テクニカルセラミックスの機械的特性
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概要 
クアーズテックのテクニカルセラミックスで最も知られている“唯一無二の優れた特性”は、その機械的特性です。先進セラミック材料は、金属やポリマーよりも優れた性能を発揮するように設計されています。高性能の機械的強度には、硬度、摩耗、剛性、密度、破壊靭性があり、多くの場合、鋼鉄、合金、プラスチック固有の機械的特性を上回ります。
テクニカルセラミックスの機械的特性
硬度
GPa (kg/mm2)
クアーズテックのテクニカルセラミックスは、非常に硬いことで知られています。当社の材料は、ダイヤモンドを除くすべての金属や天然物よりも硬い材料です。セラミック部品が、従来の金属の 10倍から100倍も摩耗寿命を延ばすことは珍しくありません。材料が硬いほど、凹みや摩耗による局所的な永久変形に対し耐性が高くなります。私たちは、表面的な「マクロ」の硬さを観察することが出来ますが、しかしそれは、一般的に「ミクロ」なレベルでの強力な分子間結合に由来しています。
剛性
MPa
先進セラミックスは剛性が高く、簡単には曲がりません。これは、非常に硬く安定した寸法性能の提供を意味します。実際、クアーズテックのセラミックスは、要求の厳しい軽量の用途向けに最高の剛性対重量比を提供します。金属は、機械加工や熱サイクル中に、頻繁に反りやクリープ、歪みが生じます。ポリマーは、加圧下または経年劣化により、形状が崩れる傾向があります。曲げ強さは、曲げ荷重下での材料の有効強度で、圧縮強度（押し合う）と引張強度（引き離す）が同時に生じています。
密度（比重）
g/cm3
テクニカルセラミックスは、高強度の金属よりもはるかに軽量で、通常、同等の金属部品の半分の重さです。輸送、航空宇宙、機械、および装甲など多くの用途で、軽量化の恩恵を受けています。車両の軽量化は、性能と燃費効率が向上し、車両の耐用年数全体でエネルギーコストを削減します。回転機器や工作機械の慣性を減らすことで、遠心力を大幅に減少できるため、高速化と長寿命を可能にします。
破壊靭性
K(l c)
先進セラミックスの中には、材料の破壊耐久性である靭性を向上させたものがあります。破壊靭性は、材料が破壊する前に吸収できるエネルギー量として測定されます。ポリマーやほとんどの金属などの延性材料では、弾性(可逆的)および塑性(不可逆的)変形により、大量のエネルギーを吸収できるため、靭性が大きくなる傾向があります。クアーズテックは、過酷な機械的サービス環境向けに、破壊靭性を向上させたセラミックを設計しています。
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その他の機械的特性
一部のアプリケーションでは、用途に応じた機械的・物理的特性を必要とする特殊な要求があります：
- 圧縮強度：材料が圧縮に耐える能力の尺度で、構造設計において重要な値です。テクニカルセラミックスは、引張強度よりも優れた圧縮強度を持つため、セラミック部品が圧縮されるようにアセンブリを設計することが望ましいです。
- 高温強度：多くの高性能アプリケーションでは高温での強度を必要とします。先進テクニカルセラミックスは、室温での強度を高温でも保持し、常温に戻すと基本的に元の特性と寸法に戻ります。高温環境におけるセラミックスの利点については、熱特性のセクションで詳しく紹介します。
- 吸水性とガス透過性：クアーズテックのテクニカルセラミックスは、緻密な構造で、一般的な吸水性やガス透過性はありません。しかし、当社は、多孔性または透過性のレベルを制御し、アプリケーションに合わせた材料設計が可能です。
- ポアソン比：ポアソン比は、軸方向に応力をかけたときの材料の横方向のひずみを測定した値です。クアーズテックのテクニカルセラミックスは、金属やポリマーよりもポアソン比が低いため、圧縮または伸長しても形状が保たれます。輪ゴムのように、ほとんどの材料は、伸ばすと薄くなり、圧縮すると厚くなる傾向があります。 テクニカルセラミックスは、一般的に、鋼やポリマーよりもポアソン比が低いため、圧縮時に横方向の膨張はほとんどありません。
- 粒径：粒径は、性能の直接的な測定値ではありませんが、一部の材料特性は粒径によって変化します。セラミック材料の微細構造では、一般的に粒径が小さくなるほど硬度は高くなります。クアーズテックは、セラミック材料の準備から加工に至るまで、正確な粒度制御を行い、信頼性の高い一貫した性能を保証しています。
例外的な機械的性能を持つセラミック材料
アルミナ:
アルミニウム酸化物（Al2O3）は、優れた硬度、耐摩耗性、曲げ強さなどの機械的特性の多彩な材料で知られています。クアーズテックのアルミナは、様々な産業用途において優れたライフとコスト性能を示し、様々な純度レベルの配合でご利用いただけます。一般的に純度が高いほど、機械的性能はより強化されます。
炭化ケイ素:
炭化ケイ素（SiC）は、低密度で硬度と剛性が極めて高く優れた機械的性能を持つ材料で、軽量で機械的強度を必要とするアプリケーションで価値を示します。クアーズテックの炭化ケイ素の中には、寸法安定性が重要な用途で使用される軽くて高い剛性を持つものもあります。
窒化ケイ素:
窒化ケイ素 (Si3N4) は、その高温強度が特徴で、機械的特性と熱的特性で優れた特性を示します。クアーズテックの窒化ケイ素は、非常に高い曲げ強度と靭性の組み合わせを必要とする過酷な環境でも使用されています。
ジルコニア:
酸化ジルコニウム（ZrO2）は、優れた破壊靭性を持つ耐久性のあるセラミックスです。クアーズテックのDura-Z™とTechnox™ ジルコニアは、顕著な耐衝撃性と耐疲労性を示し、長期耐久性と高性能な機械的強度を必要とするアプリケーションで数多く使用されています。
高性能機械特性を必要とするアプリケーション
高強度と高性能の機械的特性を必要とするアプリケーションをお探しですか？クアーズテックにご連絡いただき、お客様のアプリケーションのニーズや要件についてご相談ください。
クアーズテックは、幅広いアプリケーションのカスタム仕様や設計について、直接お客様と協力しています。強力な機械的特性を持つ先進テクニカルセラミック材料は、今日の産業において非常に価値があります。
当社のセラミックスは、以下の産業やアプリケーションでよく使用されています：
自動車：
自動車のパワートレインや推進システムでは、燃料噴射装置、温度センサーおよびベアリングなどの部品を含む車両の寿命全体にわたる厳しい条件に耐えるために、テクニカルセラミックスの機械的強度は常に求められています。軽量で高温性能を兼ね備えた先進セラミックスは、エンジン車と次世代車の重要部品として選択されています。
航空宇宙・防衛：
多くの航空宇宙用途は、スペースミラー、制御システム、ジェット推進などのミッションクリティカルな要件をサポートするために、曲げ強度、剛性および低密度を必要とする材料科学の限界を押し広げています。兵士と車両の両方に使用される防弾装甲は、保護と機動性のために、硬度と軽量の究極の組み合わせを必要とします。クアーズテックの先進セラミックスは、チタンやスチール合金よりも軽量で高強度です。
エネルギー：
過酷なダウンポール環境では、従来の金属やポリマーは、摩耗や侵食により破壊されます。石油・ガスOEMおよび油田サービスプロバイダーは、ポンプブッシング、ガスシール面、ボールバルブアセンブリおよびフラックプラグボタンなど摩耗の最も激しい環境にさらされる硬化合金の代わりに、テクニカルセラミックを選択します。これにより、摩耗が最大100倍削減し、非生産時間（NPT）が短縮するため生産性が向上します。鉱業から風力タービンの用途まで、クアーズテックのテクニカルセラミックスは、摩耗タイル、シュート、ハイドロサイクロンおよびベアリングなど、環境を耐え抜くよう設計されています
機械と装置：
最新の工作機械やプロセス装置では、精度、速度、信頼性が要求され、当社の先進セラミックスはこれらに応える優れた剛性、耐久性、安定性および表面仕上げを提供します。クアーズテックのセラミックスは、機械工具のスピンドル、ローラーガイド、軸受け、ブッシュ、流体処理およびその他の部品に一般的に使用されています。
半導体：
現在の最先端プロセスでは、ナノメートルスケールの回路を持つチップがシリコンウェーハ上に形成されています。これらのウェーハの取り扱いには、摩耗、洗浄、連続処理にも耐える安定した剛性のあるクリーンな材料が必要です。ウェーハチャック、化学機械研磨（CMP）プレート、リソグラフィステージなどの半導体プロセス部品は、クアーズテックのテクニカルセラミックスを使用して、その技術革新を実現しています。