今回は、「非金属材料の分類である有機材料と無機材料(セラミックス)の違い」についての説明です。
１．初めに
鉄やアルミニウムのような金属でできた製品ってよく身の周りに存在しますよね？
これらの製品は該当する元素で構成されているだけなのでわかりやすいです。
では、ガラスやゴムって何でしょう？
大体の人は、わざわざ何でできているのか考えたことはあまり無いでしょう。
金属以外の非金属と呼ばれる物質は、有機材料(有機物)と無機材料(無機物)のどちらかに分類されます。
今回は、有機材料と無機材料では何が違うのか、それぞれ何を表しているのかを解説していきます。
２．有機材料とは？オーガニックとは？
有機材料[organic material]とは、炭素を主要元素として酸素・水・窒素原子などで構成される化合物のことです。
…まあ、想像できませんよね。
例を挙げると、木材・紙・樹脂・繊維・羽毛・プラスチック・ゴム・炭水化物・たんぱく質・脂肪分などが有機材料と言えます。
もっと噛み砕いてしまえば、植物や動物などの生き物が有機物なので、有機材料になり得る感じです。
石油も有機材料ですけど、アレは元を辿れば生物の死骸ですからね。
これでもわかりづらい場合は、スーパーに売ってるオーガニック食品を思い浮かべてみてください。
このオーガニックは有機[organic]と同じ意味です。
例えば、オーガニックな野菜が売ってたとしたら、その野菜は炭素を主要元素として酸素・水・窒素原子などで構成される化合物を使用して栽培されたものを指しています。
炭素・酸素・水・窒素と言うからイメージしづらいかもしれないですが、これらは自然に発生している物質です。
酸素や窒素は空気中にありますし、水もそこら辺を流れているでしょう？
要は、農薬・抗生物質・合成添加物・保存料などの、一般人でも体に悪そうなイメージを持っている化学物質を使わずに育てた野菜をオーガニック野菜と呼んでいるんです。
いわゆる自然の恵みです。
その為、人体にも環境にもやさしいモノだと言えます。
そんな自然な材料が有機材料なのだとイメージしましょう。
ちなみに、自然に存在する材料は有限で希少になっていくから、オーガニックと名の付くモノは軒並み良いお値段しているんですよ。
普通のもやしは20円なのに、オーガニックもやしは60円超えてたりしますからね。
３．無機材料とは？セラミックスとは？
無機材料[inorganic materials]とは、炭素以外の元素で構成された化合物のことです。
別名セラミックスと呼ばれています。
セラミックスならどこかしらで耳にはしますよね。
セラミックス[ceramics]とは、非金属無機質固体材料であるセラミックを原料として人為的に成形した製品のことです。
非金属無機質固体材料と言われてもよくわからないと思うので、純粋な金属材料と有機材料以外の固体材料全てだと思ってください。
非金属元素で構成されている材料か金属元素と非金属元素の化合物材料を指しています。
具体的な製品としては、セメント・ガラス・陶磁器などが挙げられます。
セラミックスは、耐熱性・断熱性・低膨張性・耐摩耗性・耐絶縁性という具合に、数多くの耐性を持っています。
反面、加工時間・コスト・脆弱性が課題となっています。
硬いけど脆いんです。
セラミックの語源はギリシャ語の[keramos,keramion(粘土を焼き固めたもの)]と言われています。
なので、昔ながらの素焼きはセラミックスと言えます。
このような自然の天然材料を使用したものをオールドセラミックス(※1)と呼びます。
それに対して、高純度に精錬された人工材料を使用して、精密に制御した工程において製造したものをファインセラミックス(※2)と呼びます。
なので、セラミックスと言っても、原料や製法が全く異なるものが存在します。
その辺りも関係しているのか、セラミックスの定義は国によって異なる場合が多々あります。
まんまオールドセラミックスを指している場合もあれば、材料に関してはファインセラミックスを指しているような場合もあります。
ややこしいですね。
オールドセラミックスとは、セラミックスの内、粘土などの天然材料を原料としたものを指しています。
つまり、古典的・伝統的なセラミックスだからオールドセラミックスと呼んでいるわけです。
オールドを“古い”とか“時代遅れ”という意味合いで捉えないように注意しましょう。
「オールドセラミックス=職人さんが手塩にかけて作っている土器」のようなイメージを持っておくと良いんじゃないかな？
ファインセラミックスは、人工材料を混合・粉砕して、精密に制御した工程において製造します。
材料も工程もすごい人工的になります。
セラミックス以外にも言えるのですが、材料の混ざり具合が不十分だったりするとモノは壊れやすくなります。
なので、しっかりと材料が均一になるように混合・粉砕するようにしているんです。
そうして焼き固めたものを製品に適した形になるようプレス機などにかけて製品の形を作っていきます。
この成形部分でも精密な制御が必要になります。
その結果、従来のセラミックス耐性に加えて、耐食性・耐薬品性なども追加されます。
要は、時代を経てより高性能化させたセラミックスがファインセラミックスというわけです。
そんな訳で、性能が高く多種多様な成型方法があるので、半導体・車・医療などの様々な分野でファインセラミックスは使用されています。
以上、「非金属材料の分類である有機材料と無機材料(セラミックス)の違い」についての説明でした。
