06. ３０００℃が作る航空部材―窯業―

材料の変遷（出典：野村正勝・鈴鹿輝男最新工業化学 ―持続的社会に向けて― 講談社サイエンティフィク）

ぼくらがまだホモサピエンスと呼ばれる前から人類は火を使ってきた。夜に明かりをとったり虫やほかの獣をよけたり。食べ物に火を入れることで、食あたりもしにくくなった。

ぼくらが石器をつかうようになって、いろいろ工夫しているうちに火を入れることで焼きしまることを見つけ出した。ついで土を使うことで自由自在にかたちを保存できる土器もつくれるようになった。

薪を燃やしたときの炎はたかだか７００度。うまく空気を吹き込むことで炎の勢いを増して丈夫で美しく機能的な土器を作れるようになってきた。もっともすばらしい発明は、そこに食材と水と灰をいっしょにいれて煮込むことだった。土器（ポット）と灰（アッシュ）を使った料理は、ぼくらがホモサピエンスと呼ばれて数千年を経た今でもポタージュという名残りとなっている。

土器、陶器、磁器とより硬く美しい器を作るために必要なことはよい土を探すことと、よい薪を探すこと、そしてそれらを高温で焼き上げるよい窯を作ることだった。より高温にするためには熱エネルギーできるだけ外に逃げないように窯に閉じ込めると同時に燃料である薪に空気を効率よく送ることが必要だった。燃焼速度を最大限に上げて窯の中に閉じ込めることで、ぼくらは１２００度にもなる温度を手にしたのだった。このぐらいの温度で焼き占めた磁器は弾くとチンチンと金属的な響きがして、割った端面は貝のように滑らかだった。釉薬をぬって焼き上げた磁器の表面はきらきらと輝き美しい色彩であるときは繊細な模様がまたあるときは豪奢な絵柄が描かれた。

表 1 . 41 材料

金属材料		非金属材料		複合材料
鉄鋼材料	非鉄金属材料	セラミックスガラス	高分子	複合材料

鉄炭素鋼合金鋼鋳鉄鋳鋼	金・銀・銅アルミニウムマグネシウムニッケルチタン亜鉛	石材ガラスセラミックス	木材・皮・繊維プラスチック	紙繊維強化プラスチック繊維強化金属鉄筋コンクリート金属強化セラミックス

01.無機工業化学 08.工業概論 03.エネルギー化学

表 2 . セラミックスの種類

		分類	原材料	製品

セラミックス	クラシックセラミクックス	土器	粘土	瓦・レンガ
		陶器	陶石	食器
		磁器	陶石	実験器具
	ニューセラミクックス		アルミナ
	ファインセラミクックス	生体関連
		エネルギー関連	シリコンカーバイド
		情報通信関連	チタニア
ガラス		ソーダガラス	ケイ酸塩	板ガラス・ガラス瓶・ガラス繊維
		カリガラス	ケイ酸塩	実験用器具
		鉛ガラス	ケイ酸塩	装飾品
		ホウケイ酸ガラス	ケイ酸塩	電球
セメント		ポルトランドセメント	粘土・石灰石	土木・建築

06.無機工業化学

図 75 セラミックスの種類
©Copyright Kazuhiro Tachibana all rights reserved.

表 3 . 化学結合の種類

結合の種類	結晶	性質や特色	物質の例

イオン結合	イオン結晶	固体は導電率が小さい（絶縁体）。水溶液や溶融塩は導電率が大きい。（キャリア：イオン）。	塩化ナトリウム、塩化銀、水酸化ナトリウム
共有結合	分子結晶	分子式で表す。融点や沸点は低い。	酸素、アンモニア、水^※1、ドライアイス
共有結合	共有結合の結晶	黒鉛や導電性高分子は、例外的に電気を通す。	ダイヤモンド、黒鉛、ケイ素、水晶、石英^※2
金属結合	金属の結晶	導電率が大きい（キャリア：自由電子）。	銅、亜鉛、アルミニウム、リチウム

※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。

ケイ素と酸素の結合は、共有結合とイオン結合の中間。それがガラスをはじめとした多彩なセラミックス材料を生み出します。

陶芸の歴史勝手に陶芸を科学する http://igloss.web.fc2.com/cray/firing.htm

レンガから鉄筋コンクリート、その行方

土器・陶磁器セメント

セメント協会石灰岩

◇ クレーストーン博士の館＠新潟県胎内市

表 4 . 粘土鉱物の分類
族	種	化学式	製品名	製造方法	用途

カオリナイト (1:1層)	カオリナイト				1:1層で、層間に水がないため、焼結可能。陶磁器などに使う（※）。
スメクタイト (2:1層)	モンモリロナイト	Na_x(Al_2-xMg_x)Si₄O₁₀(OH)₂·4H₂O(X<0.33)	クニピア-F	精製	ベントナイトの主成分。 1:2層で、高温でも固まらない。鋳鉄の鋳型などに使う。
	Li⁺モンモリロナイト	Li_x(Al_2-xMg_x)Si₄O₁₀(OH)₂·4H₂O(X<0.33)	クニピア-M	精製
	サポナイト	Na_xMg₃(Si_4-xAl_x)O₁₀(OH)₂(X<0.33)	スメクトン-SA	水熱合成
	スチーブンサイト	Na_0.3Mg_3-xSi₄O₁₀(OH)₂	スメクトン-ST	水熱合成
	ヘクトライト	Na_0.3(Mg,Li)_3-xSi₄O₁₀(OH)₂	スメクトン	水熱合成

粘土分散液の電気化学 06 無機工業化学

粘土は、SiO₄四面体が平面状に結合した造岩鉱物です。

カオリナイト（高陵石）スメクタイトモンモリロン石（モンモリロナイト）絹雲母（セリサイト）イライト海緑石（グローコナイト）緑泥石（クロライト）滑石（タルク）沸石（ゼオライト）

✏ 平常演習 Web Class

鉄筋コンクリートの老朽化について化学的に考察し、将来にわたる社会インフラの維持をどのようにすべきか議論しなさい。

食器、衛生陶器碍子磁器、陶器

図 308
送電に使われる鉄塔（鉄鋼）、電線（銅、アルミ）、碍子（陶磁器）

© K.Tachibana

✏ 平常演習 Web Class

？高温加熱技術の原理と方式

ガラスと容器

ガラスや陶器は不燃性ごみです。

ガラスはケイ素と酸素の共有結合からなるが、結晶構造が不規則であり、明確な融点を持たない。温度を上げると徐々に柔らかくなる性質がある。この性質を利用してガラス細工をはじめいろいろな形状が作られる。

缶詰と瓶詰め

缶詰と瓶詰めを較べてみよう。いずれもナポレオンの時代に戦争の食糧確保のために開発された。

主な缶はスチール缶とアルミ缶だ。金属結合からなる金属は塑性変形できる。

ガラス製造の歴史官営品川硝子製造所跡(近代硝子工業発祥の碑)　大阪･ガラス発祥之地　陶芸の森ケイ砂プラズマボール真空管白熱電球

魔法びん記念館資源物（缶・びん）の出し方

ガラス細工

ペットボトルの一升瓶が普及しないのはなぜか？

銅線とガラスファイバー

ガラスは情報も運ぶ。銅線だった電話線が、ガラスファイバーとなった。

表 5 . 回線(Line)の種類と通信

種類	規格など	伝送路	通信速度	特徴	業者など

光回線	FTTH 2008頃～	光ケーブル ※	高速	固定	NTT東日本・NTT西日本（サービス名：フレッツ光） KDDI（サービス名：auひかり） NCV など
モバイル	3G(2024年に廃止) 4G/LTE（地方未対応） 5G（首都圏のみ）	電磁波	低速	移動または固定	FOMA（NTTdocomo）(3G)、 Xi（クロッシィ）（NTTdocomo）(4G/LTE)、 UQコミュニケーションズ（サービス名：WiMAX）など
電話回線	ADSL(2024年に廃止) ISDN(2024年に廃止)	電線（メタリックケーブル）	低速	固定	NTT東日本・NTT西日本（サービス名：フレッツADSL）、 NTT東日本・NTT西日本（サービス名：INSネット）

02.情報処理概論 06.無機工業化学 04.技術者倫理情報処理概論

具体的なセラミック材料とその比較となる金属材料をひとつづつ選び、その性質の違いを示す物理量の数値データを示した上で、その性質の違いがどのような工業製品に応用されているか述べなさい。

タッチパネルでのガラスとプラスチック－誘電率－

蛍光材料

圧電体としてのセラミックスは、ライター、圧電スピーカーなどに使われます。

表 6 . 出力装置

端末	出力装置	情報

スマートディスプレイ・スマホ・ＰＣ	ディスプレイ	映像
スマートディスプレイ・スマホ・ＰＣ	スピーカー	音声
ＰＣ	プリンター	印刷

01.情報処理概論

碍子圧電素子、積層コンデンサ

炭素材料

炭素材料は古代から使われてきた。その主な製法は有機物の蒸し焼きだ。黒鉛化するには３０００度が必要だ。そのような高温はもはや化学エネルギーで作り出すことはできず、電気エネルギーを使った電気炉で作る。カーボンナノチューブなどはアーク放電のようなプラズマ状態を利用し、そのアークの温度は１００００度に達する。