3Dプリント技術に対応した機能性セラミック材料の在庫

はじめに: セラミックスというと、多くの人はまず陶器や磁器を思い浮かべますが、機能性セラミックスは実は地球上で最も強くて丈夫な素材の 1 つです。機能性セラミックは、酸化物セラミックと非酸化物セラミックの 2 つのカテゴリに分けられます。これらの主な違いは、酸化物には少なくとも 1 つの酸素原子と別の元素が含まれており、それによって異なる特性がもたらされることです。特に、非酸化物セラミックは一般に導電性が優れ、硬度も高いのに対し、酸化物セラミックは溶融や焼結が容易なため、製造に使用しやすいという特徴があります。
さらに、上記機能性セラミックスは、フィラメント、粉末、樹脂など、さまざまな形態で積層造形に使用することができます。この記事では、Antarctic Bear が 3D プリント技術と互換性のある機能性セラミック材料をリストしていますが、粘土などの他の一般的に使用されているセラミック材料は含まれていません。これらの機能性セラミック材料は、航空宇宙、防衛、自動車、さらにはバイオメディカル分野に至るまで、さまざまな分野でますます使用されています。

酸化物セラミックス
アルミナ アルミナは積層造形に適した機能性セラミックスの一つで、幅広い用途があり、融点が2000℃以上、高温や熱衝撃に対する耐性が強いのが特徴です。アルミナは、その並外れた硬度から選ばれることが多く、ダイヤモンドに次いで最も硬い天然物質となっています。また、耐腐食性、耐高温性、電気絶縁性、熱伝導性、生体適合性にも優れています。電子機器（絶縁体）、生体医療用義肢、切削工具、航空宇宙などの主要な用途に使用されています。
△写真提供：ウミコア
ジルコニア ジルコニア素材は低温と高温の両方で優れた機械的特性を持っています。この材料は室温での熱伝導率が比較的低いため、極端な条件にさらされても優れた特性を発揮します。 1000°C を超える温度では、酸化ジルコニウムは優れた電気伝導体になります。高い硬度、耐摩耗性、化学的不活性、金属による腐食に対する耐性を備えているため、ジュエリー、生体医療機器、生体医療インプラント（特に歯科インプラント）、電子機器など、幅広い用途に適した素材です。
△写真提供：3DCeram
シリコン酸化物セラミックス 積層造形で使用されるもう一つのセラミック材料はシリコンベースのセラミックです。シリコンベースのセラミックは磁気コアの鋳造用に設計されており、その主成分は二酸化ケイ素です。多孔性はシリカの主な利点の 1 つであり、鋳造物からの除去プロセスが大幅に簡素化され、洗浄が容易になります。さらに、このセラミックは圧力に対して優れた機械的強度と堅牢性を備えています。シリコンはほぼすべての合金（コバルトを含むものを除く）に使用されており、非常に高温でも安定していることで知られています。
△写真提供：3Dceram
アイオライト コーディエライトはカイヤナイトとも呼ばれ、マグネシウム・鉄・アルミニウムの環状ケイ酸塩（二酸化ケイ素からなるケイ酸塩鉱物）です。コーディエライト機能性セラミックスは、主に航空宇宙産業の光学部品に使用され、積層造形が使用される分野を含む電気加熱技術にも使用されています。たとえば、瞬間電気温水器の絶縁体、加熱導体支持体、ガスバーナーのインサートなどはコージェライトで作られています。膨張係数が低いため、温度変化に対する耐性が非常に優れています。コーディエライトは耐摩耗性にも優れ、機械的強度も優れ、熱伝導率も低いです。コーディエライトは多孔質コーディエライトと緻密質コーディエライトに分けられます。多孔質コーディエライトは、高密度タイプに比べて曲げ強度は低いですが、耐熱衝撃性は高くなります。
△写真提供：Keramikverband
ハイドロキシアパタイト ハイドロキシアパタイトはバイオセラミック材料と考えることができます。アパタイト族に属する鉱物であり、骨の主成分の一つです。これは 3D プリントでよく使用され、他の技術とともにバイオメディカル分野での骨の再建にも使用されます。ハイドロキシアパタイトは生体活性物質でもあり、生体の骨や軟組織と直接化学結合を形成できます。ハイドロキシアパタイトインプラントは吸収性があり、移植後に体内から除去する必要がないため、特に興味深い点です。ハイドロキシアパタイト 3D プリントは、主に頭蓋骨、脊椎、整形外科用インプラントの製造に使用されます。
△写真提供：3DCeram
アルミナ複合ジルコニア素材 アルミナは酸化アルミニウムとも呼ばれ、粘土やエナメル質の組成に重要な役割を果たします。一方、ジルコニアは、類似した特性があるためダイヤモンドの親戚とみなされることが多く、特に耐久性に優れた宝石です。このように、硬化した酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムを組み合わせることで、工業および生物医学用途の特殊なセラミック材料が生まれます。アルミナ強化ジルコニアは、モース硬度と靭性が高いため、バイオメディカル用途、特に歯科用途に適しています。高い生体適合性と、熱衝撃および摩耗に対する耐性により、口腔インプラント、歯科部品、その他のコンポーネントなどの歯科用途に最適です。
△写真提供：CHEMCO
非酸化物セラミック
炭化ホウ素 炭化ホウ素 (B4C) は、その硬度で知られる材料であり、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素に次いで世界で最も硬い材料の 1 つです。このセラミックは、耐摩耗性、耐圧性、耐熱性に優れ、密度が低く、熱伝導率が低いという特徴があります。主に航空宇宙用途（ノズルの製造）、原子力用途、防弾チョッキや戦車などの装甲装備の製造に使用されます。積層造形においては、最も広く使用されているセラミックではありませんが、フィラメント（炭化ホウ素とポリマーの混合物）や粉末の形で入手できます。
△炭化ホウ素は、フィラメントまたは粉末の形で積層造形に使用できる機能性セラミックです。写真提供: Fiven
窒化シリコン 窒化シリコンは、積層造形用の最も興味深い機能性セラミックスの 1 つです。これは鉱物（一部の隕石に含まれるネフライト）の形で発生する天然セラミックです。シリコン粉末を窒素雰囲気中で1400℃に加熱することによっても得られます。性能面では、窒化シリコンは耐摩耗性、耐腐食性、耐亀裂性に優れています。軽量で寸法安定性のある部品の製造に理想的な材料であるだけでなく、優れた電気絶縁体でもあり、溶融金属に対する濡れ性（液滴が固体表面に留まるか広がる能力を特徴付ける物理的特性）が低いという特徴もあります。この機能セラミックは、付加製造と組み合わせることで、さまざまな業界の幅広い用途に使用できます。最も注目すべき用途は、半導体、バルブおよびポンプ部品、加熱管の製造です。
△写真提供：UBE
窒化アルミニウム 窒化アルミニウム (AlN) は、アルミニウムと窒素の化学的結合であり、その特性には高い熱伝導性、効率的な電気絶縁性、優れた機械的強度などがあります。これらの特性により、エレクトロニクス業界、特にマイクロエレクトロニクス業界にとって第一の選択肢となります。窒化アルミニウムは、半導体構造や LED 技術のヒートシンクとしてよく使用されます。もう一つの利点は、プラズマに対して耐性があり、加工中に安全に使用できることです。
△写真提供：3DCeram
シリコンカーバイド シリコンカーバイドは、ダイヤモンドと似た組成を持つにもかかわらず（化合物中の炭素（C）とシリコン（Si）のサイズの違いを考えると、そうは思えない）、非常に耐久性の高い化合物であり、さまざまな誘導体が存在します。焼結または再結晶化されたものもありますが、積層造形を含む機能性セラミックとして優れた特性を備えています。これらのセラミックは、高い熱伝導率にもかかわらず、熱衝撃や摩耗に対する優れた耐性を特徴としています。シリコンカーバイドは優れた耐腐食性、高硬度、高温機械的特性を備えているため、自動車産業やエネルギー産業にとって理想的な複合材料です。主な用途としては、付加製造を含む暖房システム、電気自動車、電気自動車充電ステーションの部品の製造などがあります。
△写真出典：Arrow.com
中国では、北京市偉、武漢 3D セラミックス、浙江迅石、厦門スマートクレイ、厦門志創成クレイ、佛山光莱、西安ポイントクラウド、江蘇千都、嘉興饒吉、武漢仁泰来、深セン盛華 3D、昆山博里舞、黎陵九天、済南易瀝、上海淑瀝、Black Zircon Additive、上海美牌、俊景科技など、数多くのセラミック 3D プリントメーカーが登場しています。

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