セラミックス
第12回 7月 6日(火)
(ホームページ掲示:7月2日(金))
- 単位認定について -
(レポート課題および期末試験について)
担当教員 永山 勝久
2010年度 材料工学科 2年生 前期 専門必修科目
『セラミックス』 単位認定 について
(- レポート課題提出と前期末試験について -)
1. 「レポート課題」 について
① レポート課題提示:7月 6日(火)講義時
および ホームページに掲載(7月2日(金))
② レポート課題提出:7月20日(火)2限 講義終了時(3303教室)
1)履修者は必ずレポートを提出すること
※上記期日に未提出の場合は、単位は認定しない
2)4月以降、出席を計6回取ったが、遅刻ならびに欠席
が多い学生は、『レポート課題』に全力を注ぐこと
【注意】
1.レポートは必ずA4サイズの用紙を使用すること(※ 表紙を必ず付けること)
2.手書きの場合は、黒色万年筆、黒色ボールペン(※ 鉛筆書きは不可)
3.各種専門書籍またはホームページ中に掲載されている 図,表を使用する場合は、
レポートの最後に 『参考文献』 を必ず付け、出典を明記すること(※ 図,表の貼付け可)
(インターネット掲載の 図,表 を使用する場合は、http:アドレス名 を必ず明記すること)
2.『2010年度 セラミックス 前期・期末試験』 について
① 期末試験の日程:7月27日(火)(前期講義最終日)
② 実施教室:4号館 4407 及び 4408 2教室で実施
③ 試験時間:10時50分~12時00分(:70分間)
(※10時40分までには必ず着席すること、座席表は当日掲示)
(・・・前期末試験の日程、実施教室、試験時間等については、
後日学生課が掲示するため、各自十分確認・注意すること)
◎シラバス中の成績評価欄に記載通り、レポート40%、
期末試験60%で成績を付け、これに出席点を加算し、
単位を認定する。
材料工学科 2年生 2010年度 前期 火曜2限
専門必修科目 「セラミックス」 レポート課題
[課題1] 下記 (1) ~ (8) の各基本事項中、2つを選択 し、詳細に説明せよ。
(1) 『セラミックス材料の先端高機能材料(=ニューセラミックス)への推移・変革過程』
(「窯業製品から次世代新材料への転換と産業構造の関係」、※具体例を示し説明)
(2) 『ニューセラミックス材料の 現状および 今後の社会・産業界で飛躍的発展が期待
される ①主要分野、②用途・応用例、③代表材料』 (※各4つずつ 記載すること)
(3) 『ニューセラミックス材料』の ①定義・特徴、②オールドセラミックスとの比較・相違
および③人工原料粉末の特徴、製造法(※『沈殿法』以外の方法を調べて記載せよ)
(4) 結晶構造の2形態となる 『単結晶 と 多結晶構造』 の ①定義・特徴、②相違点
および『セラミックス多結晶体が示す一般的な微細組織構造』 (※図を用いて説明)
(5) ① 『大口径単結晶Siの製造法』(※固体-融液界面の核生成,結晶成長に留意)、
② 『不純物半導体の2つの機構(※図を用いて説明)』 および ③半導体材料の推移
(6) 『材料の物性を規定する3つの化学結合』について ① 定義(正確に)・特徴を記し、
併せて,② 『金属材料の諸性質と自由電子の関係(※“自由電子”の役割に留意)』、
③ 『セラミックスの熱伝導機構(※”フォノン”の定義を記し,図を用いて説明)』および
④ 『共有結合が最も強い理由(※“安定スピン結合”,“sp3構造”を図を用いて説明)
(7) ① 『元素の分類(※3種類の元素の名称と定義)』に基づく『非金属無機固体材料
(セラミックス材料の学術的名称)』の 定義 ・ 分類 ・ 代表物質名 を正確に記すこと
② 『ニューセラミックスの6つの代表的機能および具体的機能と対応する代表材料』
(8) 『ニューセラミックス材料(:セラミックス多結晶焼結体)の一般的な製造プロセス』
(※「各製造工程における諸因子と最終製品の特性の関係」 にも十分留意すること)
[課題2] 『酸化物系セラミックス(イオン結合性結晶)』 および 『非酸化物セラミックス
(共有結合性結晶)』 について、上記2種類に対応する代表材料を3つずつ記し、
各材料(計6つの材料それぞれ)が示す ①特徴、②代表的機能、③用途・応用例
について説明せよ。
- 但し、「酸化物系」および「非酸化物系セラミックス材料」の中で代表材料となる
:Al2O3(アルミナ),ZrO2(ジルコニア)およびSi3N4(窒化ケイ素),SiC(炭化ケイ素)
の各2つの材料は必須とし、これに他の材料を1つずつ加え、計 6種類とする -
[課題3] 『セラミックス材料の製造法』に関連する、下記 (1)~(3) 3つの基礎事項中、
1つを選択 し 説明せよ。
(1) ① 『焼結法の定義(※ 英語名も記す)』、② 『焼成状態による多結晶体の分類と
焼結反応過程の関係(微細構造に留意)』、③ 『セラミックス焼結体の緻密化機構』
(※ 『固相拡散』 の定義を記し、『焼結体の緻密化機構』 を図を用いて説明すること)
(2) 『多結晶焼結体の一般的製造法(: 3種類)』 および 『特殊製造法(: 2種類)』、
『代表的な薄膜製造法(:1つ)』 について、① 名称、② 原理、③ 利点・特徴 等
(3) 『半導体(電子デバイス)産業』及び『情報・通信技術(IT産業)の基盤材料』となる
① 集積回路用基板(IC,LSI用基板)の製造プロセス
② 光通信用石英(単結晶SiO2)ファイバーの製造プロセス
(※ 光ファイバーの特徴・要求特性、光信号の伝送機構(※ 内部構造図を記し説明)
※ 注意):上記(1)~(3)の課題については、専門書またはインターネットを用いた
ホームーページ検索等を行い、出来る限り詳細に調べて、レポートを作成すること
[課題4] 『セラミックスの材料物性』 に関する 下記 (1) ~ (4) の事項中、
1つを選択 し 説明せよ。
(1) 『セラミックス材料の熱的問題点』 となる、『熱衝撃による脆性破壊現象』について、
① 「熱衝撃」 の定義,② 「熱応力」の定義と式(※ セラミックス材料が示す一般的な
特性と式中の各パラメータの関係に留意)を記し、“脆性破壊機構”を図を用いて説明)
(2) ① 『材料の変形様式(名称と説明)』と『応力,歪,弾性率(ヤング率)の定義・関係式』
② 金属とセラミックス材料の室温における破壊機構(:『応力-ひずみ曲線』を図示)
および『破壊靭性の定義(※他材料との比較、臨界応力拡大係数:K1C の意味も明記)』
③ 構造特性と諸因子(:温度、気孔率、純度、粒子径、微細構造、製造法 等)の関係
(3) 『ニューセラミックスの代表的な 電気 ・ 電子的機能』 となる
① サーミスタ特性(・・・定義(:3種類の名称と定義・特徴)および代表的用途・応用例)
② 誘電体特性(・・・誘電体,誘電率,誘電分極,蓄電容量(:式)の 定義 と 代表材料)
③ 固体電解質(・・・酸素イオンの伝導機構(:図を用いて説明)と 代表材料・応用例)
(4) 『セラミックス材料の磁気的機能』 に関連し、“実用磁性材料”の中で最も重要となる
① 『強磁性体』の3つの分類(:名称・定義・特徴)および各材料の代表的用途・応用例
② 『強磁性体』の磁化過程(:M-H(=ヒステリシス)曲線を記し、磁化率(透磁率):χ,
保磁力Hc,飽和磁化Ms,残留磁化Mr の定義と意味を記し、“磁化過程”を説明せよ)
および ③ 『フェライト(鉄系酸化物磁性材料)』の一般式(式と説明)と代表的用途・材料
[課題5] 下記 (1) ~ (3) の 事項は 『セラミックス材料』 は勿論、全ての物質(金属,無機,
半導体,有機材料など)に共通する 『21世紀における新たな物質創製科学研究と
今後の展開』 に密接に関連した主要かつ重要課題となる。
そこで、下記事項に興味があり、余力がある方は(1)~(3)の中から、1つを選択し
簡潔に説明せよ (※ なお、[本課題] を行った場合、レポート点 を加算します)
(1) 『ナノテクノロジー・材料』は、1.ライフサイエンス(生命科学)、2.IT(情報・通信技術)、
3.環境(エコロジー) と共に、2002年に日本政府が制定した『21世紀の科学技術の
重点4分野』と位置付けられ、今後の社会・産業界での飛躍的展開が期待されている。
そこで、『21世紀の材料・物質科学研究』を牽引する、『ナノテクノロジー』 について
① 定義・代表的物質名 を記し、併せて,② セラミックス材料の今後の飛躍的発展と
展開に関連する ③ 『ナノガラス』、 ④ 『ナノセラミックス』 について調べ、説明せよ。
(2) 全ての物質生成を支配する『核生成(Nucleation)』は、『結晶成長(Crystal Growth)』
の前駆段階として、『21世紀の新たな物質創製科学研究』 は勿論、『宇宙・無重力環境を
利用した材料科学研究』 においても、今後の飛躍的展開と理論の構築が必須となる。
そこで、上記現象に密接に関連する
① 無容器プロセス、② 核生成、③ 過冷却、④ 宇宙環境を利用した材料科学研究の
利点・特徴(:『無重力環境を利用した新物質創製科学研究』)について調べ、説明せよ。
(3) 『セラミックス材料』は、“21世紀の新たな輸送機関”を担う 1)自動車用新構造材料、
2) 宇宙・航空機用構造材料 は勿論、3)次世代エネルギー材料(:原子力工学関連、
エコマテリアルなど)、4)生命科学用材料 として、今後の飛躍的発展が期待されている。
そこで、[課題1](2) とも関連するが、上記 『21世紀における科学技術と新領域分野
を牽引する“ニューセラミックス材料”』 の ① 今後の飛躍的展開(:例えば、どのような
分野で活用されるか)、② 用途・応用面、③ 主要対象材料』 など について説明せよ。
ダウンロード

セラミックス講義12回目 7月06日(火)スライド(ppt