材料の紹介とその用途 4大材料 • 金属 • プラスチック • セラミックス • 複合材料・・・セラミックス系，プラスチック系材料 講義では・・・ 金属 ；ビデオ観賞による授業 セラミックス，複合材料；PPT授業 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology セラミックス セラミックスとは？ 定義；「非金属，無機，固体，材料」 例；ガラスや陶磁器など セラミックス ガラス 陶磁器 無機材料 無機材料 材料 有機材料 有機物；元素として主に炭素，水素，酸素（窒素，硫黄，リンetc） 共有結合 無機物；金属と非金属に分類． 金属；金属元素のみで構成（金属結合） セラミックス；金属以外の無機物で構成（イオン結合or共有結合） 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 鉄，アルミ プラスチック セラミックスの状態 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology セラミックスの性質 熱的性質 機械的性質 電気的性質 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology セラミックスの世界 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology ファインセラミックス ファインセラミックスとは？ 『目的の機能を十分に発現させるため、化学組成、微細組織、形状および製 造工程を精密に制御して製造したもので、主として非金属の無機物質から成 るセラミックス』（ JIS R 1600より） 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology ファインセラミックスの製造方法例 Si3N4；1700～1800℃ SiC ；2000℃ 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 反応焼結法（SiC） 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology ファインセラミックスの種類 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 機能性材料 電気信号を加えると振動したり、反対に 振動を電気信号に変える働きを持つ圧 電材料． ピエゾ効果 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 熱電モジュール（熱を加えると発電） 自動車の排熱（排気ガス熱等への利用） p n 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 正孔 （電子と正孔の結びつきに よる拡散電流） 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 構造材料 窒化ケイ素（Si3N4） 高強度 ・優れた耐摩耗性 ・高剛性 ・優れた耐食性を持ち，エンジニアリ ング材料の中でもバランスのとれた材料 スピードレースカー用の車輪にセラミックベアリ ング搭載。高接触応力に耐え、優れたパフォー マンスを発揮して、記録破りの速度走行マッハ1 を達成。（東芝マテリアル） 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 炭化ケイ素（SiC） 窒素ケイ素の特性+1000℃以上の高温にも十分耐えれる． ハッブル宇宙望遠鏡 宇宙望遠鏡用ミラー（レンズ） 前期専攻科科目 主鏡の直径2.4メートルのいわば宇宙の天文 台である。大気や天候による影響を受けない ため、地上からでは困難な高い精度での天体 観測が可能。 Numazu National collage of Technology 力学的特性 ヤング率 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 比重（水を1とした時の密度の比） 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology ビッカース硬さ 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 熱衝撃特性 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 破壊じん性値 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 破壊起点 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology ダイヤモンド 特徴；硬い 用途；宝石，切削工具 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology この世の中で最も硬いダイヤモンド グラファイト（黒鉛）を専用装置に入れ、２ ３００度、１５万～１８万気圧もの高温高 圧にさらして作る。 直径４ミリ 愛媛大学地球ダイナミクスセンター 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 参考文献 •セラミックスってなんだろう2 日本セラミックス協会 •FINE CERAMICS WORLD(http://www.kyocera.co.jp/fcworld/index.html) •東芝レビューVol.５８No.５（２００３） •愛媛大学HP地球ダイナミクスセンターより •http://plusd.itmedia.co.jp/lifestyle/articles/0405/20/news002.html •日本特殊陶業HP •JAXAHP •Wikipedia （ハッブル宇宙望遠鏡） •http://app2.infoc.nedo.go.jp/kaisetsu/nan/nan04/index.html 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 複合材料 母材（＝マトリックス）（プラスチック・セラミックスなど） 強化材（繊維など） 1. マトリックスの特性を改良したい → 強化材を含有させる．（母材を主として考えた場合） 2. 繊維は強いが，柔らかくて形にならない → マトリックス（相性のいい材料）で固めて形を作る （強化材を主として考えた場合） 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 1の場合 土壁 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 2の場合 竹 前期専攻科科目 一方向繊維強化複合材料 Numazu National collage of Technology 複合則 繊維方向の剛性 繊維体積含有率：Vf 繊維の剛性：Ef 母材の剛性：Em 繊維を同一方向に並べた一方向強化材 Vfの太さをもつ繊維と，(1-Vf)の太さの母材を束ねたもの……剛なバネ と柔らかいバネを束ねたもの 繊維方向の剛性 EL E f V f Em 1 V f 剛性が高く，強い材料をなるべく多く含有させると よい…? 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 有名な工業用複合材料 CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic） ・・・炭素繊維強化プラスチック材料 GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastic） ・・・ガラス繊維強化プラスチック材料 C/C（Carbon composite） ・・・炭素繊維強化黒鉛材料 軽量、高強度、高弾性で、2000℃以上の高温に耐える． CMC（Ceramics Matrix Composite） ・・・セラミックス基複合材料 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 航空機構造重量に占める先進複合材比率(%) 航空宇宙分野 旧MD社旅客機 エアバス社旅客機 米国軍用機 ボーイング社旅客機 将来型旅客機 ボーイング 7○7目標 エアバス380 旧来複合材を持 いた場合のコスト による限界 西暦 航空機構造重量に占める複合材比率の変遷 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 適用事例 複合材スピードブレーキ CFRP の航空機適用の最も早い事例の一つの戦闘機F-15 スピードブレーキ 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology B-777への先進複合材の適用部 日本国内を飛んでいる旅客機のひとつ 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 今後の航空機 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 宇宙分野では、より軽量・高剛性が要求 され、H-IIAロケット、人工衛星などで利 用されています。 模擬体 Ｈ－II Ａロケット 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 応力-ひずみ曲線 炭素短繊維／シラスガラス複合材料 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology 参考文献 •http://73138102.at.webry.info/200906/article_2.html •http://www.mat.ehime-u.ac.jp/siraisi/ （愛媛大学構造材料工学研究室HP講 義資料より） •http://www.vonsumaine.com/illumination3.html •邉吾一・石川隆司編著 「先進複合材料工学」CD-ROM 版 培風館 •炭素繊維協会HP •神野好孝ほか，炭素短繊維／シラスガラス複合材料の作製と破壊挙動 http://www.kagoshima-it.go.jp/public/report/report1997/1997-05/05.htm 前期専攻科科目 Numazu National collage of Technology
© Copyright 2024 ExpyDoc
