大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A.①窯業について学んだ。セラミックにはクラシックセラミック、ニューセラミックスの二種があることも学んだ。 ②電気炉を用いた陶磁器の作り方について調査した。 ③セラミックは、金属と非金属の化合物を高温で焼き固めて作られる無機材料である。耐熱性、耐摩耗性、化学的安定性に優れており、電子部品や医療機器、建築材料など幅広い分野で利用されている。近年では、ファインセラミックスと呼ばれる高機能タイプも開発され、先端技術に不可欠な材料となっている。
A.①火を利用することは私達人類にとって重要で、石器を使うようになると、火を使って材料を硬くすることを発見し、土を使って自由に形を保存できる土器を作るようになりました。薪での炎は約700度ですが、より硬い器を作るため高温で焼き上げる必要がありました。そこで窯の中で燃焼速度上げて1200度の温度を手に入れました。 現代の窯業はJIS規格に基づいており、IC基板の製造工程では寸法精度が高いファインセラミックスが使われています。ケイ素と酸素の結合は共有結合とイオン結合の中間であり、これがガラスや多彩なセラミックス材料を生み出します。 ②セラミックスを選び、その技術は電気炉と燃焼炉である。電気炉は抵抗による加熱で1800度の高温によるもので、燃焼炉は液体やガス燃料による直接・間接加熱である。 ③選んだ製品はセラミックである。この製造には、電気炉や燃焼炉が使用され、電気炉に着目して調べた。電気炉は抵抗式加熱、アーク式加熱、誘導式加熱などの方式があり、高い温度制精度が可能であるこの方式により、熱処理において重要な均一な温度分布を提供することができる。
A.①窯業について学んだ。電気を使うことによって高温処理を可能にしている。アルミナの油天は2000℃ととても高温である。固体と液体が混ざっている状態はスラリーということが分かった。SiCは半導体としてはバンドギャップ3.0で大きく実用化が難しかったと分かりました。木をコーティングしているのは漆であると分りました。賦活剤について学びました。②窯業によって作られている工業製品として瓦について着目して議論しました。例として石州瓦について調査して1300℃で高温焼成していると分かった。高い耐火度を持つ粘度と釉薬によって作られている。登り窯で房が10から18段で1500℃以上もの高温にすることが可能だと分かった。③賦活剤とは、特定の機能や作用を活性化させる物質のことであると分かりました。炭化ケイ素は半導体材料としてはシリコンよりも高い電圧や電流、動作温度に耐えることができるため次世代のパワー半導体としてとて重要だと分かった。レオロジーとは物質の変化や流動を扱う学問分野であると分かった。
A. セラミックスとは、金属や有機物を除いた、非金属の無機固体材料の総称である。ギリシャ語が語源、当初は「やきもの」を指す。この工業は、窯業またはケイ酸塩工業とも称される。セラミックスの組成は整数比にはならず、不定比化合物（ノンスナイキオメトリック）である。高品質・高付加価値な半導体のモールドは樹脂ではなくセラミックスが利用されている。 グループワークでは高温加熱技術について話し合った。鉄鋼の製造ではでは高炉や転炉で耐火煉瓦が用いられる。加熱原理はシャトルキンやトンネルキンなどのガス燃焼炉が用いられる。最大到達温度は特殊対貨物の場合、2000度まで、通常レンガの場合は1400～1800度と高温である。そのため、溶けた鉄やスラグと直接触れる部分、非常に高温になる部分は耐火煉瓦が必須で、耐火煉瓦を必要とする。 事後学習ではセラミックスと金属の違いについて学んだ。セラミック材料として窒化ケイ素を、金属材料としてチタン合金を選んだ。窒化ケイ素の密度は3.17g /cm^3、融点は1900℃、熱伝導率は20℃で27W/m?Kである。対して、チタン合金の密度は43.3g/cm^3、融点は1600℃、熱伝導率は20℃で7.5W/m・Kである。以上より、窒化ケイ素は非常に高温の状態でも強度を維持できるため、ガスタービンエンジンなどの高温環境下で使用が必須の部品として利用され、チタン合金は優れた靱性を持つため、飛行機の構造部品である翼や胴体などの衝撃や疲労に耐える必要がある用途で利用される。
A.①?③を以下に示す。 ① イオン結合について、融点が高い、硬い、不定比化合物を作るといった特徴がある。例えばアルミナの融点はおよそ2030℃である。これは鉄の融点1500℃、アルミニウムの融点700℃よりもはるかに高いため高温処理が必要となる。この高温処理には窯が必要になる。また硬いので、一度成型したらそのあと変形させるのは厳しい。セラミックスは融点が高いため溶かして成形させるのではなく、スラリー（固体＋液体）という泥のような柔らかい状態にして成型していく。高温にすることで柔らかくなるものにはほかにも高分子材料がある ガラスの融点はおよそ800℃である。基本的には酸にもアルカリにも耐性があり、腐食しない。そのため実験試薬の保管などに使われる。 漆は樹脂と鉄を反応させたものであり、クロや赤色を発するのは鉄が酸化しているためである。 半導体について高価、高性能の場合はセラミックスが、安価なものには樹脂が使われる。 ②演題 高温加熱技術について議論しよう グループ名 ガラスの匠 役割 責任著者 共著者 加藤さなみ、大坂琉音、島貫乃愛、鈴木結惟 板ガラスの製造方法について述べる。板ガラスの製造方法で最もポピュラーなのがフロート製法である。フロート法とは、溶かしたガラスを窯（炉）から送り出し、溶融金属の上を浮かせながら流す製造方法である。工程を以下に示す。 原料貯蔵・調合 溶融 成形（フロートパス） 徐冷 洗浄作業 切断・出荷 溶融という工程ではガラスのもととなる成分が溶融炉という装置を用いて1400℃の高温で焼成される。 ガラスの原料はシリカ（ケイ砂）・ソーダ灰・炭酸カルシウムなどであるが、特定のガラスにはホウ素や鉛、セレン、カドミウムといった特定有害物質が含まれているため注意する必要がある。 ③トピック名 セラミックスと金属の違いについて イオン結合をつものは融点が高く、硬い。例えばアルミナの融点はおよそ2030℃である。これは鉄の融点1500℃、アルミニウムの融点700℃よりもはるかに高いため、高温処理が必要となる。硬いので、一度成型したらそのあと変形させるのは厳しい。そのため成形させる際に金属は溶かして型に流すのに対し、セラミックスは融点が高いため溶かして成形させるのではなく、スラリー（固体＋液体）という泥のような柔らかい状態にして成型していく。
A.第六回目の授業ではアルミナやガラス、プラスチックの融点について学びました。アルミナの融点は2000℃前後とされており、ボーキサイトを粉砕して苛性ソーダと反応させてアルミン酸ソーダを抽出し冷却し水酸化アルミニウムの結晶を析出させる。水産かアルミニウムを加熱することで融点が2000℃のアルミナが出来上がることがわかった。 グループディスカッションでは瓦について調べました。瓦の耐熱温度は1300℃とされていますが、登り窯などでは房が10?18段で1500℃以上の高温での使用が可能とされています。 復習の内容として窯業について調べました。窯業とは、粘度、ケイ砂、石灰岩などの非金属原料を高温処理して陶磁器、瓦、ガラス、セメントなどのセラミックスを製造する工業のことです。窯の燃料は伝統的に薪炭、石炭であったが近年では石油を使用するボイラーや電気窯が普及しています。中世から貴族や武士の家屋で粘土瓦を使用した屋根が普及し始め、磁器やクリスタルガラスの生産が可能になると、調度品として評価をあげ、陶工・陶芸家といった職業が生まれました。
A.①窯業について学んだ。日本は、水が豊富で、「煮る」という作業が行われた。その際に必要となるのが水を入れるための容器である。セラミックスは、やきものとして使用された。セラミック材料であるアルミナは、融点が2030℃と非常に高温であり、イオン結合しているため、高温処理する必要がある。また、イオン結合は硬いという特徴があるため、後から加工することは難しい。よって、原料の粉末をスラリーという固体と液体の状態にすることを学んだ。一方で、ガラスやプラスチックは、分子の長さが異なる高分子であり、融点を持たないことからなんか点という。 ②高温加熱技術について議論した。Front Rightというグループ名で、鈴木晴琉、小野翔太、黒沢行博、日下陽太、青木優菜と議論し、私は調査を行った。この技術を用いた製品として、お茶碗を選択した。陶器は、電気炉で製造される工業製品である。最高温度は１８００℃となり、セラミックスやガラスの溶解を行うこともできる。電気炉の特徴は、可燃ガスを使用しないため、安全性が高く、炉内の温度をコントロールしやすいことである。金属やセラミックス、ガラスなどの温度を均一にすることができる。 ③セラミック材料と金属の違いについて調査した。セラミック材料としてアルミナを選択した。アルミナの抵抗率は10＾14であり、絶縁体である。一方で、金属材料である銅は、1.7×10＾－6であり、導体である。これらの性質を利用して、アルミナは、耐火材料や電気絶縁体として使用されると考える。銅は、電気配線として使用されることが多いと考える。また、電気炉の側面と正面からの模式図を示し、各部分でどのような役割を担っているのかを学んだ。
A. アルミナ（酸化アルミニウム）とステンレス鋼は、それぞれ異なる特性を持つ代表的な材料である。アルミナは硬度が約9[Mohs]、融点が約2072℃と非常に高く、耐熱性に優れる。一方、ステンレス鋼は硬度が約5?6[Mohs]、融点が約1400?1450℃で、耐食性と強度に優れている。熱伝導率はアルミナが約30[W/m-K]、ステンレス鋼が約16[W/m-K]であり、アルミナの方が高い。 これらの特性により、アルミナは切削工具や耐火材料など、高温・高摩耗環境での使用に適している。ステンレス鋼は、建築材料や医療機器、食品加工設備など、耐食性が求められる環境で広く利用されている。それぞれの材料は、用途に応じて最適に選ばれ、工業製品の性能向上に貢献している。 ファインセラミックスの製造には電気炉が用いられ、電気抵抗加熱や誘導加熱によって材料を高温で加熱する。電気炉の最大到達温度は約1600℃で、精密な温度制御により高品質な焼結が可能となる。これにより、ファインセラミックスは優れた機械的特性と耐熱性を持ち、様々な産業分野で活用されている。
A.①ものづくりには、素材の性質を見極めることが重要である。たとえばセラミックスは、共有結合やイオン結合によってできており、αアルミナのように融点が2000℃を超える高温にも耐えられる。また、茶碗などの焼き物は、スラリーと呼ばれる固体と液体が混ざった状態から形を整え、温度を管理して焼き上げる。一方、ガラスやプラスチックのような高分子材料は、明確な融点がなく、軟化点を持つのが特徴である。 そして、調理器具には、熱分解を防ぐためにテフロン樹脂などが使われ、高性能な部品にはセラミックス、安価なものには樹脂が使われる。 これら素材の特性を活かすことで、さまざまな工業製品がつくられている。 今回のグループワークでは、セラミックスの特徴を挙げ、議論を深めた。 ②演題はセラミックスの特徴を挙げ、議論を深めることで、グループ名はセラミックス班、属した人は、中川一生、佐々木悠杜、佐藤優生、鈴木奏逞、須藤春翔であり、役割は調査係。 セラミックスは優れた断熱性によって1200～1500℃の極めて高い温度環境でも熱を保持し、炉全体のエネルギー効率を向上させることが分かった。 ③私は、軟化点について詳しく調べた。 軟化点とは、固体の物質が明確に溶けるわけではないが、熱によって柔らかくなり始める温度のことである。ガラスやプラスチックのような高分子材料は、融点を持たず、この軟化点を基準に加工される。これは分子の長さや構造が一定でないため、決まった温度で一斉に溶けることがないからである。製品づくりでは、熱で形を整える際にこの軟化点の見極めが重要となり、特に成形や加工において大切な指標となっていることが分かった。
A.【講義の再話】 陶器を作る工業を窯業といいます。その名の通り、窯を用いた高温処理が必要です。セラミックスは融点が高く、硬いという特徴があります。陶器を作る際、セラミックスの粉を水に混ぜ粘度を作ります。固体と液体が混ざったものをスラリーといいます。スラリーはチクソトロピーであり、一定以上の力を加えると流れるという特徴のある流体です。流体には他に、一定以上の力を加えると流れなくなるダイラタンシー流体というものもあります。セラミックスには発光体というものもあります。これは化学式が整数比にならないことがあり、このような物質を不定比化合物といいます。 【発表の要旨】 演題:高温加熱技術について議論しよう グループ名：右後ろ 共著者名：福田徳馬、藤森隼也、石毛翼、宮入丈、鈴木佑涼 役割：調査 陶磁器を作るための炉として、電気炉と登り窯を調査した。電気炉は、炉の内部に発熱体 を張り巡らせ、発熱させることで炉を加熱させる。登り窯は焼成室が階段状に連なる構造になっており、焚口の熱が上の部屋へと流れていく仕組みとなっている。 【復習の内容】 トンネル窯について調査した。これはトンネル内で陶磁器を移動させながら焼成を行うことで効率よく製造が可能となるというものである。トンネル窯はガスを燃焼させ加熱する箇所である焚口を大きくとる工夫をしている。これは、よく熱される焚口付近の窯の壁面の面積を大きくすることで、壁からの熱輻射を有効に利用することができるというものである。これにより、焼成に必要な800?1000度を確保している。 また、リジェネバーナーにより燃焼ガスの排熱を回収し、バーナーでのガスの燃焼に用いる空気の予熱に利用することで、エネルギー効率を高めている。
A.①授業では窯業について学び、陶磁器やセラミックスなどの製造過程が紹介された。窯業製品は主にイオン結合でできており、その結合を壊すには金属よりも高い約2000度の高温が必要となる。また、製造過程ではスラリーと呼ばれる、粉末状の固体と液体を混ぜた状態が用いられ、成形や焼成の工程に進む。高温処理により強度や耐熱性の高い製品が得られ、電子部品などにも応用されている。 ② 無機工業化学 久田光稀、白澤拓磨、松田天 自分の班では、茶碗の製造工程として、成型・素焼き・絵付けの3つの段階を調査した。まず、成型ではスラリーや粘土を用いて形を整える。次に素焼きでは、低温（約800?900℃）で一度焼いて硬化させ、吸水性を持たせることで次の工程をしやすくする。最後に絵付けを行い、釉薬をかけて本焼きを行うことで、色や艶のある完成品となる。 ③ 窯業は、主に粘土や鉱物を高温で焼き固めて製品をつくる工業である。「最新工業化学」では、イオン結合による構造のため金属よりも高温、約2000度が必要とされることが説明されていた。原料は水と混ぜてスラリーとし、成形後に乾燥・焼成して強度を持たせる。窯業は伝統的な陶磁器から、現代のセラミックスや電子部品にも応用されており、素材科学と高温技術が融合した工業分野であると理解できた。
A.①イオン結合の材料はアルミナ2030℃、鉄1500℃と高温が必要だが、窯業はどうだろうか。陶器は1200℃、磁器は1280℃の温度が必要である。必要なスラリーとは固体と液体が混じったもので一般に泥と言われる。ガラスやプラスチックは融点を持たず軟化点という温度がある。 ②「高温加熱技術について議論しよう」グループ名かわら、立花、KHANG、大濱、近、役割：分析 窯業として瓦を選んだ。瓦の作り方は原土の採取、供給原土処理、精錬、成形、乾燥、吐け土塗布、焼成の順で行われる。焼成の段階では1005~1010℃の高温で20時間焼く必要がある。そこではトンネルキルンという窯が使われ、それは長いトンネル状の炉にのせ台車を移動させながら焼くという設備である。 ③セラミック材料はアルミナ、金属材料はアルミニウムを選んだ。セラミックと金属の違いとして熱伝導率がある。アルミナの熱伝導率は300Kで36W/m・Kで、アルミニウムは300Kで237W/m・Kであった。アルミナはその耐熱性を電子部品に応用され、アルミニウムをその熱伝達性の高さから、自動車のラジエータなどに応用されている。
A.高温処理とイオン結合をテーマに授業を行った。イオン結合の物質の融点は非常に高い。茶碗の焼成は1200℃?1300℃。硬いので狙った形を一発で作らないといけない。ガラス、プラスチックは高分子材料。力と流速が比例する流体→ニュートン流体。ある程度力を加えると流れ出す流体→チクソトロビー流体（マーガリンとか）。ある程度力を加えると固まる流体→ダイラタンシー。 今回の授業の演題は高温加熱技術について議論しようであり、共同著者は前田、畑中、荒井であった。私たちの班ではセラミックの高温加熱技術について調べた。流し焚で排熱処理、加熱炉は断熱材（グラファイト）により2200℃まで高温状態へ、加熱コイルと真空容器、不活性ガスを用いて加熱して加工を行っていることが分かった。 復習では以下の内容を行った。窒化アルミニウムと銅の熱伝導率について調べた。銅は32W/m?K窒化アルミニウムは150W/m?Kであり、放熱性に優れることから窒化アルミニウムは半導体の基盤などに使われている。
A.セラミック材料（アルミナ）は高硬度・高耐熱性・電気絶縁性を活かし、半導体や製造装置の部品、絶縁の基板、耐摩耗部品などに使用されるのに対し、金属材料（ステンレス鋼）は高い靱性や加工性を活かし、器具部品や水道の配管、建築材料や医療機器、食品加工設備など、耐食性が求められる環境で広く利用されている。 アルミナ（酸化アルミニウム）とステンレス鋼は、それぞれ異なる特性を持つ代表的な材料である。アルミナは融点が約2072℃と非常に高く、耐熱性に優れる。一方、ステンレス鋼は融点が約1450℃で、耐食性と強度に優れている。熱伝導率はアルミナが約30（W/m-K）、ステンレス鋼が約16（W/m-K）であり、アルミナの方が高い。 よって、それぞれの材料は、用途に応じて最適に選ばれ、工業製品の性能向上に貢献している。また、ファインセラミックスの製造には電気炉が用いられる。電気抵抗加熱（電気抵抗を持つ物体に対して電気を流すことで発生するジュール熱を利用した）や誘導加熱（電磁誘導の原理を利用した）によって材料を高温で加熱することができる。理由は、電気炉の最大到達温度は約1600℃で、精密な温度制御のおかげで高品質な結合が可能となる。これにより、ファインセラミックスは優れた耐熱性を持ち、様々な産業分野で使われている。
A.１．講義の再話 前回までで、金属材料について学んだ。 今回は、非金属材料について学ぶ。 金属の工業製品が機械や道具中心だったのに対し、これらは主に建築材料として用いられることが多い。 違いは金属とセラミックスなどの化学結合の違いが影響している。金属は当然、金属結合であり、セラミックスなどは金属結合よりも結合力が強く、方向性のある共有結合であるからだ。 ２．発表の要旨 窯業の工業製品について グループ名 じゅんなちゃむ、 メンバー 鈴木純奈 今山華百 松本碧衣 宮内 大輝 中澤 優人 窯業の工業製品として瓦を選んだ。 瓦は家の屋根や瓦割りに使われている。 石州瓦は粘土と釉薬を原料とし、成形して登り窯やトンネル窯にて1300℃で焼成する。 ３.復習 家の近くの瓦をみて 瓦の製作過程を思い出したしたり調べたりした
A. 窯業とは、高温処理により物を製造する産業のことである。窯業により製造する物の例として、セラミックスが挙げられる。セラミックスは非常に硬く融点が高いため、原料の紛体をチクソトロピーであるスラリーにし、形作った状態で焼く必要がある。ガラスの製造も窯業で行われ、さらにガラスに希土類イオンを添加することで蛍光体を作るなど、窯業の過程を経た製造も多く行われている。 ガラスの製造には、窯業の中でもフロート法が利用される。これは溶かしたガラスを窯から送り出し、溶融金属の上を浮かせながら流す製造方法である。 まず溶融炉で原料を調合し、1400℃の高温で焼成させる。次にフロートパスで製品の形に成形する。次に徐冷炉で徐々に冷却し、温水やブラシを使って洗浄する。最後に切断など製品の状態にし、出荷する。この過程で使用する溶融炉は、主に重油や天然ガスを熱源とする燃焼炉である。 窯業は、ガラスの製造をはじめとしてセラミックスの製造にも使われる。また、窯業によってできたものを製品化するために他の物質と混合して新しい物質にするなど、人の生活に必要な材料のために数々の場面で活躍している。
A. セラミックス(ceramics)はギリシャ語の""keramos""を語源とし、当初「やきもの」をさして使われた。その後陶磁器や耐火物の他にガラスらセメントなども同語の分類に加えるようになった。またこれらがケイ酸塩鉱物を原料として窯を用いて高温処理をされることから、この工業は窯業またらケイ酸塩工業とも称された。 演題は「高温加熱技術について議論しよう」、グループ名はじゅなちゃむ、共同著者は鈴木純奈、松本碧衣、中澤裕人、宮内大輝、私は調査を担当した。私たちは瓦を選んだ。加熱方式は連続式焼成炉であり、長いトンネル状の炉内を瓦がコンベアに乗って移動する。予熱、焼成、冷却の工程を連続して行う。焼成温度は1000~1100℃であり、最高到達温度は1200℃である。 復習として、茶碗の漆加工について述べる。漆加工は、茶碗の表面に天然の漆を塗って仕上げる伝統技法で、防水性や耐久性、美しさを高める目的がある。塗っては乾かす工程を何度も繰り返す。漆加工は、単なる塗装以上に「使うことを前提とした美」を感じる技法だと思った。特に茶碗のような日常使いの器に手間ひまかけて仕上げることで、道具への敬意や美意識が表れていると感じた。自然素材を活かした仕上がりも、日本独自の繊細な文化を象徴していると思った。
A.1/講義の再話：当日の授業では窯業について学んだ。具体的には窯業にはセラミックスとクラシックに分けられている。セラミックスは高温を使った作られたもので、クラシックは高温使わないで作られたものだ。具体的な例としてお茶碗と作るには１３００度Cが必要だ。 2/発表の要旨：「高温加熱技術について議論しよう」 瓦の製造工程は以下の通り： 原料調整：粘土や陶土を粉砕・混合して、均一な原料を作る。必要に応じて水分を加えて成形しやすい状態にする。 成形：瓦の形にプレスや押し出しで成形する。昔は手作業、今は機械成形が主流。 乾燥：成形後、ひび割れを防ぐためにゆっくりと乾燥させる。自然乾燥または機械乾燥を用いる。 施釉（せゆう）：必要に応じて表面に釉薬（うわぐすり）を塗布することで、光沢や耐久性を高める。 焼成：1100～1200℃程度の高温で焼成する。これにより、瓦が硬く丈夫になる。 検査・仕上げ：焼き上がった瓦の寸法や割れを検査し、必要ならば切断・整形する。 3/復習の内容：窯業：粘土・珪石などの無機原料を高温で焼き固めて製品を作る産業。タイル、瓦、陶器、レンガなどを含む。伝統的には「クラシックセラミックス」と呼ばれる製品群を扱う。 セラミックス：無機材料を焼結させたもので、伝統的なもの（陶器、磁器）から先端的な工業用（ファインセラミックス）まで含まれる。耐熱性、絶縁性、耐摩耗性が高い。 クラシックセラミックス：古くからあるセラミックスで、主に粘土系（陶器・瓦・磁器など）を指す。装飾品や建材として使われ、窯業で多く扱われる。
A.今回の内容は窯業です。セラミックスはやきものという意味で使われていました。例としてアルミナ、酸化アルミニウムを例に考えます。アルミナの融点は2000℃を超えるので、鉄の融点をはるかに上回っています。このことからイオン結合がいかに強力かわかります。加熱の過程でスラリーと呼ばれる固体と液体が混ざった状態になります。この状態は変形させることができ、融点が高い材料を成形することができます。次にケイ素に注目してみます。ケイ素は高分子材料に使われており、フライパンに使われている樹脂は耐熱性です。また、ガラスは融点が800℃です。釉というものがあります。これは昔から陶磁器に使われたコーティングで灰汁を使っています。テフロンが現在のそれです。漆もコーティングに使われた樹脂の一つで、赤と黒は鉄の酸化物の色です。英語圏ではJapanと呼ばれています。 蛍光体は不定比化合物であり、イオン結合ならではの物質で組成が整数比にならず、少数が含まれます。賦活剤、微量添加されます。固体には欠損があり、空格子点とよばれ、反応性が高いです。 セラミック炉の中核部品は断熱性を高めてエネルギー効率を上げます。温度は1200℃ほどです。 アルミナは融点の高さから炉に使われています。加熱技術には電気炉、ガス炉が使われており、最大到達温度は約2000℃にまでのぼります。アルミナの生産過程では1000℃ほどが使用されます。
A. お茶碗は、スラリーと呼ばれる固体と液体が混ざったどろんこの状態のもので粘土を水で溶かし、石膏の型に流し込んで円形などにした後、変形させて乾燥、素焼きすることで作られている。また、高分子材料には、Siが原料となったガラスやCが含まれたプラスチックがある。ガラスには、Si-Cを用いた高分子材料があり、バンドキャップが高く作るのが難しいという特徴を持っている。 窯業の工業製品として、電気炉がある。電気炉の加熱方式は電気で電気エネルギーを熱エネルギーに変換させて材料を過熱することで曲げたり、伸ばしたりすることで成形する。また、加熱耐性が非常に高く、高温での加熱が可能であるため、加熱耐性の高い金属やセラミックなどの焼成が可能であるという特徴も持っている。 また、窯業の工業製品としてセメントもあり、セメントは道路や建物など建設分野などになくてはならない存在となっている。セメントは、酸化カルシウム、二酸化ケイ素、アルミナ、三酸化鉄を調合し、1450℃で焼成することで生産される。炉の熱源として、ロータリースキンと呼ばれる回転式の焼成炉を用いて、石炭やガスを燃焼させて得られる高温ガスを用いて焼成させている。炉が回転することで原料を均等に加熱させることができる。ロータリーキルンは、最大1450℃になり、化学反応が起こることでセメントのもととなるクリンカという石上の鉱物ができる。
A.①講義の再話 第6回目の授業では窯業について学んだ。窯業とは高温処理をする工業化学製品を指す。主に、クラッシックセラミックスとニューセラミックスの二つに分かれる。前者は電気を使わずに高温処理するもので、後者は電気を使用するという違いがある。高温処理の例として、アルミナを挙げる。アルミナの融点は約2000℃であり、これは鉄の融点約1538℃に比較すると非常に高温である。 ②発表の要旨 グループ活動では、高温加熱技術について議論しようという目的で、耐火煉瓦について調べた。耐火煉瓦は、製鉄所の高炉などに用いられる材料である。その加熱原理は、主にシャトルキンやトンネルキンなどのガス燃焼炉が用いられることにある。最大用達温度は通常のレンガでは1400～1800℃、特殊耐火物では最大2000℃になるという。 ③復習の内容 窯業で作られる工業製品の処理温度の違いについて考えた。素材によって処理温度が異なる原因は主に結合の違いであると考えられる。イオン結合は強い結合なため、処理温度が非常に高くなり、弱い結合によって形成される材料は、比較的低音で処理することで加工ができるのだと考えた。
A.今回の授業では窯業について学びました。窯業とは粘土の焼き物であり高温処理をします。お茶碗は1200~1300℃で作られています。SiVとは最近はやっているもので半導体です。実用化に手間取っています。また、イオン結合性セラミックスについても学び、セラミックスは高温処理により製造され、主成分のAl?O?は融点 2030℃と高いとわかりました。 今回の発表では食器の高温焼成について調べた。シャトル窯を用いる必要があり、高温の 均一性が高く、品質が安定するのが特徴である。原理としては、ガス・電気を使用して加熱 し、放射・対流・伝導で熱が伝わる。最高到達温度は素焼きだと800~1000℃、本焼きだと 1200~1300℃とされている。 窯業製品には、耐熱性や耐久性に優れた特性があります。陶磁器は美しい光沢や色彩を持ち、食器や美術品に使われます。セラミックスは断熱性や絶縁性が高く、電子部品や工業材料としても重要です。形状や用途に応じて精密に加工され、暮らしや産業に広く貢献していると分かりました。
A.①セラミックス、スラリー、高分子材料、樹脂、蛍光体などについて学びました。セラミックスは「やきもの」のことであり、金属以外の無機材料を高温で焼き固めた固体材料の総称です。高硬度、高耐熱性、耐薬品性（腐食しにくい）、絶縁性、軽量であるなどの特徴があります。ケイ酸塩鉱物を原料として窯で高温処理することで作られます。焼結によってつくられるのがクラシックセラミックス、電気によってつくられるのがニューセラミックスです。アルミナの高温処理時の電気炉に使われたりします。スラリーは、融点が高くてとかせないものを泥（固体＋液体）にしたものです。高分子材料にはガラス、プラスチックなどがあります。融点を持たず、軟化点をもつため、柔らかくして変形し、冷やすことで目的の形に作ります。ガラス（Si）とプラスチック（C）を組み合わせた材料がSiCであり、パワーエレクトロニクスや半導体などに用いられています。しかし、バンドギャップが大きかったので、実用化には時間がかかりました。テフロン樹脂は高分子材料の1種で、軟化点が340℃と高いため、フライパンなどに使われています。製品の傷、衝撃を防ぐために、セラミックスや樹脂はパッケージ材としてよく使われています。蛍光体は、外部からのエネルギー（紫外線やX線）を吸収して光として放出するものです。 ②グループ名はでFront Rightです。グループメンバーは小野翔太、鈴木晴琉、黒沢行博、青木優菜、笹原果音です。陶器について高温技術の実現方法を調べ、まとめました。陶器は電気炉に使われています。陶器はセラミック、金属、ガラスの溶解焼成、ガラス製品や半導体、ロケットの耐熱材などに使われていることが分かりました。ガス雰囲気炉、抵抗加熱炉、誘導加熱炉、直通電型電気炉などの、幅広い加熱炉の材料としてもちいられていることが分かりました。 ③復習では、不定比化合物（ノンストイキオメトリック）について調べました。不定比化合物とは、構成元素の比（化学量論比）が一定ではない化合物のことです。化学式の比率が整数の簡単な比からずれている物質のことを言います。これは、原子の空孔や異常価（異なる酸化数の原子）が存在することで起こります。構造や電子状態の変化を生かすことで、電気、磁気、触媒特性に優れ、多様な機能を持ちます。
A.①スラリーとは液体と固体が混合したものある。泥などもその一種である。これを焼き上げることで茶碗などを製作している。茶碗は小さな穴が開いているため、うわぐすりを塗らなければならない。歴史的には灰が用いられた。木材でできた椀はうわぐすりとして漆などの樹脂が用いられた。ガラスやプラスチックは高分子材料と呼ばれるもので融点がなく、その代わり軟化点というものがある。ガラスの軟化点は７００℃くらいである。 ② アルミナとステンレス鋼を比較すると、アルミナは密度3.95g/cm?、融点2,072℃、熱伝導率30W/m?K、電気抵抗率10??Ω?m、を持ち、ステンレス鋼は密度8.00g/cm?、融点1,400℃、熱伝導率15W/m?K、電気抵抗率7.2×10??Ω?mである。したがって、アルミナは耐熱性や電気絶縁性に優れ、切削工具や電子部品の絶縁体として利用され、ステンレス鋼は電気機器の導電部品として使われている。 ③硝子を選んだ。製造方法として、まず原料を1400度の高温で溶解する。次に成形して、急激に冷やすと割れてしまうため徐々に冷やしていく。最後に洗浄、切断を行う。
A. 第6回の講義では、窯業について学んだ。セラミックスとは陶磁器、耐火物、ガラス、セメントなどを指し、ケイ酸塩鉱物を原料とし窯を用いて高温処理することにより製造される。これらの材料はイオン結合で構成され、融点が高く硬いのが特徴である。例えば、ガラス・プラスチックといった高分子材料は融点を持たず、軟化点と呼ばれる物体が個体から液体に変形し始める温度領域を持つ。また、シリコンカーバイドはバンドギャップが大きく、半導体の材料として用いられている。 グループディスカッションでは、「演題：高温加熱技術について議論しよう（グループ名：かわら、共著者名：大濱風花、近ありす、小笠原大地、HUYNHVINH KHANG、役割：発言者）」をテーマに進め、窯業で製造される製品として瓦を選んだ。瓦は主に屋根に使われる建材であり、粘度瓦とセメント瓦に大別される。粘度瓦は吸水性が低く耐候性が高いという特徴を持ち、セメント瓦は耐火性や耐震性に優れている。瓦の製造工程は、大まかに、原土の準備、成形、乾燥、焼成に分けられる。このうち焼成という作業では、登り窯やトンネル窯が利用される。トンネル窯では、長いトンネル状の炉に乗せた台車を移動させながら、1005?1010℃で約2時間焼き上げる。このように、瓦造りでは細かな温度管理が必要とされることが明らかになった。 セラミックスと金属の違いについて、セラミックスは耐熱性、高硬度、耐摩擦性、抵抗加熱性、絶縁性など多くの点において優れており、一方で脆性、加工性、熱衝撃破壊特性の３つは金属よりも劣ると言われている。セラミックは物を作るだけではなく、素材のコーティングをする際にも役立つ。このような特徴の違いを把握し、用途を使い分けることで多種多様な製品を実現することができるとわかった。
A.①土器の作り方について学んだ。 最新工業化学のp20 からセラミックスについて、やきもののことを指して使われていたということが書かれている。またセラミックスには分類があり、クラシックセラミックスとニューセラミックの二つがある。酸素が含まれるものには名前の後にアがつくということを学んだ。今回の授業のテーマとして窯業（ヨウギョウ）を学んだ。教科書から窯業について理解を深め、また窯の漢字についても書き方について学んだ。他にもイオン結合の特徴としては、陽イオンと陰イオンの間の静電気的引力によって生じる化学結合のことであるということを学んだ。アルファアルミナの融点は2030度であり、お茶碗を焼くのに必要な温度は1200℃から1300℃である。この温度は簡単には出せないということを学んだ。狙った形を最初から作り、燃料の粉末をスラリー（固体＋液体）という状態にする、溶かして、円にして、変形する、という流れを理解した。半導体材料については最新工業化学p24からテフロン加工のフライパン軟化点は300℃から400℃ で作るの大変だということやガラスの軟化点はだいたい800℃くらいである事を学んだ。 ②発表の要旨としては炭酸カルシウムはイオン結合であり、またセラミックスについてはこの物質を薄く仕上げることはかなりのテクニックのいる作業であるということが発表から分かった。 ③今回の講義の復習としては土器の作り方から窯業に結びつけて、様々な土器については知見を増やした。また、ガラスなどの物質の軟化点についても教科書や他の人のの発表から情報を得て、軟化点について理解を深めた。
A.①第六回はセラミックスについての授業だった。セラミックスとは焼き物のことを指し、この産業のことを窯業と呼ぶ。セラミックスには電気を使うか使わないかでクラシックセラミックスとニューセラミックスに分けられる。セラミックスを作る際に、その温度に対応できる窯を作れるかどうか重要な問題である。セラミックスはイオン結合で結びついており、イオン結合はとても硬いため後からの加工が難しく、一度の加工で成形することが重要である。また近年流行っている材料としてSiCがあげられた。これはガラスとプラスチック由来の材料であり、半導体やパワーエレクトロニクスで利用できることが期待されていた。しかし、SiCのバンドギャップは3.0eVであり、実用化が難しかった。ゲルマニウムはバンドギャップが最も小さい元素であるため、最初に用いられた。また、土器は表面がざらざらしているため、漆を上薬としてかけていた。現在では漆に変わって灰が用いられている。マーガリンや泥といった、力と流速が比例する流体のことをニュートン流体と呼ぶ。 ②授業最後の演習では、窯業で作られる製品と使用されている窯について調べた。班は大濱風花、近ありす、立花小春、HUYNHVINH KHANG、小笠原大地の五人で班名は瓦、役割は発言だった。私たちは瓦について調べた。瓦は原土から作られ、成形・乾燥後、焼成するがこの時にトンネル窯を使用している。トンネル窯は長いトンネル状の炉に台車を移動させながら焼く窯であり、瓦はこのトンネル窯で1005~1010℃で20時間ほど焼くことで作られる。 ③復習としてセラミックスと金属の違いについて調べた。セラミックスは無機・非金属材料で焼成して作られる材料であり、分子同士はイオン結合または共有結合で結合している。硬いが脆く壊れやすく、電気伝導性は絶縁体または半導体程度である。脆性破壊しやすいため加工が困難であり、研削や焼結で形成している。これに対し金属は金属結合で結びついた元素材料であり、柔らかいが靭性があり変形しやすい。高い電気伝導性や熱伝導性をもち、展性・延性もあるため加工がしやすい。
A. 液体を入れる容器としては土器、鉄、びん、プラスチック、アルミ使用されてきており、時代とともにより高性能、より扱いやすいものに変化していった。ものを形作るためには高い温度が必要になり、ニューセラミックスであるアルミナは融点が2030℃であり、加工のがしにくいなどの問題がある。ものを形作る方法としては溶かして型に入れる方法やスラリーを用いて形を作り、焼いて固める方法などがあるが、どちらも高温が必要になり、その高温の状態をつくるために工夫が行われるようになっていった。また、このような容器をよりよくするために容器の表面に灰や漆を用いてつるつるにしたりということがされてきた。 「高温加熱技術について議論しよう」「グループ名：セラミックス班」「共著者名：佐藤優生、佐々木悠杜、鈴木奏逞、須藤春翔」「役割：書記」。セラミックスの中核部品には断熱の仕組みがあり、熱を保持し断熱することによってエネルギー効率を上昇させ、より高い温度を実現させるという仕組みがある。この仕組みふくめほかの工夫などにもより、温度は1200~1500℃まで上げることができ、高温での加工、処理が可能になっている。 セラミックスとは金属や有機物材料以外の材料のことであり、タイルや窓ガラスなど様々な場所で利用されている。セラミックスの特徴としては金属等に比べ、硬くてもろいという短所、そして摩耗しにくい、耐熱性が高い、腐食に強いという長所がある。セラミックスという分類では様々な種類のものが分類されるため、金属や有機物素材では難しい特性でもセラミックスなら可能であることもあり、常に選択肢として頭に入れておきたい材料であるといえる。
A.講義ではまず、イオン結合の特徴について調べ、イオン結合が静電気力によって陰イオンと陽イオンが結合する結合かなり強い結合であり、高温処理によって切断しなくてはならないことを学びました。その中で、3000℃を超える温度でも変質しにくいセラミックス（高機能セラミックス）が代表的であることをまなびました。たとえば、炭化ケイ素（SiC）やジルコニア（ZrO?）などは、エンジン部品や熱遮蔽材（サーマルバリアコーティング）に使われ、軽量・高強度・耐熱性を兼ね備えています。 発表では高温加熱技術について議論し食器の生成法について調べました。(グループ名：りかちゃむ 共同発表者 榎本理沙 川端萌菜 羽生胡桃 遠藤由里香 白坂茉莉香 ）選んだ食器の生成法は高温焼成です。シャトル窯を利用し、このシャトル窯は高温で均一性が高く、品質が安定し、パッチ式と呼ばれる方法を用いています。原理・方式についてはガス・電気を利用して加熱し、放射・対流・伝導で熱が伝わります。最高到達温度は素焼きで800から1000度本焼きで1200度から1300度まで上がるそうです。 復習として窯業製品と航空部材の関係について調べました。窯業製品は、通常の金属では融けたり変形するような1000～3000℃の高温環境でも性能を維持できるため、ジェットエンジンのブレード、ロケットノズル、再突入機の外壁などに使用されることがわかりました。また、絶縁性や耐摩耗性にも優れており、電子部品やセンサーの材料にも広く応用されていることがわかりました。
A.イオン結合の特徴として硬くて融点が高い。アルミナは展性や延性がないため原料の粉剤を個体と液体が混ざったスラリーという状態にする。また、茶碗を焼くのに必要な温度は1200?1300℃でアルミナの融点と同様に高温であり、後から成形することは難しいため、先に成形して焼き上げる。そして、今となっては半導体材料であるSiCは、バンドギャップが３．０で半導体として実用化するのが難しかった。 ワークショップの演題は高温加熱技術について議論しようであった。グループ名はFrontRightで共著者名は、笹原里音、鈴木晴琉、小野翔太、黒沢行博、日下陽太で自分の役割として調査者であった。私たちの班は陶器を作る電気炉について取り上げて、用途として金属やガラスの溶解・焼成を行いガラス製品や半導体の成形を行う。最高温度は大気炉の場合、約1800℃にも達する。 復習として、セラミックと金属の違いについて調べ、選んだセラミック材料はアルミナであり、金属材料はステンレス鋼であった。アルミナの熱膨張係数はステンレス鋼よりも低かった。このアルミナの性質を利用して様々な工業製品に応用されていると考えた。実際に、この性質の違いを利用してアルミナは医療機器の部品として応用されている。一方でステンレス鋼は自動車のマフラーとして応用されている。
A.１．今までは、配位結合や、金属結合についてやってきたがこれからは、共有結合とイオン結合についてやっていく。その具体例である、窯業（ようぎょう）は共有結合によりたがいに電子を出し合って結合している。セラミックスには、ニューセラミックスというものがあり、酸素が結合するとアルミナや、ジルコニアのように呼び名が変化する。イオン結合はクーロン力により結合し、簡単には溶けないため高温処理が必要になる。そのため炉が必要になる。 ２．私たちのグループでは、グループ名をFront Rightとし、陶器の中から具体例をあげ、その製造に使用されている炉について調査、ディスカッションした。我々は、お茶碗を例に挙げた。電気炉が使われており、セラミックスや、金属ガラスの溶解焼成に使用され、およそ１８００℃まで最高温度として加熱することができる。 ３．陶器ということでたぬきのおきもので有名な信楽焼について調査した。初めは京都にあった窯元が信楽（滋賀県）に移り、たぬき専門の窯元としてお店を開き、昭和天皇に歌を詠んでいただいたことを境に全国的に有名になり、大繁盛したということが分かった。
A.①土器の作り方について。セラミックスは焼き物を指している。ケイ酸塩鉱物を原料として窯を用いて高温処理されている。窯業またはケイ酸塩工業とも称された。アルミナは共有結合である。共有結合は簡単には溶けないので2030℃という高温処理が必要となる。お茶碗については1200℃?1300℃で作る。溶かして円盤状にして変形することで製造できる。 ガラスやプラスチックは融点ではなく軟化点をもつ、高分子材料である。最近の流行としてはケイ素や炭素を用いることである。 ②発表では、瓦の製造方法について調査した。瓦の加熱方式は連続式焼成炉である。長いトンネル状の炉内を瓦がコンベアに乗って移動させる。工程としては予熱、焼成、冷却を連続的に行い瓦を製造する。焼成温度は1000?1100℃、最大到達温度は1200℃であることが分かった。 ③復習では、漆について調査した。漆は海外でもUrusiとして呼ばれている。漆の主成分はウルシオールという樹脂分で、そのほかに水分、ゴム室、酵素などを含む。ウルシオールは空気中の酸素と反応して酸化重合し、漆膜を形成して固まる。この酸化重合はウルシに含まれる酵素「ラッカーゼ」が関与しており、温度や湿度によって活性化される。
A.この講義では窯業についての材料や半導体に使われる物質などが紹介された。窯業に使われる主要な原料としてアルミナがあり、融点が2030℃であり、イオン結合であることから高温処理が必要であるが耐火性、耐摩耗性、電気絶縁性に優れておりセラミックスなどを作れるため窯業が用いられる。この融点2030℃というのは鉄の約1500℃、アルミの約700℃と比べても非常に高いことがわかる。また半導体に用いられる原料はGe、Si、SiCの順に変わってきており、これはバンドギャップの大きい順となっている。 私たちの発表では登り窯の構造及び仕組み（ガスと炎が下段の燃焼室から上段の焼成室へと効率よく流れ熱を無駄なく利用できる仕組みなど）を調査しまとめて発表としました。 復習としては講義内で出てきた「サイアロン」という単語について理解が追い付かなかったため調査を行った。サイアロン（SiAlON）は、ケイ素（Si）、アルミニウム（Al）、酸素（O）、窒素（N）からなるファインセラミックスの一種で、化学式はSi?N?（窒化ケイ素）の結晶構造中のSiとNの一部をAlとOが置き換えた形で、窒化ケイ素よりもさらに優れた特性を持ち、高温での強度や耐熱性、耐摩耗性、耐食性に非常に優れているのが特徴。そのことから高い信頼性が求められる工業分野で広く利用されており、主な用途としては切削工具、エンジン部品、ベアリング、溶融アルミニウム用のるつぼなどが挙げられる。また、近年ではLEDの蛍光体としても活用され白色LEDに不可欠な材料となっていることを学んだ。
A. 今回の講義ではイオン結合性セラミックスを扱った。セラミックスは高温処理により製造され、主成分のAl?O?は融点2030℃と高い。イオン結合は電気陰性度差による電子授受で形成され、クーロン力で凝集する。高性能品にはセラミックスモールドが用いられ、安価品には樹脂モールドが使われる。高分子材料は融点でなく軟化点を持ち、例としてテフロン樹脂は340℃で軟化する。 今回の発表では食器の高温焼成について調べた。シャトル窯を用いる必要があり、高温の均一性が高く、品質が安定するのが特徴である。原理としては、ガス・電気を使用して加熱し、放射・対流・伝導で熱が伝わる。最高到達温度は素焼きだと800~1000℃、本焼きだと1200~1300℃とされている。 今回の講義の中でセラミックスが取り上げられ、その中でもバイオセラミックスについて、調べた。バイオセラミックスは、生体適合性に優れたセラミック材料で、人工骨や歯科インプラントなど医療分野で広く利用される。主に酸化アルミニウムやハイドロキシアパタイトなどが用いられ、硬度・耐摩耗性・化学的安定性が高く、骨との結合性も良好である。再生医療やドラッグデリバリーへの応用も進んでいる。
A.①今回の講義では、3000℃という想像を絶する超高温が、現代の航空機や宇宙開発に不可欠な高性能な航空部材を生み出す窯業技術の核心であることを深く学びました。一般的な陶器や磁器制作における加熱温度が千数百℃であるのに対し、航空部材に用いられる先進セラミックスでは、より高い温度での焼成が求められます。また、セラミックスの電気的特性を決定する重要な要素としてバンドギャップエネルギーが挙げられ、製造プロセスで用いられるスラリーについても解説されました。 ②窯業分野において、**3000℃**に達する超高温プロセスを支えるのは、耐火煉瓦の存在が不可欠です。これらの特殊な煉瓦は、製鉄炉やガラス溶融炉、そして航空部材製造における焼成炉など、極めて過酷な高温環境に耐えうるよう設計されています。耐火煉瓦は、単に熱に強いだけでなく、化学的安定性も持ち合わせ、高温下での反応や溶融から炉壁を保護し、安定した生産を可能にする重要な役割を担っています。 ③今回の講義の復習では、まず窯業における加熱温度が、一般的な陶器や磁器制作における加熱温度から航空部材用セラミックスの3000℃といった超高温まで広範にわたることを理解することが重要です。次に、セラミックスの成形において、粉末を液体に分散させたスラリーが重要な役割を果たすことを確認します。さらに、セラミックスの電気的特性を決定するバンドギャップエネルギーの概念を把握し、それが材料の機能にどのように影響するかを整理することが不可欠です。
A. 第６回のテーマは「３０００°Cが作る航空部材―窯業―」であった。土器、陶器、磁器など、硬く美しい器を作るために必要なことは、良い土を探すこと、良い薪を探すこと、そしてそれらを高温で焼き上げる良い窯を作ることであった。窯をより高温にするためには熱エネルギーができるだけ外に逃げないように窯に閉じ込めるとともに、燃料である薪に空気を効率よく送ることが必要であった。燃焼速度を最大限に挙げて窯の中に閉じ込めることで、１２００°Cまで温度を上げることができるようになった。 無機個体材料を製造することを窯業、ケイ酸塩工業またはセラミックス工業ということもある。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った。 グループワークでは、「高温加熱技術」について調査した。私たちのグループでは、ガラス製造の高温加熱技術を取り上げた。板ガラスの製造方法の中で最も主流であるのはフロート制法である。これは、溶かしたガラスを窯から送り出し溶融金属の上を流して製造する方法である。このときのガラスを溶かすための温度は１４００℃である。
A.①セラミック(ceramics)は、ギリシャ語のkeramosを語源とし、当初「やきもの」をさして使われた。この後セメントやガラスも同じく分類されるようになった。またこれらがケイ酸塩鉱物を原材料として釜を用いて高温処理される。このセラミックは大きく二つに分類されクラシックセラミックスとニューセラミックスである。この二つは電気を使うか使わないかで分けることができる。また、半導体は高性能だとセラミックスモールドを使われ、低性能だと樹脂モールドが使われる。 ②グループワークでは窯業の工業製品として高温焼成の食器を選んだ。シャトル窯で作られシャトル窯は高温の均一性が高く品質が安定している。原理はガス、電気を使用して加熱し、放射、対流、伝導で熱が伝わる。 最高到達温度は素焼きが800℃から1000℃、本焼きが1200℃から1300℃である。 ③シャトル窯のイメージ図を考えた。シャトル窯の中は下から上に空気が循環されており全体として温度を均一にするようになっている。シャトル窯の中に食器を入れ加熱している。この時、作品を台車に乗せることで作業効率が上がる。床上でこの技術を使い、床下では排煙を外に出す仕組みが作られている。食器を作る方法として他にも電気窯やガス窯が使われる。電気釜は家庭用でも使える、ガス窯は火力が強く還元焼成などが可能という利点を持つ。
A.１．窯業について学んだ。窯業はケイ酸塩工業とも呼ばれ、ケイ酸塩鉱物を原料として窯で高温処理することでセラミックスという製品を得られる。例えば、製品の１つである茶碗は原料を溶かし、スラリーにしてから変形させ、この間は1200~1300℃で焼く。セラミックスの原料は高純度のアルミナやシリカである。アルミナは融点が非常に高いため、窯に工夫を施す必要がある。また、アルミナはガラスやセラミックス耐熱材容器の原料となる。一方、シリカはガラスやセメント、陶磁器の原料となる。 ２．演題：高温加熱技術 共著者：山?紀々香、向田有稀、長橋昂汰、金子乃々楓、永井日奈 自身の役割：調査 窯業の工業製品として耐火れんがを選んだ。耐火れんがは製鉄所の高炉などに使われている。加熱原理としてはシャトルキルンやトンネルキルンなどのガス燃焼炉によって製造されている。ほかにもロータリーキルンといった方式がある。最高到達温度は、通常のれんがでは1400~1800℃、特殊耐火物では最大2000℃前後まで上昇する。 ３．シャトルキルンなどの燃焼炉では、台車などの搬送装置に材料をのせ、炉内を移動させて焼成を行うことで製品を製造している。単に焼成するのではなく材料を移動させて焼成するという技術から、窯業の製造における試行錯誤が現れていると考えられる。
A.
A.①今回の授業では、高温処理による産業について学んだ。高温処理の産物として、ガラスやセラミックセメントなども挙げられた。Al2O3は融点が2030度である。高温なのは、イオン結合であるために、結合が強力であるためである。そのため高温でなければ加工ができない。分子の長さによって固まる温度が異なる。また、SiCについても学んだ。教科書より半導体とバンドキャップエネルギーについて学んだ。 ② グループワークでは窯業の工業製品として、高温焼成の食器を選んだ。シャトル窯で作られ、シャトル窯は高温の均一性が高く、品質が安定しており、パッチ式と呼ばれる方法を用いている。原理はガス、電気を使用して加熱し、放射、対流、伝導で熱が伝わる。 最高到達温度は素焼きが800℃から1000℃、本焼きが1200℃から1300℃である。 ③今回の授業では、初めにセラミックについて学んだ。セラミックは当初焼き物を指して使われた。セラミックはセメントやガラスと同じく分類されるようになり、これらは計算塩鉱物を原材料として釜を用いて高温処理される産物である。またセラミックはクラシックセラミックスとニューセラミックスに分けられ。この2つは電気を使うか使わないかによって分類される。またアルミナイオン結合について学んだ。アルミナイオン結合を持つと融点が高くなるため、高温処理が必要になる。原料の粉末をスラリーと言う個体の粒と液体が混合された状態にする。半導体は高性能だとセラミックスモールドを使われ、低性能だと樹脂モールドを使われる。また漆についても学んだ。漆は鉄触媒を使って融合させるものであり、鉄の酸化物の色である赤と黒でできている。漆は英語でジャパンとも言われる。日本の伝統的な産物である。
A. セラミックスは焼きものを指して使われた。また、陶磁器や耐火物の他に、ガラス、セメントなどの分類に加えるようになった。ケイ酸塩鉱物を原料とし、窯を用いて、高温処理されることから、窯業やケイ酸塩工業と言われるようになった。 イオン結合は静電気的な引力による結合で強い結合であり、簡単に単離することができず、高温処理が必要である。比較すると、アルミナ(イオン結合)の融点は２０３０℃、鉄(金属結合)は１５００℃、アルミ(共有結合)は６００℃である。お茶碗などの陶磁器は１２００?１３００℃の熱で作られる。この高温をつくるには、窯をつくるのに工夫がいる。 原材料の粉末をスラリー(固体＋液体)の状態にする。 軟化点が高い樹脂はフッ素樹脂(テフロン)であり、熱に強く、フライパンに用いられる。 ガラスの軟化点は、800℃である。 江戸時代には、お米がお茶碗とかに引っ付かないように、灰が塗られた。現在では、釉薬という。化学式でのコロンは賦活剤を示す。 グループワークではガラスの製造方法について取り上げた。順序について調べた。まず、原料貯蔵し、それを調合する。溶融は1400℃の高温で焼成を行い、成型し、徐冷、洗浄作業をした後に、切断することで出荷される。
A. ① 容器は、湯呑、ガラス、スチール、アルミの順で発明されていった。湯呑やガラスは、粘土鉱物を窯で1200?1300℃で加熱することで作られる。焼き物の特徴は、非常に強固な材料であり一度完成させてしまうと、加工が難しいことが挙げられる。そのため、固体と液体が混合しているスラリー状態で形成したのち、高温処理することで形成する。一方、ガラスは融点を持たないが軟化点を持つため、柔らかく曲げて加工することが可能である。 ② グループでは、陶磁器を作るための炉の種類について調査を行った。炉については特に、電気炉と登り窯について調べた。電気炉は炉の内部の全面に線状の発熱体が張り巡らされており、均等な加熱を可能にしており、登り窯は内部の炎が上の窯に向かって登っていくことで、内部の温度を1300℃ほどに保つことが可能であるほか、多くの窯が連なっている構造をとることで、熱を効率的に利用できることが分かった。 ③ 復習として、セラミックと金属の違いについて調査を行った。金属とセラミックの違いとしては、耐熱性、電気伝導性、硬度の違いがみられた。耐熱性については、セラミックスのほうが金属に比べ、融点が高いことから耐熱性が高いといえる。電気伝導性については、セラミックスは絶縁体であり、金属のほうが伝導性に優れているといえる。硬度については、セラミックスのほうが高いものの割れやすいともいうことができる。これらの性質を生かして、現実では材料が使い分けられていたと考える。
A.今回は共有結合やイオン結合について焦点を当てて学んだ。そもそも共有結合とイオン結合は何かというと、共有結合はたがいに電子を出し合う結合でこれをもつものは融点が高いのに対して、イオン結合はクーロン力で引き寄せられる弱い結合とされている。また、共有結合を持つ物質の中でガラスやプラスチックなどは融点とは言わず軟化点といい、このような軟化点を持つ物質は加工が大変とされている。 演習は窯業の工業製品をひとつ選び、その製造に使われる炉の高温加熱技術の原理と方式、最大到達温度について調べるものだった。今回セラミックス包丁を工業製品として挙げた。希土類材料研究センターによるとセラミックスの加工として放電プラズマ焼結法というのがある。これは型に充填した原料粉を加圧しながらパルス通電加熱で焼結する方法である。 別の演習では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ずつ選び、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性質の違いがどのような工業製品に応用されているか調べた。セラミックスからアルミナを上げた。密度は3.9g/mol、熱伝導率は25～35W/(m・K)、比熱は0.75～0.85kJ/(kg・K)、融点は2050℃。強度が高く断熱性や電気伝達性に優れているため電気関連に用いられている。金属材料からは鉄を上げた。密度は7.87g/mol、熱伝導率は67W/(m・K)、比熱は461J/(kg・K)、融点は1539℃。熱伝導率は金属の中では低め。電気を供給するのは鉄単体では適さないとあった。
A.①講義では窯業について学んだ。アルミナは融点2070℃、鉄は1500℃と、イオン結合性の物質は融点が高く高温処理が必要である。陶器は1200?1300℃で焼き上げられ、表面は釉や漆などを用いてコーティングされる。ガラスの軟化点は約800℃。スラリーとは固体と液体の混合体である。レオロジーではニュートン流体やダイラタンシーが知られている。 ②グループワークではアルミナセラミックスの製造について調査を行った。アルミナセラミックスの製造の際には炉を使うが、炉の種類は電気炉である。これは電気を使って加熱を行う方式である。またアルミナセラミックスは熱に非常に強いという特性を持っている。 ③復習ではセラミックスと鉄の違いや、それぞれの良い点悪い点についてまとめた。セラミックスは硬くて軽く、耐熱性や耐腐食性に優れているが割れやすい。一方で鉄は粘り強く衝撃に強くて加工しやすいが、重くて錆びやすくなっている。セラミックスは電子部品や耐熱材料に適し、鉄は機械部品などに多く使われている。
A. 窯業について学んだ。アルミナの融点は2030℃ で、鉄は1500℃、アルミニウムは660℃である。このことから、イオン結合は融点が比較的高い。例えば茶碗は1200?1300℃で焼くが、この高温を出せる窯を作れるかどうかがカギになる。ガラスとプラスチックはランダムな原子、分子の集まりとして液体になるため、軟化点をもつが明確な融点を持たない。SiCはバンドギャップエネルギーは3.0eVで、今流行っている材料である。Geはバンドギャップエネルギーが最も低いため一番最初に実用化された。 グループで議論した演題は、高温加熱技術について議論しようで、グループ名はかわらでメンバーは近ありす、大濱風花、立花小春、小笠原大地、HUYNHVINH KHANGであった。自分の役割は、発言であった。私たちのグループは窯業の瓦について調べた。作り方としては原土から供給・原土処理(ブレンド)、土練、成形、乾燥、吐け土塗布、焼成であった。焼成はトンネル窯を用いて行い、その温度は1005℃?1010℃であった。トンネル窯による焼成は長いトンネル状の炉に瓦をのせた台車を移動させて行うことが分かった。 工業製品として、瓦を選んだ。瓦は原土処理、土練、成形、乾燥、吐け土塗布、焼成の工程からつくられる。1005℃?1010℃のトンネル窯が使われている。トンネル窯は、台車に瓦を並べ、窯の中を移動させることで焼成できる。生産性に優れた構造で、大量生産が可能である。入口から出口の間に予熱、焼成、冷却工程が一括管理できる構造になっている。 焼成方法は燃焼ガスの排熱を利用した「流し炊き」方式である。これは焼成帯をバーナーで焚き、発生した燃焼ガスを予熱帯に流し、製品を加熱した窯口付近で排気している。昇温域の温度は、最高温度域で発生した燃焼ガスの熱量によって決まる。また、窯内は上下の温度差が発生しやすく、燃焼ガスの流れがさらにこの温度差を助長する。そのため、温度を自在に制御したり、温度分布を均一にするには、大量の燃焼ガスを高温で排気したり、大量の空気を投入する必要がある。
A.①テーマはセラミックス、ケイ酸塩鉱物を原料として釜を用いて高温処理する窯業についてである。茶碗を作る際には温度を1200℃-1300℃にする必要があり、このように高温にするには窯の内部に熱線を張り巡らせているのではないかという意見が出た。また、ガラスやプラスチックは融点を持たない代わりに軟化点を持っており、軟らかくしてから変形して固めている。 ②窯業を利用した工業製品の発表では、陶磁器を選択した。グループ名は右後ろで、グループのメンバーは私を含めて福田徳馬、藤森隼也、久保明裕、宮入丈、鈴木佑涼であり、私の役割は調査であった。陶磁器の製造には、電気炉と登り窯が使われていてどのような構造をしているのか調べられた。 ③【平常演習】「セラミックと金属の違いについて」に取り組んだ内容を次に示す。セラミック材料としてアルミナを、金属材料として鉄を選んだ。ビッカース硬度を比較すると、アルミナは1550HVで鉄は110HVだから、アルミナの方がより硬度が高いといえる。このようにアルミナは硬度が高いので、耐摩耗部品や人工骨に使われている。
A.① クラシックセラミック スとニューセラミックスの分類 およびa-アルミナ・ガラス・テ フロンの融点・軟化点、チクソ トロピー性を学び、②セラミック成形技術としてスラリー操作とレオロジー特性を示す動画を発表し、③ 主要材料の軟化点 一覧と成形プロセスの要点を復習しました。
A.① セラミックスや高温で加工される材料の製造原理について学んだ。セラミックスは、ケイ酸塩などを原料にして高温で焼き固めるもので、陶磁器や建材のほか、科学装置にも利用されている。特に、アルミナのような共有結合性をもつ物質は非常に高い融点を持ち、2000℃以上の処理温度が必要となる。 一方、ガラスやプラスチックは軟化温度で加工可能であり、溶融状態にして成形する点が金属やセラミックスと異なる。また、セメントのように鉱物を混合し焼成する材料もあり、使用される炉や加熱技術はその素材に適した方法が取られている。 ② 「瓦の製造工程」について調査した。瓦はトンネル式の焼成炉を用いて加熱され、予熱・焼成・冷却を連続的に行う構造で、焼成時には1000℃を超える温度が必要となる。 ③ セラミックスと金属の違いを中心に整理した。セラミックスは硬くて高融点であり、溶かして流すのではなく、スラリー状の粘土を型に入れてから焼成するという形で加工される。成形後の加工が困難なため、最初の段階で形を決める必要がある。 また、伝統的な材料である漆にも注目し、漆が空気中の酸素と反応して硬化する性質をもつことや、そこに含まれる酵素が化学的に重要な働きをしている点が印象的だった。化学の知識は、古くからの技術の背景にも深く関わっていると実感した。
A.?土器や陶磁器、ガラス、セメントなどは、ケイ酸塩鉱物を原料とし、高温の窯で焼成されることで作られます。イオン結合をもつ物質の成形には高温処理が必要で、たとえばアルミナの融点は2030℃、鉄は1538℃に達します。茶碗づくりでは、粉末原料を水と混ぜてスラリーとし、形成後に約1200?1320℃で14～18時間焼き上げます。表面には灰釉を施すことで防水性が高まります。かつては木製器に漆を塗って水の浸透を防いでいました。ガラスは融点を持たず、軟化点（700?900℃）で成形され、テフロン加工のフライパンは320℃程度で軟化します。粘度が流速に依存しないニュートン流体や、不定比化合物（ノンストイキオメトリック）であるサイアロンなど、セラミックは厳密な整数比を持たない組成も特徴です。賦活剤は蛍光体としても利用され、青色ランプなどに使われます。 ?「高温加熱技術について」 瓦 山中麻央(執筆)、渡邉陽菜、赤嵜亮太、内藤樹 窯業の工業製品について、瓦の製造について調べた。瓦を製造するには約1300℃という高温を要する。例として、石州瓦は高い耐火度を持つ粘度と釉薬を登り窯という房が10?18段ある窯で高温焼成し、製造している。登り窯は1500℃以上の高温が可能である優れた高温加熱技術の一つである。 ?窯業の工業製品として、瓦を選んだ。瓦は私たち生活を昔から支えている製品である。瓦の主な原材料は粘度であり、成形した後、約900?1300℃で高温焼成する。例として、耐火度の高い粘度と釉薬を原料とする石州瓦は巨大な登り窯を利用して1300℃という高温で焼成していた。登り窯とは焼成室が階段状に連なる連房式という形でこの構造では、焼成室同士を繋ぐ狭間穴を通じて炎が次々と登り、窯全体を高温に保つことができる。地上にあるため湿気の影響を受けにくく、熱効率が大幅に向上し、量産に適した窯となった。この焼成は通常約60時間続く。
A. 無機固体材料を製造することの窯業について学びました。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ったファインセラミックスについても知り、種類や、用途について学びました。また熱処理では工業炉の焼入れの処理方法の全体熱処理や表面処理があり、浸炭炉や真空炉などにも分類され、処理品の加工目的に応じて使い分けられます。 グループワークでは高温加熱技術について議論しました。私たちの班では、窯業の工業製品として瓦を選びました。 例としては石州瓦が挙げられ、1300℃で高温焼成され高い耐火度を持つ粘度と釉薬で製造されます。 登り窯は房が10?18段で1500℃以上の高温が可能になっています。またセラミックスと金属の違いについてはセラミックスとは、広義では窯業製品の総称として用いられ、無機物を加熱処理し焼き固めた焼結体を指す。金属や非金属を問わず、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物などの無機化合物の成形体、粉末、膜など無機固体材料の総称として用いられています。伝統的なセラミックスの原料は、粘土や珪石等の天然物で、一般的に純金属や合金の単体では「焼結体」とならないためセラミックスとは呼ばれないと調べました。 今回の講義を通して、製造することで重要な窯業について理解を深められました。別の講義で焼入れや焼なまし、焼なましなどについての単語は学びましたがそれについて詳しく学ぶことができたので面白かったです。
A.人類は古くから土器を用いて暮らしを支えてきた。土器は粘土を成形して焼いたもので、最も古いセラミックスの一種である。古代では主に食器や保存容器に使われたが、現代ではセラミックスは電子部品や耐熱部材などにまで活用されている。セラミックスの中でも代表的なものの一つがアルミナである。これは非常に高い融点（約2050℃）を持ち、耐熱性や機械的強度、絶縁性に優れている。そのため、切削工具や絶縁体、半導体基板、さらには光ファイバーの被覆材料など、さまざまな先端技術に利用されている。金属材料と比較すると、セラミックスの特徴がより際立つ。たとえば、鉄の融点は約1538℃、アルミニウムの融点は約660℃と、アルミナと比べて低い。アルミは軽量で加工しやすく、構造材料として広く使われているが、耐熱性ではセラミックスに劣る。一方、光通信技術の発展を支える光ファイバーは、石英ガラスなどの高純度なシリカ系セラミックスを細く延伸して作られる。内部全反射を利用して光信号を長距離伝送できるため、通信の高速化と省エネルギー化に貢献している。光ファイバーは、その透明性と精密な製造技術により、インターネットや医療分野、センサー技術にも欠かせない存在となっている。このように、古代の土器から現代の光ファイバーまで、セラミックスは常に人類の技術の進展に寄与してきた。今後も、その特性を活かした新たな応用が期待されている。
A.①液体は、決まった形を持たないため、こぼさずに持ち運ぶための入れ物が必要不可欠である。古代の入れ物として考えられているのは、木の葉や獣の皮、そして「土器」である。アムール川の土器は、世界で最も古い土器の一つであり、日本の縄文土器の起源として考えられている。土器の作り方は、まず粘土を用意し、形を作り、最後に高熱処理を施す。粘土やケイ素、石灰岩などの非金属に高熱処理を施して製品を製造する工業を窯業という。そして、窯業によって生み出されるガラスやセメント、陶磁器をセラミックスという。 ②半導体パッケージのメタライズ焼成には、セラミック炉が利用されている。セラミック炉は、内部構造や断熱材にセラミックスが多用されている炉である。セラミック炉の特徴として、断熱性がある。セラミックスは熱伝導率が低いため、炉壁にセラミックスを使用することで、熱を外部に漏らさず、効率よく熱処理を行うことができる。その内部温度は1200℃から1500℃とされている。 ③セラミックスが利用されているものについて調べた。セラミックスは、高硬度、耐熱性、耐食性、電気絶縁性などの優れた性質を多く持つため、幅広い分野で利用されている。包丁やIHコンロなどの身近なものから、自動車のエンジン部品、人工関節などまである。
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大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
