その他の材料系

 

はじめに

資源

 

1 鉄

鉄とは?

酸化鉄の歴史

 鉄は錆びやすい?

 鉄をメッキする

 ステンレスとは?

 鉄鉱石の石灰石の意義

 

2 アルミニウム

アルミニウムとは?

Alのリサイクル

 Bayer法

 Hall-Heroult法の工夫

 

3 シリコン

 シリコンとは?

 半導体の特性

 アモルファスシリコン

セラミック

1 セラミックとは?

2 セラミックの作り方

 

はじめに

 

  大学に入って学び始めました。深く入っていくと計算だらけで、私の能力をはるかに超えるため、表面だけ書いています。

  今は、全く勉強していないため、ネタ0です(笑)

資源

 

1 鉄

 

 鉄とは?

 

  鉄は、クラーク数が四番目に高いので、豊富です。

 

  鉄は、人間に無害で、強度の制御ができ、還元が容易です。

 

 酸化鉄の歴史

 

  25億年以上前、地上の鉄を含んだ岩石が酸性の雨によって海に流されました。

 

  海中の藍藻の出現により、鉄は酸素と結合して、酸化鉄を生成し、沈殿しました。

 

 鉄は錆びやすい?

 

  鉄は、不働態を形成しないため、錆びやすいです。

 

  空気中では、酸素と安定な赤錆を形成します。雨が降ると、赤錆は鉄と結合して、黒錆になります。その後、乾燥すると、黒錆は、酸素と水と結合して、赤錆に戻ります。この過程を繰り返すと、鉄が結合に使われ、中まで錆びることになります。

 

 鉄をメッキする

 

  錫で鉄をメッキしたものをブリキといいます。表面の錫がはげると、鉄は錆びてしまいます。

 

亜鉛で鉄をメッキしたものをブリキといいます。表面の亜鉛が、はげても、イオン化傾向が鉄より亜鉛の方が大きいため、先に亜鉛が溶けます。

 

ステンレスとは?

 

  鉄の錆防止に、合金化があります。鉄にクロムを加えることで合金化されます。

 

  ステンレス鋼には、フィラメント系とオーステナイト系があります。フィラメント系は、刃物に利用され、磁性があります。オーステナイト系は、鉄とクロムの他にニッケルを加えます。時計の基板に利用され、磁性はほとんどありません。

 

鉄鉱石の石灰石の意義

 

  スラグの流動性を良くします。

 

  硫化カルシウムを形成し、硫黄をスラグに取り込みます。

 

2 アルミニウム

 

 アルミニウムとは?

 

  アルミニウムは、クラーク数が三番目に高いので、豊富です。

 

  軽く、還元しにくく、人間に無害で、電気伝導性が良いことです。

 

 Alのリサイクル

 

  アルミニウムは、還元しにくいため、精錬コストが高い。しかし、アルミニウムをリサイクルすることで、想像以上の精錬コストの低下が可能です。

 

 Bayer法

 

  酸化アルミニウムを分離する方法です。

 

  酸化アルミニウムに水酸化ナトリウムを加えて、溶解した酸化ナトリウムアルミニウムを生成し、その上澄み液を加水分解することで、水酸化アルミニウムが析出されます。

 

 Hall-Heroult法の工夫

 

  Hall-Heroult法は、酸化アルミニウムを還元する方法です。

 

  酸化アルミニウムの融点が2,000℃以上と高いため、氷晶石やフッ化アルミニウムを加えて、融点を下げます。

 

  還元されたアルミニウムの再酸化、フッ化の防止のためにコークスを加えます。

 

3 シリコン

 

 シリコンとは?

 

  結晶構造が、ダイヤモンド構造で、結合は強く、方向性があります。

 

半導体の特性

 

  光、温度、不純物を加えることで、電気伝導率が上がります。

 

アモルファスシリコン

 

  シリコンを単結晶かするには、かなりの時間とコストがかかりまが、アモルファスシリコンは、経済的です。

 

しかし、アモルファスシリコンは、電気伝導体ではありません。そこで、ハロゲン化合物を加えることで、水素が、ダングリングボンドを埋めることで電気伝導体となります。

 

  アモルファスシリコンは、太陽電池として利用されています。

 

セラミック

 

1 セラミックとは?

 

  主に人為的熱処理によりつくられた非金属無機物質固体材料です。

 

2 セラミックの作り方

 

セラミックの成形法の一つに、押型成形があります。

 

@一方向を加圧します。A両方向を加圧します。B成形物を取り出します。