属 金属結合 共有結合 非金属・有 プラスチック ファンデルワールス結 機物 合 イオン結合 非金属・無 セラミックス 機物・固体 共有結合 表１．３ 金属とセラミックスの物性比較例 物性 材料 アルミニウム 金属 Al アルミナ セラミックス Al2O3 融点 [℃] 電気比抵抗 モース硬度 [Ω cm] 660 2.8×10-8 3以下 2,030 1014以上 9 日本 アメリカ ニュ－セラミックス Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｒａｍｉｃｓ （新しいセラミックス） （高い技術を有するセラミックス） ファインセラミックス Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ （微細緻密・精密なセラミックス） （先端技術のセラミックス） ↓ （社）日本ファインセラミックス 協会による 平成２０年度 高度な技術を用いた ・産業動向調査 より 先端新素材・応用分野 （平成20年度 ［：図1.2，表１.4-1～3， のデータ） 表1.6，図1.6，1.7 参照］ ∴ ニュ－セラミックス ・・・知識集約的製品 ⇒図1.6 ，1.7 （高機能・高付加価値） ［参考］：表1.5，図1.3， 図1.4，図1.5 ・・・ニューセラミックス 出典：（社）日本ファインセラミックス協会 http://www.jfca-net.or.jp/ の市場規模，生産高， 輸出額，原料生産額 図1.2 ファインセラミックスの応用分野別比率 表1.4-1 ファインセラミックスの分類 【 ← 表1.6 参照】 （社）日本ファインセラミックス協会・産業動向調査 より ファインセラミックスの 代表的応用分野・機能 代表的な応用例 絶縁性 集積回路用ﾊﾟｯｹｰｼﾟ、半導体用各種基板 （電子デバイス用基板）、絶縁用製品 他 半導体 各種センサ材料、化合物半導体関連製品 ① 電・磁気 ・光学分野 導電性 磁性 誘電性 ・圧電性 光学 電極、電池用部材、発熱体、サーミスタ、 バリスタ、超電導部品、その他 ﾌｪﾗｲﾄ磁石、ﾌｪﾗｲﾄ磁気ﾍｯﾄﾞ、メモリ部材、 薄膜磁気ヘッド、その他 コンデンサ素子、圧電体、水晶振動子 （各種超音波振動子など）、その他 光ファイバー、レーザー発振用素子、 特殊ガラス、光変換素子（LEDなど）、他 表1.4-2 ファインセラミックスの分類【 ← 表1.6 参照】 （社）日本ファインセラミックス協会・産業動向調査 より ファインセラミックス 代表的な応用例 の代表的応用分野・機能 工具・高硬度 WC工具、ｻｰﾒｯﾄ１）工具、ｾﾗﾐｯｸ工具、 1) 金属の炭化物，窒化物等を ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞ工具、CBN工具、ｺｰﾃｨﾝｸﾞ工具 金属と複合化した超硬質材料 （金属基材･WC基材･その他の基材）、他 ② 機械的 粉体処理装置、ﾎﾟﾝﾌﾟ, 液体処理装置、 耐摩耗性 分野 製紙装置紡錘装置、その他耐摩耗部材 その他 ③ 熱的 ・半導体 ・原子力 関連分野 精密機器部品、精密治具、食品加工装置 部品、炭素繊維複合部材、セラミック各種 複合部材、切削用ｾﾗﾐｯｸ部材、他 高温高強度 高温耐食性 半導体関連 原子力関連 その他 スパークプラグ、エンジン部材、その他 熱処理用治具、その他 半導体製造装置用部材、その他 各種原子力関連材料、その他 各種耐熱・断熱部材、その他 表1.4-3 ファインセラミックスの分類【 ← 表1.6 参照】 （社）日本ファインセラミックス協会・産業動向調査 より ファインセラミックスの 代表的応用分野・機能 化学 ④ 化学・生体生物 ・生活文化分野 生物・生体 生活文化 ⑤ 薄膜原料、 複合材料分野 代表的な応用例 濃度センサー（酸素濃度測定用 センサ－）、セラミックフィルタター、 各種耐食容器・治具等、その他 生体材料（人工骨、人工関節、 人工歯根）、化粧品・医薬部品 他 家電・住宅用材料、生活雑貨、 繊維・衣料、ｽﾎﾟｰﾂ・ﾚｼﾞｬｰ用品、 抗菌性ｾﾗﾐｯｸｽ部材、表面処理材、 装身・装飾、その他 薄膜原材料、 セラミックス薄膜用ターゲット原料、 繊維・微粒子 複合材料添加用セラミックス繊維 ・微粒子、表面処理用溶射材、他 表面改質 表1.5 ファインセラミックスの生産総額推移（億円） 表１．３ 金属とセラミックスの物性比較例 • 表１．３ 金属とセラミックスの物性比較例 （2年前） ニューセラミックスの市場規模（生産総額） ：～1兆7,300億円（平成21年度，2009年度） （社）日本ファインセラミックス協会・産業動向調査 より （2～4年前） 図1.3 ニューセラミックスの応用分野別・生産高の推移 （社）日本ファインセラミックス協会・産業動向調査 （2～4年前） 図1.4 ニューセラミックスの輸出総額 より （社）日本ファインセラミックス協会・産業動向調査 より 図1.5 ニューセラミックス原料の生産額 （億円） 表1．6 ニュ－セラミックスの機能・材料・応用製品 機能大分類 熱的機能 機械的性質 生物・化学的 機能 電気・電子的 機能 光学的機能 原子力関連 機能 機 能 酸化物セラミックス 非酸化物セラミックス 応用製品例 Al2O3 SiC, Si3N4 耐熱性 耐熱構造材 ZrO2, SiO2 断熱性 C 各種断熱材 伝熱性 BeO SiC(+ BeO) 基板 Al2O3 硬質・耐磨性 SiC メカニカル・シール・リング Al2O3 切削性 TiC, TiN 切削工具 B4C, ダイヤモンド 研磨性 ― 砥石，研磨材 Al2O3，アパタイト 生体適合性 ― 人工骨 坦体性 コーディライト ― 触媒担体 Al2O3 BN, TiB2, Si3N4 耐食性 耐食部品 Al2O3 絶縁性 SiC(+ BeO) IC基板，パッケージ ZrO2 SiC, MoSi2 導電性 抵抗発熱体 ZrO2, BaTiO3 誘電性 ― コンデンサ イオン伝導性 ZrO2, β -Al2O3 ― 酸素センサ，電池 SnO2, ZnO-Bi2O3 半導性 SIC ガス・センサ，バリスタ 圧電性 PZT, ZnO ― 着火素子，発振子 (Zn, Mn)Fe2O4 磁性 ― 磁心，記憶素子 Y2O3 蛍光性 ― 蛍光体 Al2O3 透光性 ― Naランプ 偏光性 PLZT ― 偏光素子 SiO2 導光性 ― 光ファイバ UO2 原子炉材 UC 核燃料 減速材 BeO C 減速材 B 4C 制御材 ― 制御材 図1.6 ニューセラミックス製品の一例 出典：（社）日本ファインセラミックス協会 http://www.jfca-net.or.jp/ 図1.7 ニュ－セラミックスの応用製品例 セラミックスの種類と用途 （－代表的なセラミックス材料－） セラミックス材料の大分類：（１）酸化物系セラミックス （２）非酸化物系セラミックス 1． 酸化物系セラミックス 『代表的な材料（金属酸化物を原料としたもの）』 ：Al2O3（アルミナ），ZrO2（ジルコニア），MgO（マグネシア）， SiO2（シリカ），TiO2（チタニア），Fe3O4（マグネタイト）， BaTiO3（チタン酸バリウム），Pb(Zr,Ti)O3（ジルコン酸鉛）， UO2（ウラニア），PuO2（プルトニウム）・・・ 核燃料 注）Pb(Zr,Ti)O3（ジルコン酸鉛）セラミックス ：圧電体セラミックス材料 の代表 『圧電性（piezoelectric effect）』 とは ①ある種の材料に圧力（応力）を加える電圧を発生する現象 ②ある種の材料に電気を流す（電圧を印加）と振動（変位）する現象 【代表材料】：水晶（クオーツ），PZTセラミックス（・・・誘電体の一種） 【応用例】 ① ガスコンロ，ファンヒターの点火スイッチ ② 水晶振動子（クオーツ時計）, 魚群探知機， 超音波振動子, スピーカーなど各種振動用センサ素子 アルミナAl2O3 ①Ａｌの酸化物を精製・調整し焼結したもの ②電気絶縁性，耐熱性，耐食性に優れる ③電子材料の基板として多用される（ＩＣ基板、ICパッケージ） ④耐摩耗性を利用した軸受け，シャフト ⑤化学的安定性，生体組織適合性を利用した人工骨， 人工歯，人工関節などの 生体材料 ⑥軽量性とダイヤモンドに 次ぐ高硬度 ⑦成形・加工の容易さ （マシナブル・セラミックス） 図 アルミナ製品（一例） 図 セラミックス多層基板（左：DRAM用，右：フラッシュメモリ用） 図 電子デバイス用各種セラミックス製パッケージ ジルコニア ＺｒＯ2 Mg,Ca,希土類金属等 活性金属用溶解ルツボ ①耐熱性と耐食性に優れる（→溶融金属，ガスなどに反応しない） ②純物質状態では高温での結晶変態に伴う破壊を誘発するため、 安定化剤（酸化カルシウム）を添加して焼結し、『安定化ジルコニア』 として高温発熱体等に利用 （・・・酸素イオン伝導体⇒固体電解質：「燃料電池」） ③キュービックジルコニアCZは光の屈折率が2.17と天然ダイヤモンド の2.47に近いためダイヤモンドの代用品として用いられている 図 ジルコニア耐熱材料 図 Cubic ZrO2 ZrO2 製セラミックス包丁（ナイフ，ハサミ） 他の代表的な酸化物系セラミックス 耐高温、高強度特性 （a） マグネシア：MgO ジェット機（戦闘機） ① 透過性セラミックスの代表的材料 用窓ガラス （→ 高圧ナトリウム灯用発光管に利用） ② Pt，Niや希土類金属用の溶解用ルツボとして多用 （b） ベリリア：BeO ：熱伝導率に優れかつ絶縁性が良好であるため ＩＣ回路の放熱基板に利用（ただし金属同様、毒性がある） （c） チタニア：TiO2 （⇒ 修正液、修正テープ、白色塗料 等に使用） ：硬度，引張り強さが大きい ⇒ 『光触媒』 として発展 （ｄ）フェライト：M2+O・Fe2O3 ：磁性体セラミックス材料の代表 『光触媒』は、TiO2微粒子や薄膜 表面に太陽や蛍光灯などの光が当 たると、表面で強力な酸化力が生ま れ、接触してくる有機化合物や細菌 などの有害物質を除去する ことができる「環境浄化材料」 「光触媒の5つの機能」 1．大気浄化：工場や自動車から の排ガス中の窒素酸化物（NOx） や硫黄酸化物（SOx）などを除去 2．脱臭効果：アンモニア、硫化水素 等の悪臭を除去（・・・空気清浄機） 図 光触媒の５つの機能 3．浄水効果：浄水，排水処理 （地球環境保護材料） （有機塩素化合物を分解除去） 4．除菌・抗菌効果：細菌を分解 5．防汚効果：表面に付着した汚れ （＝油分など）を分解除去 (ｄ) チタン酸バリウム BaTiO3 ：チタニア（ＴｉＯ2）を炭酸バリウムと反応させて焼結したもの で、誘電率*)が大きく、コンデンサ材料の代表的材料として 多用 電磁気学の基礎 *) 誘電体・・・電圧を付加した時には定常電流は流れないが、 電荷を蓄積することのできる材料［：コンデンサ］ 誘電率：ε（比例定数）・・・Ｄ＝εＥ 電束密度：Ｄ（・・・誘電体により形成されたコンデンサの単位 面積当りに蓄積される電荷量） 電界：Ｅ［Ｖ／ｍ］ 図 セラミックコンデンサ （･･･電子製品、IT産業に不可欠） 2. 非酸化物系セラミックス 『代表的な材料』 （人工的に合成した新しい無機物を原料をとしたもの） ：Si3N4（窒化ケイ素），SiC（炭化ケイ素），BN（窒化ホウ素）， ZrC（炭化ジルコニウム），C（ダイヤモンド），炭素繊維 ･･･フラーレンC60，カーボンナノチューブ 『代表的な特性』 ：共有結合が支配的であるため、高温強度・脆性に優れる 物質中最も強い化学結合 セラミックス最大の弱点 （a） 窒化ケイ素Ｓｉ3Ｎ4 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 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 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 Ｓｉ3Ｎ4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をGaNや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や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） ② c-BN（Cubic Boron Nitride），②h-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を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 図 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 図 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 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 微細構造 機械的性質 超微細構造 原子 元素 電気的性質 熱的性質 化学的性質 図２．１ セラミックスの 特性支配因子 ファインセラミックスの 種々の高機能特性と 応用分野および密接 に関連する学問領域 ファインセラミックス の出発原料と製造 技術の革新的かつ 飛躍的進展に起因 http://www.jfca-net.or.jp/ より引用