材料工学科2年生セラミックス

材料工学科 2年生前期・専門必修科目
「セラミックス」
第 11 回目
（ 2号館 2301教室火曜2限）
『期末試験とレポート課題について』
2015 年 6 月 30 日（火）
工学部材料工学科教授永山勝久
2015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：6月30日（火）講義時及び永山研究室ＨＰに掲載
② レポート課題提出：7月14日（火） ⇒ 2限講義終了時（2301教室）
１）履修者は必ずレポートを提出すること
※ 上記期日にレポートを未提出の場合は、単位は認定しない
２） “遅刻，欠席が多い学生”ならびに“中間課題未提出の学生”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（任意）を必ず付けること）
２．手書きの場合は黒色万年筆または黒色ボールペンを使用（※ エントリーシートや履歴書
は丁寧に自書し、企業に提出することが重要です。青色ボールペン，鉛筆書きは不可）
３．各種専門書，講義で使用した資料（ホームページに掲載）中の図，表およびインターネット
掲載等の各種資料中の図，表を使用する場合は、レポートの最後に『参考文献』を付けて
出典（著者名、書籍名・資料名など）を必ず明記すること（※ 図，表の貼付け可）
（※インターネット掲載中の図，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. 『2015年度セラミックス前期・期末試験』について
① 期末試験日程： 7月 21 日（火）（前期講義最終日）
② 実施教室：2号館 2301教室（後日，学生課が掲示）
③ 試験時間：10時50分～12時00分（：７０分間）
（※ 10時40分迄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）
［単位認定方法］
◎ 「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』と『中間課題』を加算し、
単位を認定する
以上
工学部材料工学科 2年生 2015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】「セラミックス材料の基礎的重要事項」となる，下記（１），（２）（全員必須）
および（３）～（６）から１つを選択し説明せよ（※ 合計３つを記載）
（１）『窯業製品（クラシックセラミックス）とニューセラミックス（ファインセラミックス）』
の１）定義・特徴，２）代表的な用途・応用例（※ 両者の違いを正確に記すこと）
（２）『ニューセラミックス材料の一般的な製造工程（※ ① 原料調整～⑤ 製品検査）』
“最終製品に至るまでの各工程” が有する意義と役割について正確に記すこと）
（３）『ニューセラミックス材料の現状および今後の社会・産業界での飛躍的発展』が
期待される１）代表的分野（最低４つ），２）代表材料（物質名），３）用途・応用例
（４）１）『単結晶と多結晶体の定義・構造』，２）『セラミックス多結晶体の微細構造』
３）『大型単結晶の代表的製造法（CZ法）』（※ １），２），３）共に図示・説明せよ）
（５）１）金属材料が示す諸性質と自由電子の関係（※「自由電子の定義」も記すこと）
２）イオン結晶の ① 『引力と斥力の平衡関係』， ② 『フォノン』の定義・熱伝導機構
３）①配位数の定義，sp2，sp3混成軌道（※ 黒鉛とダイヤモンド構造を図示・説明）
②共有結合が最強結合を示す理由（『安定（反平行）スピン結合）』を図示・説明）
（６）１）『非金属無機固体材料の定義・代表物質』（“元素の３つの分類”を記し説明）
２）『ニューセラミックスの代表的機能（『６つの機能大分類』）』と各機能に属する
①具体的機能，②代表材料（酸化物と非酸化物の両方を記載），③用途・応用例
【課題２】『酸化物系セラミックス（イオン結合性結晶）』と『非酸化物系セラミックス
（共有結合性結晶）』について、代表材料をそれぞれ３つずつ記し（合計６つ）
各材料が示す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』の中で代表材料となる
Al2O3（アルミナ）および Si3N4 （窒化ケイ素）の２つの材料は全員が必須とし、
これに他の材料を２つずつ加え計６つの材料について１），２），３）を記載－
【課題３】『ニューセラミックスの製造法』に関する下記（１）～（４）の基礎事項中，
２つを選択し説明せよ。但し，（１）は全員必須とし、（２）～（４）から１つを選択
（１）１）焼結法の定義，２）焼結体の分類・特徴・微細構造，３）焼結体の緻密化機構
（※ 『拡散（固相，界面）』の定義を記し，『緻密焼結体の生成過程』を図示・説明）
（２）１）多結晶・焼結体の代表的な製造法（３つ）
２）セラミックス繊維製造法（１つ）（⇒ 複合材料FRP，FRM用C，SiCファイバー等）
３）薄膜製造法（１つ），計５種類の ①名称，②原理・特徴について説明せよ
（３）「ニューセラミックスの最重要因子」となる『非金属無機固体人工原料粉末』の
① 特徴（・・・純度，粉末形状，粒子径，結晶性，微細組織構造など）
② 製造法（※ 『沈殿法』以外の手法を専門書，HP 等で１つ調べて記すこと）
（４）以下に記す ① ～ ⑦ の７つの基本事項から、３つを選択し、説明せよ
① ボールミル， ② スラリー， ③ CIP（冷間静水圧加圧）成形法， ④ HP焼結法，
⑤ HIP（熱間静水圧加圧）焼結法， ⑥ ドクターブレード法， ⑦ メタライズ
【課題４】『セラミックスの材料物性』に関する（１）～（７）から３つを選択し説明せよ
但し, （１）は全員が必須とし、（２）～（７）から２つを選択すること（合計３つ）
（１）『材料の性質（物性）を規定する化学結合：１）金属，２）イオン，３）共有結合』の
１）定義（「３種類の化学結合の定義」を正確に記すこと），２）特徴，３）比較・相違点
（２）『セラミックス材料の代表的な電気的機能』に関連する１）～３）を説明せよ
１）『サーミスタ特性』と『イオン伝導性』：① 定義・特徴，② 代表材料、③ 応用例
２）『圧電特性』：① 定義，② 代表材料，③ 応用例（ex．先端医療用センサ素子）
３）『誘電体特性』：① 誘電体，誘電率，誘電分極の定義，② 代表材料，③ 応用例
（３）『セラミックス材料の代表的な電子的機能』に関連する１）～３）を説明せよ
１）『半導体材料』の ① 定義，② 種類，③ 代表物質，④ 代表的用途
２）『p型およびn型半導体Si』の定義と構造（※ 図示・説明，）
３）『Ⅲ－Ⅴ族化合物半導体』の ① 定義・特徴，② 代表材料，③ 応用例
（４）『セラミックス材料の磁気的機能』に密接に関連する１）～３）を説明せよ
１）『磁性の分類（：磁気モーメント（スピン）の配列の違いによる４つの名称と説明）』
２）『ソフトフェライト（鉄系酸化物）の一般式と用途・応用例』および『ハードフェライト
（酸化物系永久磁石材料）の代表材料（※ 化学式も記すこと）と用途・応用例』
３）実用磁性材料の中で最も重要となる『強磁性体』に関する ①，② を説明せよ
① 『強磁性体』の３種類のａ）名称，ｂ）定義，ｃ）特徴，ｄ）代表的用途・応用例
② 『強磁性体の磁化過程』（※ “M-H曲線”を示し、Hc，Ms，Mr ，χの意味を説明）
【課題４】続き
（５）『セラミックスの光学的機能（ＩＴ社会の基盤材料）』に関連する１）～３）を説明せよ
１）光ファイバー（単結晶石英：SiO2）の利点・特徴・要求特性・製造法等
２）光信号（デジタル信号）の伝送機構（※ “光ファイバーの構造図” を用いて説明）
３）セラミックス固体レーザー発振素子材料
① 医療用（ex．歯科口腔内・外科治療用レーザーメス）
② 情報・家電・PC用（ex．記憶データ・情報読み出し用レーザー素子）
③ 発光ダイオード LED（：Light Emitting Diode，半導体発光素子）
（６）『セラミックスの高温・高強度・構造特性』に関連する１）～３）について説明せよ
１）「エンジニアリングセラミックス」の ① 定義・特徴，② 代表材料，③ 用途・応用例
２）「セラミックスエンジン材料（ ⇒ “次世代自動車，航空機用” としての今後の展開）
３）「宇宙・航空機用構造材料への応用（ ⇒ ガラス繊維強化複合材料：GFRP，
炭素繊維複合材料： C/C コンポジット，CFRPおよびSiO2 ガラス製耐熱材料等）」
（７）『セラミックス材料の新規高機能特性，生体適合性，次世代自然エネルギー材料，
次世代グリーン（環境）材料』等に関連する ① ～ ⑨ から３つを選択し説明せよ
① 光触媒（酸化チタンTiO2）， ② セラミックス生体用材料（バイオセラミックス）
③ 原子力関連材料（核燃料MOx，炉心材料，制御材料，中性子遮蔽材料）
④ 固体電解質（酸素イオン伝導体）， ⑤ 燃料電池（ex.固体酸化物燃料電池SFOC）
⑥ 太陽電池，⑦ p-n接合（“ドリフト電流が流れる機構”についても図示・説明）
⑧ 高性能リチウム電池，⑨ パワー半導体（次世代高性能電力変換用素子材料）
【課題５】任意課題（余力のある方は（１），（２）から１つを選んで簡単に記載下さい）
（１）今後の学問・社会・産業界における『物質・材料科学全領域（セラミックスも密接に
関係）』おいて革新的発展と展開を遂げる１）～３）について説明せよ
１）『ナノテクノロジー』の定義・応用分野，『ナノマテリアル』の代表物質（２つ）と特徴
２）『ナノガラス』および『ナノセラミックス』の ① 定義， ② 特徴， ③ 用途・応用例
３） “ナノマテリアルの基礎を構築”した『アモルファス合金』の
① 定義・構造・特徴（※ 結晶との違いを記すこと），② 代表的用途・応用例
③ ３種類の作製法（ ⇒ “非平衡プロセス” とはどのような意味を有する反応か）
（２）『物質創製科学研究』は，『２１世紀の新たな材料科学研究』にとって極めて重要
となる。そこで、これに密接に関連する，１）～３）の事項を簡潔に説明せよ
１）現状の『材料（物質）の製造プロセス』と『結晶成長（Crystal Growth）』の関係
２）現状の『核生成（Nucleation）理論（２つの機構）』の ① 名称，② 定義・説明
３）『宇宙・無重力環境を利用した材料・物質創製科学研究』の意義と利点・特徴
2015年度セラミックスレポート課題
以上
【課題１】（１），（２）全員必須，（３）～（６）から１つ選択計３つ
【課題２】酸化物（Al2O3，他２つ），非酸化物系セラミックス（Si3N4，他２つ）, 各３つ，計６つ
【課題３】（１）全員必須，
（２）～（４）から１つ選択計２つ
【課題４】（１）全員必須，
（２）～（７）から２つ選択計３つ
【課題５】（１），（２）共に任意課題（※ 興味のある方，余力のある方は積極的に記載下さい）
『レポート課題提出日』：2015年7月14日（火），講義終了時（2301教室）
講義担当者工学部材料工学科教授永山勝久

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