06. ３０００℃が作る航空部材―窯業―

標準化の対象にデータ、サービス、経営管理等を追加し、「日本工業規格(JIS)」 を「日本産業規格(JIS)」に、法律名を「産業標準化法」に改めました。

人類は、 産業革命で、さまざまな 材料を手にして飢餓から解放されるかわりに、劣悪な労働環境を受け入れました。 ^{3 )} 同時に大気中の 二酸化炭素が増え始めました。

材料は、その材質の違いにより金属材料と非金属材料に分類されます ^{4 )} 。

狭い意味で、材料といったとき、常温常圧で固体の 状態の 物質を指すことがあります。

純物質としての 金属は、柔らかすぎるので、混合物の合金が使われます。広い意味での混合物の固体材料を複合材料と呼ぶことがあります。

機能性材料と 建築材料があります。 機能性材料には、 良導体、絶縁材料、誘電材料、 磁性材料、半導体材料などがあります。

無機固体材料を製造するのを 窯業(ようぎょう) またはケイ酸塩工業と言います。セラミックス工業ということもあります。 焼成に電気炉を使うようになって、より高温を利用できるようになり、ファインセラミックスと呼ばれるようになりました。

ＩＣ基板の製造工程では、寸法精度が正確なファインセラミックスが使われています ^{6 )} 。

ＪＩＳ 温室効果ガス 二酸化炭素

窯業は、 JISにより規格が定められています。

ＩＣ基板の製造工程には、寸法精度の精確な、ファインセラミックスが使われています ^{7 )} 。

不均一固体触媒では、バルクより表面が重要である。

工業炉は、化学プラントの加熱設備です。

熱処理炉とは、鋼などの金属を一定の温度以上に 加熱し、冷却することで金属の組織や性質を改善・硬化するための炉です。主に、焼入れ炉、焼戻し炉、焼なまし（焼鈍）炉、焼ならし（焼準）炉などの種類があります。

また、焼入れの際の処理方法として全体熱処理や表面熱処理があり、それぞれに適した炉が製造されています。全体・表面熱処理の加工ができる炉を「熱処理炉」と呼ぶのが一般的です。熱処理炉には、浸炭炉や窒化炉、真空炉なども分類され、処理品の加工目的に応じて使い分けられています。

バッチ式と連続式との生産方式があります。

※1.水分子は共有結合に分類されるが、液体の水はわずかに電離して電気を流す。 このイオン結合的な性質を、極性分子と表現する。

※2.ケイ酸塩のケイ酸はイオン結合に分類されるが、共有結合としての性質が強く、焼成などで成型することができる。

高分子化合物は、 固体材料として使われます。

セルロース、ナイロン、ポリアセンのような一次元の高分子化合物、グラフェン、粘土のような二次元の高分子化合物、 ダイヤモンド、石英、ケイ素のような三次元の高分子化合物に分類されると考えられます。 いずれもおおむね共有結合なので、室温では固体です。

炭素やケイ素の化合物です。 造岩鉱物も 高分子化合物と言えるでしょう。

固体は 結晶になります。結晶構造はＸＲＤなどで分析できます。

欠陥は、 クレーガー＝ビンクの表記法で表されます ^{9 )} 。

固体の微粒子の集まりを粉体と言います。 セメント 工業や薬品工業などで粉体を取り扱います。 固体と粉体がかかわる製造工程は、 固体の 粉砕、固体の 混合、固体と固体の反応、固体と液体の反応、固体と液体の分離（乾燥）などからなります ^{10 )} 。

単位質量の 粉体 の全表面積を、 粉体 の 比表面積A_p〔m²/kg〕と言います。 一定量の固体を粉砕すると、 その表面積は粒径にほぼ反比例して増加します ^{11 )} 。

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確率分布

粉体の粒径を表すには、残留率曲線、通過率曲線、頻度分布曲線、あるいは ヒストグラムが使われます。 残留率および通過率が50％になる粒径をメジアン径、頻度分布が最大になる粒径をモード径と言います。 メジアン径やモード径は、平均粒径として使われます ^{12 )} 。

連続分布で、確率変数xがある値より小さい値である確率をxの関数を 分布関数（累積分布関数）と言います ^{13 )} 。

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カオリナイトは、陶磁器の原料になります。 ヘクトライトは、化粧品の原料になります。 モンモリロナイトは、鋳造鋳型の原料になります。 いずれも、セラミックスラリーのチクソトロピーが重要です。

粘土は、SiO₄四面体が平面状に結合した 造岩鉱物です。

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水と緑に恵まれた日本では、穀物を煮るのに 縄文時代から土器が使われていました。 最古の土器は、アムール川流域の発見された１３０００年前の土器で、地球の寒冷化に伴い、狩猟民族が日本へ移住し、日本列島に土器がの作り方が伝わった。日本は世界史的な、セラミックスの先進地域でした。

西洋で、皿やカップが使われるのは、中国から茶がイギリスに入った 17世紀ごろです。

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◇ 明治の建築を支えたレンガ。 関東大震災で、 鉄筋コンクリートへと移っていった。

耐火セラミックスとして 製銑の 高炉の内壁にも使われます。

ロータリーキルン は、1450℃に達するので、 フロンを分解処理するのに使う。 火力発電 から出る フライアッシュを混合して、再資源化を図る。 重油のほかに、廃タイヤ、廃油、廃プラスチックを燃料として使う。

セメントは、 建築材料として コンクリートなどに使われます。

粉砕は 固体を 粉体にする 単位操作 ^{15 )}

石臼が中国から日本に伝わったのは、平安後期。 博多では饅頭や麺の食文化と同時に、疫病の原因となる水の消毒に抹茶が使われた。

セメントや ガラスの製造においては、 原料がすべて固体であるから、まず原料を粉砕して混合します。 ^{16 )}

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コンクリートは、砂利（粗骨材）、砂（細骨材）を セメントと水を混ぜたセメントペーストで固めたものです。 耐久性に優れた 建築材料です。 橋梁工事、 トンネル工事、道路工事などに使われます。 まだ固まらないコンクリートは、フレッシュコンクリートといいます。工場で作られ、その日のうちにコンクリート運搬車で、現場に運ばれます。

コンクリートは圧縮には強いが、引っ張られる力には弱い。 ポアソン比。 そこで、鉄筋をコンクリートに入れた、鉄筋コンクリートとして使われる。 しかし、ひび割れから水が浸入して鉄筋が腐食すると、体積が膨張してコンクリートが劣化する。 また海砂を使うと塩化物イオンの影響で、 腐食が進行する。

高分子化合物 固体材料

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ガラスは、レンズ、電球、真空管、光ファイバー、ディスプレイ、カラーフィルター、タッチパネル、 写真乾板などの材料となります。

ガラスは情報も運びます。 銅線だった電話線が、ガラスファイバーとなりました。

石英ガラスを使った光ファイバーの製造法として気相軸付法があります。 プラスチック を使った光ファイバーはＬＡＮなどに使われます ^{21 )} 。

バイオハードカーボン

ハードカーボン、ソフトカーボン、ダイヤモンド、ＤＬＣ、活性炭、人造グラファイト（黒鉛）、炭素繊維、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ） 籾殻燻炭

炭素材料は、 導電性があるので、 電池 の導電助剤として使われます。

電池の内部抵抗は、過渡応答や 交流インピーダンス法で、評価されます。

黒鉛は、ダイヤモンド、無定形炭素とともに炭素の同素体である ^{25 )} 。 無定形炭素は、燃えるが、黒鉛は、燃えない。 だから、製鉄の高炉用炉材として使う。 化学的に安定で、耐熱性もあり、潤滑性もあるので、鉄砲の内張にも使われた。

黒鉛は、面内で高い 導電率を示す。 アルミニウム溶融塩電解の アノード、 食塩電解の アノードに使われます。

鉄の 融点  T_m はおよそ 1538 °C 。 とても容器が持たない。 だからコークスと混ぜて高炉に入れる。