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匣鉢、セッター、軽量セッターのセラミックスブランドメーカー
2019年11月22日 セラミックス専門家 江尻
この記事では、セラミック・プラスチック・金属の性質について解説しています。セラミックは耐熱性に優れ、高硬度で耐摩擦性も高く、抵抗加熱性があります。プラスチックはしなやかで割れにくく、電気絶縁性があります。成形が容易で量産しやすいとい点も特徴です。また、金属光沢、電気伝導率が高い、熱を通しやすい、延性・展性がある、という性質を全てもった物質のことを、金属といいます。
セラミックとプラスチックと金属は、どれも現代人の生活において必要不可欠な物質です。
今回はそれぞれの物質のよい点だけでなく、生活用品として使用する際に注意すべき点などを解説いたします。
セラミックの主な性質は以下の3つになります
。セラミックの大きな特性が、耐熱性に大変優れている所です。
太陽の黒点が約4,000度なのに対して、セラミックは種類によっては1,500度以上まで耐えることができます。
この性質を活かして、セラミックはお椀やコップなどのキッチン用品などにもよく使用されています。高温に耐える必要のあるスペースシャトルのタイルも、セラミックでできています。
ただし、急激な温度の上昇はヒートショック現象を起こしてしまうので注意が必要です。
セラミックはとても硬く、また耐摩擦性にも優れています。素材として炭化ケイ素（SiC）やアルミナセラミックス、ジルコニアが使われています。この硬さを活かして研磨剤や研削工具としても使われています。
最近では、一般家庭で使用しているハサミや包丁もセラミック製のものが増えてきました。
セラミックは、基本的に電気を通しません。電気を通さないということは「電気抵抗が強い」ということを意味していますが、セラミックは電気抵抗が強いにもかかわらず、大量の電気を通すと熱を発生させる性質があります。
工業品の多くは鉄を溶かして再成型することが多いので、その分野でもセラミックはとても活躍しています。
プラスチックの性質は以下の4つです。
靭性(じんせい)とは、割れにくい、壊れにくいといった性質のことをいいます。プラスチックの靭性は分子と分子の間に働く「分子間力」の強さが要因です。
プラスチック製品にさらに強い靭性を求める場合はゴムの粒子を混ぜて加わる力を分散させ、亀裂が起こるのを阻止するなど工夫の幅が広い材料です。
プラスチックは主に炭素と水素からなる有機化合物です。金属のような自由電子がないので、電気を通すことはありません。このプラスチックの性質を利用して、電気コード類の被覆として使用されています。
その一方で、下敷きを頭にこすりつけたときに髪の毛が下敷きにくっついてくるような静電気を発することもあります。
これは一方の物体が他方の物体から電子を奪うことによって生じる「帯電」という現象です。帯電を防止するためにプラスチックに帯電防止剤を加えて成形することが多いです。
プラスチックの性質上の一番の特徴が高い成形性です。
多くの工業用品は複雑な形状の製品を大量に生産する必要があるため、安価に大量の製品を生産することができて、成形性に優れたプラスチックを利用することが非常に多いです。
プラスチックの製品を屋外に長時間置いていたら太陽光や雨、風の影響を受けて劣化してしまっていた…ということがよくありますが、そのプラスチックを屋外で使用したときの耐久性のことを「耐候性」 といいます。
ポリプロピレンの劣化の原因は主に太陽光に含まれる紫外線です。プラスチックの劣化を防ぐために光安定剤や酸化防止剤などの安定剤を添加物として加えます。
金属の性質は以下の5つです。この5つすべての性質をもったものが「金属」と分類されます。
金属光沢とは文字のとおり、磨くと光るという性質のことです。身近なものに置き換えると、スプーンや小銭、ネジなどを磨くと新品のようにピカピカに輝く現象のことです。
金属内部の自由電子と外部から入射した光子とが相互作用して発生する現象で、光沢の色は自由電子エネルギー準位の構成を反映したものとなっています。
電気伝導率とは、その物質がどの程度電気を通しやすいかを表す指標となる値です。金属は、あらゆる物質の中でも特に電気伝導率が高く、非常に電気が通りやすい物質です。ちなみに、金属の中で一番電気伝導率が高いのは銀です。
「延性」とは、引っ張ると細く伸びる、という性質のことです。金属は延性に長けている物質なので、電線などに使用されています。
また、延性を一番わかりやすく表現しているものが針金です。針金は、大きな金属の塊を引っ張って伸ばして作られています。
「展性」とは、叩くと薄く伸びて広がっていくという性質です。延性と少し似ているように感じますが、延性が引張りによって伸びる性質なのに対して、展性は圧縮によって伸びる性質のことをいいます。
展性のわかりやすい例は金箔です。
金属は、非常に熱を通しやすい物質です。金属の熱伝導率の高さには自由電子が関与しています。
金属の中では電子が自由に動き回っていて、金属を加熱すると電子のエネルギーが高くなり、高エネルギーとなり金属を移動していくため、熱がすぐに伝わるようになります。
セラミック・プラスチック・金属の特性や性質を紹介しました。
それぞれ違った特性を持っていて、少し難しい言葉のものもあったかもしれませんが、これらはすべて人間が現在の日常生活を送るために必要不可欠な物質です。
特性をしっかりと理解したうえでそれぞれの物質で作られている製品を扱いましょう。
ご不明な点はプロにご相談ください！
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