セラミック構造（続き）
セラミックガラス
完全にガラス状の構造を有するセラミックスは、金属のものとは全く異な 液体状態の金属が冷却されると、融点に達すると結晶性固体が析出することを思い出してください。 しかし、ガラス状の材料では、液体が冷却されるにつれて、それはますます粘性になる。 急激な融解や凝固点はありません。 それは液体から柔らかいプラスチック固体に行き、最終的に堅く、壊れやすくなります。 この独特な特性のために、それは金属のように鋳造され、転がされ、引かれ、そして別の方法で処理されることに加えて形に吹くことができます。
ガラス状の挙動は、材料の原子構造に関連しています。 純粋な無水ケイ酸（Sio2）が一緒に溶ければ、ガラス質の無水ケイ酸と呼ばれるガラスは冷却で形作られます。 このガラスの基本的な単位構造は4つの等距離の酸素原子によって囲まれる単一のケイ素原子で構成される無水ケイ酸の四面体です。 ケイ素原子は酸素原子間の開口部（格子間）を占め、共有結合によって酸素原子と四つの価電子を共有する。 シリカ原子は4つの価電子を有し、それぞれの酸素原子は2つの価電子を有するので、シリカ四面体は隣接する四面体と共有する4つの余分な価 ケイ酸塩構造は、Sio2四面体の2つの角の原子を共有し、鎖または環構造を形成することによって一緒に連結することができる。 シリカ四面体鎖のネットワークが形成され、高温ではこれらの鎖は容易にお互いを過ぎてスライドします。 溶融物が冷却されるにつれて、熱振動エネルギーが減少し、鎖は容易に移動できないので、構造はより剛性になる。 シリカはガラスの最も重要な成分ですが、特定の物理的特性を変化させたり、融点を下げたりするために他の酸化物が添加されます。
セラミック結晶または部分的に結晶性材料
ほとんどのセラミックスは、通常、イオンまたは共有結合を有する金属および非金属元素の両方 したがって、金属原子の構造、非金属原子の構造、および価電子によって生成される電荷のバランスを考慮する必要があります。 金属と同様に、単位セルはセラミックスの原子構造を記述するのに使用されます。 立方体と六角形のセルが最も一般的です。 さらに，金属イオンと非金属イオンの間の半径の差は単位セルの配置において重要な役割を果たす。
金属では、原子が密に充填された平面に規則的に配置されると、応力下での滑りが発生し、金属に特徴的な延性が与えられる。 セラミックスでは、原子の配置と結合の種類が異なるため、スリップではなく脆性破壊が一般的です。 セラミックスの破壊面またはへき開面は、規則的に配置された原子の面の結果である。
結晶構造の構築基準は次のとおりです:
- 中立性を維持する
- 電荷バランスは、化学式を指示します
- 最も近いパッキングを達成
ガラスファミリーの外のセラミック材料の異な
ケイ酸塩セラミックス
前述のように、シリカ構造は、多くのセラミックスだけでなく、ガラスのための基本的な構造です。 それは、ピラミッド（四面体または四面）単位からなる内部配置を有する。 四つの大きな酸素（0）原子がそれぞれの小さなシリコン（Si）原子を取り囲んでいます。 シリカ四面体が三つの角原子を共有すると、層状ケイ酸塩（タルク、カオリナイト粘土、雲母）を生成する。 粘土は煉瓦およびタイルのような多くの建物プロダクトのための基本的な原料です。 シリカ四面体が4つのカマー原子を共有するとき、それらは骨格ケイ酸塩（石英、三等晶）を生成する。 石英は、この材料中の四面体が規則的で整然とした方法で配置されているときに形成される。 溶融状態のシリカが非常にゆっくりと冷却されると、凝固点で結晶化する。 しかし、溶融シリカがより急速に冷却されると、得られる固体はガラスである無秩序な配置になる。
セメント
セメント（ポルトランドセメント）は、コンクリートの主な成分の一つです。 セメントのいくつかの異なった等級がありますが、典型的なポルトランドセメントは19から25%Sio2、5から9%Al2O3、60から64%CaOおよび2から4%FeOを含 セメントは、粘土と石灰岩を適切な割合で粉砕し、窯で焼成し、再研削することによって調製される。 水が添加されると、ミネラルは分解または水と結合し、新しい相が塊全体に成長する。 反応は、溶液、再結晶、およびケイ酸塩構造の沈殿である。 通常、構造の一部ではなく、それを弱める過剰を防ぐために水の量を制御することが重要です。 セメントの設定の水和の熱（水の吸着の反作用の熱）は大きく、大きい構造で損害を与えることができます。
窒化物セラミックス
窒化物は、セラミックスの優れた硬度と高い熱的および機械的安定性を兼ね備えており、切削工具、耐 錫は、おそらく最も単純で最もよく知られている構造タイプの立方構造を持っています。 陽イオンと陰イオンの両方が別々のfcc格子の節点にある。 Ti原子とN原子（格子）が交換されると、構造は変化しません。
強誘電体セラミックス
結晶構造に応じて、いくつかの結晶格子では、外部電界を印加しなくても正と負の電荷の中心は一致しません。 この場合、結晶には自発分極が存在すると言われています。 誘電体の分極が電場によって変化することができるとき、それは強誘電体と呼ばれる。 典型的なセラミック強誘電体はチタン酸バリウム、Batio3である。 強誘電体材料，特に多結晶セラミックスは，圧電-電歪変換器，電気光学などの応用分野において非常に有望である。
相図
相図は、多相金属材料と同様に、多相セラミックスの微細構造の形成および微細構造の制御を理解する上で重要である。 また、非平衡構造は、より複雑な結晶構造が核形成し、溶融物から成長することがより困難であるため、セラミックスにおいてさらに一般的である。
セラミックスの欠陥
セラミック結晶の欠陥には、金属のような点欠陥や不純物が含まれます。 しかし、不均衡な電荷の領域の作成は大量のエネルギーの支出を必要とするため、セラミックスでは欠陥形成は電荷中立性の条件によって強く影響される。 イオン結晶では、電荷の中立性は、多くの場合、反対の電荷を有するイオンの対またはすべての電荷の合計がゼロであるいくつかの近くの点欠陥とし 電荷中性欠陥にはＦｒｅｎｋｅｌ欠陥とＳｃｈｏｔｔｋｙ欠陥がある。 Ｆｒｅｎｋｅｌ欠陥は，ホスト原子が近くの格子間位置に移動して空格子点-格子間対の陽イオンを生成するときに生じる。 ショットキー欠陥は、近くの陽イオン空格子点と陰イオン空格子点の対である。 ショットキー欠陥は、ホスト原子がその位置を離れ、空格子点-空格子点対を作成する表面に移動するときに発生します。
場合によっては、組成がわずかに変化して、よりバランスの取れた原子電荷に到達することがあります。 明確に定義された化学式を有するSio2のような固体は、化学量論的化合物と呼ばれる。 固体の組成が標準化学式から逸脱する場合、得られる固体は非化学量論的であると言われる。 非化学量論と固体中の点欠陥の存在はしばしば密接に関連している。 陰イオン空格子点はSio2-xの非化学量論の源であり、
格子中の不純物原子の導入は、電荷が維持される条件で可能性が高い。 これは、格子陰イオンまたは電気陽性置換不純物を置換する電気陰性不純物の場合である。 これは格子distortionみに必要なエネルギーを最小にするのでこれは同じようなイオンの半径のためにより本当らしいです。 不純物の電荷がバランスされていない場合、欠陥が現れます。
