セラミックス第1２回目７月１１日(水）（３）誘電体特性［：図１８．１０参照］：絶縁体と同等な挙動をとるが、電界を印加した場合に定常電流は流れないが、電荷を蓄積できる特性を有する材料［：図１８．１１，図１８．１２参照］ ①常誘電体：誘電率の低い物質［：ＢａＴｉＯ3の高温相（立方晶型）］ ②強誘電体：外部電界によって双極子モ－メントが整列することによって自発分極が発生し、かつ自発分極の方向が変化できる物質［：ＢａＴｉＯ3の低温相（正方晶型）］ ③反強誘電体：自発的な双極子の配列が結晶内で平行になるよりも、反平行になる方が安定な物質［：ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）］図１８．１０電界を印加した時の誘電体の分極モデル図１８．１１ＢａＴｉＯ3の結晶構造図１８．１２ＢａＴｉＯ3の誘電率の温度依存性（εa：ａ軸方向の誘電率， εc：ｃ軸方向の誘電率）光学的特性 ①酸化物ガラス，酸化物系セラミックス単結晶・・・透光性を有する ②酸化物系セラミックス多結晶体・・・結晶粒界での屈折，反射，散乱により透光性は低下し、乳白色を呈する ③非酸化物系セラミックス（遷移元素のホウ化物，炭化物，窒化物）・・・黒色を呈し、導電性を有する ④共有結合性の非酸化物セラミックス（ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4）やイオン結合性酸化物セラミックス・・・自由電子を有さないため、透光性を示す透光性セラミックスの代表的材料：ＳｉＯ2（高純度石英ガラス）・・・長距離用光通信ファイバ透光性多結晶体（立方晶結晶体）・・・ＭｇＯ，ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2・１０％Ｙ2Ｏ3 （：高温用窓ガラス材料）透過性単結晶Ａｌ2Ｏ3・・・高速道路用ナトリウムランプの放電管材料ｃｆ．金属・・・自由電子を有するため光を透過せず反射する［：金属光沢］ ↓ ∴金属の粗い面・・・乱反射により黒色を呈する金属の鏡面・・・全反射により金属光沢を示す (１)物質の透光性入射波→ 物体 ↑ ← 表面反射透過光の強さ＝入射波－（表面反射＋内部吸収） ↑ ← →透過光 ↓ “損失分” 透明体・・・光の反射と吸収の少ない物質「反射」：空気と物体との屈折率の違いによって決まる相対量「吸収」：物質の透明性を決める本質的な要素『光の吸収』 ①真の吸収（→エネルギー吸収を伴う）・・・物質中の電子遷移による光のエネルギー吸収現象によって生じる →物質を構成する原子の種類と配列(構造）が決まると一義的に決まる「物質固有量」 ↓ 可視光（λ=0.4～0.7μm）領域に上記固有吸収を示さないことが、透明体であるための必要条件 ②散乱(→エネルギー吸収を伴わない）・・・物質によるエネルギーの吸収は起きず、単なるエネルギー損失のみが生じ、散乱光となる『光の散乱』：材料の構造に敏感な現象〈構造敏感〉「セラミックス材料の微細構造」 ①結晶粒の集合体（：多結晶体構造） ②結晶粒界を有する ③析出物、機構などの内部欠陥（②、③は構造欠陥） ↑ “不均一系媒体中を光が伝播する場合の光の散乱の原因[：図19参照] ①焼結過程で内部に残った気孔、添加物の偏析や析出による異相および単一相内での組成のずれ(濃度変調)などによる光の散乱現象図19 透光性セラミックス中における光の散乱中心 ②空格子点、転位などの結晶構造上の不完全性の集合体とみなせる結晶粒界による散乱 ③微結晶が光学異方性を有する場合、すなわち結晶粒界などの不連続界面において生ずる反射、屈折（複屈折）による光の散乱（・・・光学的不整合） ↓ 「セラミックスの透光性」・・・光吸収がなく、かつ光学的異方性を有さないことが必要 ↓ 散乱の原因となる析出物、気孔、結晶粒界を制御することが必要 ※〈光学異方性〉・・・結晶構造に依存 ↑ 立方晶系（等方的結晶）が最適（cf.六方晶系：一軸異方性結晶, ex.Al2O3,BeO） (3)光通信用ガラスファイバー[:SiO2(石英ガラス)製ファイバー] ※石英ガラス(SiO2) ・・・可視光（人間が目で見ることができる波長の光）を最も良く伝える固体 [概要]：①直径20μm ②1本の光ファイバーで電話1万本の回線を通す ③光信号（デジタル信号）により、1秒間に1億個の信号を送信する [要求特性]：光の減衰率が1デシベル(dB)以下のSiO2 ＝光がガラス中を1㎞伝播することによって、1／1に減衰するとき 1デシベル(dB)とする＝“1㎞での減衰率がゼロ” [光ファイバーの構造(:図22参照)] ・・・中心部コア：（Si(+Ge）O2 ・・・外筒部クラッド：（SiO2） ↓ コアの屈折率がクラッドよりも高いため、コアに入った光はクラッドとの境界部で全反射を繰り返し、外部に光がもれないでファイバー中を伝播する図22 光ファイバーの光の伝わり方［製造法］：原料ガス(SiCl4（四塩化ケイ素）＋GeCl4(四塩化ゲルマニウム）＋Ｏ２＋Ｈ２）を石英ガラスチューブ中で燃焼 ↓ 原料ガス中からSi（＋Ｇｅ）Ｏ２の析出 ↓ 石英ガラスチューブごと加熱して引き伸ばす４．５磁性体セラミックスフェライト，酸化鉄セラミックス［：図４．１６，表４．４参照］軟磁性材料(ソフト）（ex.磁気ヘッド材料) 半硬磁性材料（セミハード） (ex.磁気記録材料）硬磁性材料(ハード) (ex.永久磁石) 図４．１６磁性体セラミックス（フェライト，酸化鉄セラミックス）の用途表４．４代表的な鉄酸化物系化合物物　質結晶系系　性色相 α-Fe2O 3 γ-Fe2O 3 α-FeO O H (α-Fe2O 3・ H 2O ) Fe3O 4 M nFe2O 4 C oFe2O 4 N iFe2O 4 ZnFe2O 4 六方晶立方晶直方晶非磁性強磁性非磁性赤褐色茶　色黄　色 X線密度 [g/cm 3] 5.29 5.07 4.28 立方晶立方晶立方晶立方晶立方晶強磁性強磁性強磁性強磁性非磁性黒　色黒　色黒　色黒　色赤褐色 5.24 5.00 5.29 5.38 5.33 六方晶六方晶強磁性強磁性黒　色黒　色 5.28 5.15 特性良好 (永久磁石) B aFe12O 19 SrFe12O 19 BaO・6Fe2O3 SrO・6Fe2O3 鉱物名備　考 H eam atite M aghem ite G oethite 赤鉄鉱，ベンガラガンマ針鉄鉱，黄鉄 M agnetite (Jacobisite) 磁鉄鉱，鉄黒マンガンフェライトコバルトフェライトニッケルフェライト亜鉛フェライト，タン (顔料）バリウムフェライトストロンチウムフェライト (Trevorite) (Flanklinite) フェライトの一般式：M・Fe2O4・・・M：2価の金属イオン（M=Mn,Ni,Zn,Ba,Sr,・・・） **酸化鉄、（磁性体酸化鉄）・・・Fe3O4:マグネタイト「主な用途」： ①ビデオテープ用磁性体磁気記録用磁性体粉末 ②音声録音（カセットテープ）用磁性体 ③モータ回転用マグネット(ex.PC用ハードディスクドライブモーター) ④スピーカー用マグネット現在：CD,MO,MD(光磁気記録用メディア材料） (フロッピーディスク・・・）