セラミックス・ガラス
イオン結合と配位数、代表的な結晶構造、焼結、ガラス転移、ワイブル統計による強度のばらつき、熱衝撃、誘電・圧電材料を3択問題で確認できます。計算問題も解説つきです。
—あなたの正答率
0 / 12解いた問題
セラミックス・ガラスの要点
セラミックスの多くはイオン結合や共有結合でできており、陽イオンの配位数は陽イオンと陰イオンの半径比でおおよそ決まります。NaCl型、CsCl型、ペロブスカイト型などの構造と配位数を押さえておきましょう。粉末を高温で焼き固める焼結は、表面エネルギーの低下を駆動力として進みます。
セラミックスは内部の小さな欠陥から脆性的に壊れるので、強度のばらつきが大きく、ワイブル分布で破壊確率を評価します。ガラスは過冷却液体の構造が凍結したもので、ガラス転移温度は冷却速度で変わります。BaTiO₃などの強誘電体は、コンデンサーや圧電素子として電子部品に欠かせません。
セラミックス・ガラスの問題一覧（12問）
- Na⁺のイオン半径を0.102 nm、Cl⁻のイオン半径を0.181 nmとする。半径比から予想される陽イオンの配位数はどれか。半径比が0.225〜0.414のとき配位数4、0.414〜0.732のとき6、0.732以上のとき8とする。
- CsCl型構造についての説明として正しいものはどれか。
- BaTiO₃などのペロブスカイト型構造(ABO₃)で、Bサイトの陽イオン(Ti⁴⁺)のまわりの酸素の配位数はどれか。
- セラミックス粉末の焼結についての説明として正しいものはどれか。
- ガラスを融液から冷却するときのガラス転移温度Tgについての説明として正しいものはどれか。
- あるセラミックスの強度がワイブル分布 Pf = 1 − exp[−(σ/σ₀)のm乗] に従い、尺度パラメータ σ₀ = 400 MPa、ワイブル係数 m = 10 である。300 MPaで負荷したときの破壊確率はどれに最も近いか。
- ワイブル係数 m = 10 のセラミックスで、体積Vの試験片の特性強度が500 MPaだった。同じ材料でできた体積10Vの部品の特性強度は、ワイブルの体積効果 σ₂/σ₁ = (V₁/V₂)の1/m乗 を使うとどれに最も近いか。
- あるセラミックスの曲げ強度が300 MPa、ヤング率が380 GPa、ポアソン比が0.22、線膨張係数が8.0×10⁻⁶ K⁻¹である。急冷による熱衝撃で割れ始める温度差の目安 ΔTc = σf(1 − ν)/(Eα) はどれに最も近いか。
- ZrO₂にY₂O₃を固溶させた安定化ジルコニア(YSZ)が、酸化物イオンの伝導体になる理由として正しいものはどれか。
- 圧電性と強誘電性の関係についての説明として正しいものはどれか。
- 比誘電率3000の誘電体層(厚さ2.0 µm)を面積1.0 mm²の電極で挟んだ平行板コンデンサーの静電容量はどれに最も近いか。真空の誘電率を8.85×10⁻¹² F/mとする。
- 部分安定化ジルコニアが高い破壊靭性を示す主な理由はどれか。