セラミックス - 学術情報センター

セラミックス
第１２回７月６日(火）
（ホームページ掲示：７月２日（金））
－単位認定について－
（レポート課題および期末試験について）
担当教員永山勝久
２０１０年度材料工学科２年生前期専門必修科目
『セラミックス』単位認定について
（－レポート課題提出と前期末試験について－）
１. 「レポート課題」について
① レポート課題提示：７月６日（火）講義時
およびホームページに掲載（７月２日（金））
② レポート課題提出：７月２０日（火）２限講義終了時（３３０３教室）
１）履修者は必ずレポートを提出すること
※上記期日に未提出の場合は、単位は認定しない
２）４月以降、出席を計６回取ったが、遅刻ならびに欠席
が多い学生は、『レポート課題』に全力を注ぐこと
【注意】
１．レポートは必ずA4サイズの用紙を使用すること（※ 表紙を必ず付けること）
２．手書きの場合は、黒色万年筆、黒色ボールペン（※ 鉛筆書きは不可）
３．各種専門書籍またはホームページ中に掲載されている図，表を使用する場合は、
レポートの最後に『参考文献』を必ず付け、出典を明記すること（※ 図，表の貼付け可）
（インターネット掲載の図，表を使用する場合は、http：アドレス名を必ず明記すること）
２．『２０１０年度セラミックス前期・期末試験』について
① 期末試験の日程：７月２７日（火）（前期講義最終日）
② 実施教室：4号館 4407 及び 4408 ２教室で実施
③ 試験時間：10時50分～12時00分（：７０分間）
(※10時40分までには必ず着席すること、座席表は当日掲示）
（･･･前期末試験の日程、実施教室、試験時間等については、
後日学生課が掲示するため、各自十分確認・注意すること）
◎シラバス中の成績評価欄に記載通り、レポート４０％、
期末試験６０％で成績を付け、これに出席点を加算し、
単位を認定する。
材料工学科２年生２０１０年度前期火曜２限
専門必修科目「セラミックス」レポート課題
［課題１］下記（１）～（８）の各基本事項中、２つを選択し、詳細に説明せよ。
（１）『セラミックス材料の先端高機能材料（＝ニューセラミックス）への推移・変革過程』
（「窯業製品から次世代新材料への転換と産業構造の関係」、※具体例を示し説明）
（２）『ニューセラミックス材料の現状および今後の社会・産業界で飛躍的発展が期待
される ①主要分野、②用途・応用例、③代表材料』（※各４つずつ記載すること）
（３）『ニューセラミックス材料』の ①定義・特徴、②オールドセラミックスとの比較・相違
および③人工原料粉末の特徴、製造法（※『沈殿法』以外の方法を調べて記載せよ）
（４）結晶構造の２形態となる『単結晶と多結晶構造』の ①定義・特徴、②相違点
および『セラミックス多結晶体が示す一般的な微細組織構造』（※図を用いて説明）
（５） ① 『大口径単結晶Ｓｉの製造法』（※固体－融液界面の核生成，結晶成長に留意）、
② 『不純物半導体の２つの機構（※図を用いて説明）』および ③半導体材料の推移
（６）『材料の物性を規定する３つの化学結合』について ① 定義（正確に）・特徴を記し、
併せて，② 『金属材料の諸性質と自由電子の関係（※“自由電子”の役割に留意）』、
③ 『セラミックスの熱伝導機構（※”フォノン”の定義を記し,図を用いて説明）』および
④ 『共有結合が最も強い理由（※“安定スピン結合”，“sp3構造”を図を用いて説明）
（７） ① 『元素の分類（※３種類の元素の名称と定義）』に基づく『非金属無機固体材料
（セラミックス材料の学術的名称）』の定義・分類・代表物質名を正確に記すこと
② 『ニューセラミックスの６つの代表的機能および具体的機能と対応する代表材料』
（８）『ニューセラミックス材料（：セラミックス多結晶焼結体）の一般的な製造プロセス』
（※「各製造工程における諸因子と最終製品の特性の関係」にも十分留意すること）
［課題２］『酸化物系セラミックス（イオン結合性結晶）』および『非酸化物セラミックス
（共有結合性結晶）』について、上記２種類に対応する代表材料を３つずつ記し、
各材料（計６つの材料それぞれ）が示す ①特徴、②代表的機能、③用途・応用例
について説明せよ。
－但し、「酸化物系」および「非酸化物系セラミックス材料」の中で代表材料となる
：Al2O3（アルミナ），ZrO2（ジルコニア）およびSi3N4（窒化ケイ素），SiC（炭化ケイ素）
の各２つの材料は必須とし、これに他の材料を１つずつ加え、計６種類とする－
［課題３］『セラミックス材料の製造法』に関連する、下記（１）～（３）３つの基礎事項中、
１つを選択し説明せよ。
（１） ① 『焼結法の定義（※ 英語名も記す）』、② 『焼成状態による多結晶体の分類と
焼結反応過程の関係（微細構造に留意）』、③ 『セラミックス焼結体の緻密化機構』
（※ 『固相拡散』の定義を記し、『焼結体の緻密化機構』を図を用いて説明すること）
（２）『多結晶焼結体の一般的製造法（: ３種類）』および『特殊製造法（: ２種類）』、
『代表的な薄膜製造法（：１つ）』について、① 名称、② 原理、③ 利点・特徴等
（３）『半導体（電子デバイス）産業』及び『情報・通信技術（IT産業）の基盤材料』となる
① 集積回路用基板（IC，LSI用基板）の製造プロセス
② 光通信用石英（単結晶SiO2）ファイバーの製造プロセス
（※ 光ファイバーの特徴・要求特性、光信号の伝送機構（※ 内部構造図を記し説明）
※ 注意）：上記（１）～（３）の課題については、専門書またはインターネットを用いた
ホームーページ検索等を行い、出来る限り詳細に調べて、レポートを作成すること
［課題４］『セラミックスの材料物性』に関する下記（１）～（４）の事項中、
１つを選択し説明せよ。
（１）『セラミックス材料の熱的問題点』となる、『熱衝撃による脆性破壊現象』について、
① ｢熱衝撃｣の定義，② ｢熱応力｣の定義と式（※ セラミックス材料が示す一般的な
特性と式中の各パラメータの関係に留意）を記し、“脆性破壊機構”を図を用いて説明）
（２） ① 『材料の変形様式（名称と説明）』と『応力，歪，弾性率（ヤング率）の定義・関係式』
② 金属とセラミックス材料の室温における破壊機構（：『応力－ひずみ曲線』を図示）
および『破壊靭性の定義（※他材料との比較、臨界応力拡大係数：K1C の意味も明記）』
③ 構造特性と諸因子（：温度、気孔率、純度、粒子径、微細構造、製造法等）の関係
（３）『ニューセラミックスの代表的な電気・電子的機能』となる
① サーミスタ特性（・・・定義（：３種類の名称と定義・特徴）および代表的用途・応用例）
② 誘電体特性（・・・誘電体，誘電率，誘電分極，蓄電容量（：式）の定義と代表材料）
③ 固体電解質（・・・酸素イオンの伝導機構（：図を用いて説明）と代表材料・応用例）
（４）『セラミックス材料の磁気的機能』に関連し、“実用磁性材料”の中で最も重要となる
① 『強磁性体』の３つの分類（：名称・定義・特徴）および各材料の代表的用途・応用例
② 『強磁性体』の磁化過程（：Ｍ－Ｈ（＝ヒステリシス）曲線を記し、磁化率（透磁率）：χ，
保磁力Hc，飽和磁化Ms，残留磁化Mr の定義と意味を記し、“磁化過程”を説明せよ）
および ③ 『フェライト（鉄系酸化物磁性材料）』の一般式（式と説明）と代表的用途・材料
［課題５］下記（１）～（３）の事項は『セラミックス材料』は勿論、全ての物質（金属，無機，
半導体，有機材料など）に共通する『２１世紀における新たな物質創製科学研究と
今後の展開』に密接に関連した主要かつ重要課題となる。
そこで、下記事項に興味があり、余力がある方は（１）～（３）の中から、１つを選択し
簡潔に説明せよ（※ なお、［本課題］を行った場合、レポート点を加算します）
（１）『ナノテクノロジー・材料』は、１．ライフサイエンス（生命科学）、２．IT（情報・通信技術）、
３．環境（エコロジー）と共に、２００２年に日本政府が制定した『２１世紀の科学技術の
重点４分野』と位置付けられ、今後の社会・産業界での飛躍的展開が期待されている。
そこで、『２１世紀の材料・物質科学研究』を牽引する、『ナノテクノロジー』について
① 定義・代表的物質名を記し、併せて，② セラミックス材料の今後の飛躍的発展と
展開に関連する ③ 『ナノガラス』、 ④ 『ナノセラミックス』について調べ、説明せよ。
（２）全ての物質生成を支配する『核生成（Nucleation）』は、『結晶成長（Crystal Growth）』
の前駆段階として、『21世紀の新たな物質創製科学研究』は勿論、『宇宙・無重力環境を
利用した材料科学研究』においても、今後の飛躍的展開と理論の構築が必須となる。
そこで、上記現象に密接に関連する
① 無容器プロセス、② 核生成、③ 過冷却、④ 宇宙環境を利用した材料科学研究の
利点・特徴（：『無重力環境を利用した新物質創製科学研究』）について調べ、説明せよ。
（３）『セラミックス材料』は、“２１世紀の新たな輸送機関”を担う１）自動車用新構造材料、
２）宇宙・航空機用構造材料は勿論、３）次世代エネルギー材料（：原子力工学関連、
エコマテリアルなど）、４）生命科学用材料として、今後の飛躍的発展が期待されている。
そこで、［課題１］（２）とも関連するが、上記『21世紀における科学技術と新領域分野
を牽引する“ニューセラミックス材料”』の ① 今後の飛躍的展開（：例えば、どのような
分野で活用されるか）、② 用途・応用面、③ 主要対象材料』などについて説明せよ。

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