![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
焼成用の敷粉を
ジルコニアからアルミナに
変えたんですが、
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
すごく粉が舞うんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
ジルコニアの密度は、
6.0g/cm3程度で、
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
アルミナの方が、
3.8g/cm3程度と
軽いですもんね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なにか良い対策は
ありませんか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
アルミナは、
『労働現場で問題と
なっている代表的な
粉じん』の1つなので
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
きちんとした対策を
行う必要がありますよ。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
えっ!
アルミナの粉って、
そんなに危険な
粉なんですか!
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そうなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
局所排気など
しっかりとした対策を
行ってください。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
早急に検討します。
という、やりとりがありました。
今回は、『アルミナ』について
簡単にわかりやすく
紹介していきたいと思います。
アルミナとファインセラミックス
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
そもそも『アルミナ』
ってなんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
私の分かる範囲での
説明になりますが
大丈夫ですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
よろしくお願いします。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『アルミナ』は、
正式名称を『酸化アルミニウム』
と言い、ステンレス鋼の約3倍、
硬度があると言われています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
かなり、
硬い材質なんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
ちなみに、宝石のルビーと
サファイヤは、どちらも
『アルミナ』が主成分の
単結晶なんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
えっ!
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『アルミナ』って
ルビーやサファイヤと
同じ成分なんですか!
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そうなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
本来、『アルミナ』の
単結晶は透明なんですが、
不純物としてクロムが入ると
赤いルビーに、鉄とチタンが
入ると青いサファイヤになります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ただ、
『アルミナ』の板など、
白色や乳白色など
不透明なものしか
見たことありません。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なぜですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
それは、『アルミナ』を
原料とした、
『ファインセラミックス』
だからです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『ファインセラミックス』
ってなんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『ファインセラミックス』は、
JIS規格で
1101 ファインセラミックス
化学組成、結晶構造、微構造組織・
粒界、形状、製造工程を
精密に制御して製造され、
新しい機能又は特性をもつ、
主として非金属の無機物質。
引用: JIS R 1600-
ファインセラミックス関連用語
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
と定義されています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
どういうことですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
つまり
『ファインセラミックス』は、
合成された人工原料を使い、
精密な制御条件で製造された
機能性無機材料のことなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
人工原料で作られた
『セラミックス』
のことなんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ただ、正直
『セラミックス』も
良く分かっていません。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『セラミックス』は、
「非金属・無機材料で、その製造工程に
おいて高温処理を受けたもの」
とされており、多結晶性の非金属・
無機材料のことを指します。
セラミックスとファインセラミックスの違い
参考:ファインセラミックスワールド-
京セラ株式会社
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
単結晶や多結晶って
なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『単結晶』は、
JIS規格で
1049 単結晶
すべての部分が同一の
結晶学的方位をもつ固体
(JIS H 0211参照)。
引用: JIS H 7008-金属超微粒子用語
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『多結晶』は、
1050 多結晶
結晶学的方位が異なる
多くの単結晶が集合した固体
(JIS H 0211参照)。
引用: JIS H 7008-金属超微粒子用語
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
と定義されています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
どういうことですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『単結晶』は、
原子配列の向きが同じものを言い、
絶縁体の『単結晶』は、透明のものが
多く、金属の『単結晶』は、光を
反射・吸収するので不透明が多いです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『アルミナ』は、
透明だから絶縁体
なんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『多結晶』だと
どうなるんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『多結晶』は、
小さな単結晶の集合体のことで、
結晶粒の境目で光が散乱するため、
一般的には不透明です。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
アルミナの板とかが
不透明なのは、
そういった理由が
あったんですね。
-
『アルミナ』は、正式名称を
『酸化アルミニウム』と言い、
ステンレス鋼の約3倍、
硬度があると言われている。 -
『アルミナ』の単結晶は
透明だが、クロムが入ると
赤いルビーに、鉄とチタンが
入ると青いサファイヤになる。 -
『ファインセラミックス』は、
合成された人工材料を使い、
精密な制御条件で製造された
機能性無機材料のことを言う。 -
『セラミックス』は、「非金属・
無機材料で、その製造工程に
おいて高温処理を受けたもの」
とされている。 -
絶縁体の『単結晶』は、
透明のものが多く、金属の
『単結晶』は、光を反射・
吸収するので不透明が多い。 -
『多結晶』は、小さな単結晶の
集合体のことで、結晶粒の境目で
光が散乱するため、基本は不透明。
アルミナの特徴
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『アルミナ』の特徴を
教えて下さい。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『アルミナ』は、
- 耐熱性
- 電気絶縁性
- 耐摩耗性
- 耐食性
に優れた材質です。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『アルミナ』の、
耐熱性から
教えて下さい。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
一般的に
『アルミナ』の融点は、
2000℃程度と言われています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なぜ、そんなに
高いんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
それは、『アルミナ』が
『イオン結晶』だからです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『イオン結晶』って
なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『イオン結晶』とは、
+イオンと-イオンが
引き合う、結合力が強い
『イオン結合』でできた
固体のことを言い、
- 融点が高い
- 硬いが脆い
- 電気を通さない
という特徴があります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『イオン結晶』は、融点が
高くなるだけではなく
硬くもなるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
硬度が高いので
耐摩耗性が高く
なるんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
硬度が高いので、
すり減りにくく
なるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
しかも、
『アルミナ』は、
剛性が高く変形しにくいので、
表面粗さや平面度など、
精度の高い加工ができます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
精密な加工にも
向いているんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
でも、脆いんですよね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
衝撃には弱いです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
硬いのに衝撃に
弱いんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『イオン結合』は
結合力が強い反面、
衝撃を加えると結晶構造にズレが
生じやすく、ズレが生じると
+イオン同士・-イオン同士が
向かい合うので、反発力が発生し
結合が切断されてしまうんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ぶつけたり落としたり
しないように、気を付ける
必要がありますね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
次は、耐食性が高い理由も
教えて下さい。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
まず、金属を大気中で
高温に加熱した場合、
表面は酸化物で覆われます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
たしか、サビも
酸化鉄ですもんね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
しかし、
『アルミナ』は、もともと酸化物
なので、高温の大気中でも
酸化せずに安定しています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
確かに!
『酸化アルミニウム』
だから、もともと
酸化してるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
ちなみに、
アルマイト処理って
ご存じですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
知ってますよ。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
アルマイト処理は、
耐食性を上げるため、
アルミニウムの表面に、
『酸化アルミニウム』の皮膜を
人工的に作る処理のことなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
アルマイト処理って
『アルミナ』の膜を作る
処理だったんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
では、
アルミニウムから
『アルミナ』が
作られるんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
いえいえ、
違います。
『アルミナ』は、ボーキサイト
から抽出して作られます。
アルミニウムは、この『アルミナ』
を原料として製造されます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『アルミナ』から
アルミニウムを
作るんですね。
-
『アルミナ』の融点は、
2000℃程度と言われている。 -
『アルミナ』は『イオン結合』
で出来た固体で、融点が高い・
硬いが脆い・電気を通さない
という特徴がある。 -
『アルミナ』は、剛性が高く
変形しにくいので、
表面粗さや平面度など、
精度の高い加工ができる。 -
『イオン結合』は結合力が
強い反面、衝撃などで結晶構造に
ズレが生じると、反発力が発生し
結合が切断されてしまう。 -
『アルミナ』は、もともと酸化物
なので、高温の大気中でも
酸化せずに安定している。 -
アルマイト処理は、
アルミニウムの表面に、
『酸化アルミニウム』の皮膜を
人工的に作る処理のこと。 -
『アルミナ』を原料として
アルミニウムが作られる。
アルミナ製品の製造工程
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『アルミナ』が
欠けやすいのは、
分かりました。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
では、どうやって、
『アルミナ』の製品を
作っているんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『アルミナ』製品の
製造工程は、
- 原料の調製
- 成形
- 焼成
- 加工
- 検査
が代表的です。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『原料の調製』って
なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『アルミナ』を含め
『ファインセラミックス』は、
「焼成によって製品の特性が
決まる。」と言われています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
しかし、同じ
『アルミナ』でも
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
研磨剤用の粉末や
溶射用の粉末と
焼成体用の粉末は、
大きさや形状・純度
などが大きく違います。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
確かにそうですね!
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
なので、
良い焼成を行うためには、製品の
焼成条件に合った原料粉末を
作る必要があり、この工程を
『原料の調製』と呼んでいます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
なるほど。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
次は、
『成形』ですが
加工工数を削減するために
行う作業で、『調製』された
材料に、樹脂や水といった
バインダーを添加して目的の形状、
又は近い形状にする工程です。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
バインダーって
なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
バインダーとは、
セラミックの粒子同士を
繋ぎあう接着剤の
ようなものです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
へー。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『成形』は、
用途や目的によって
- 押出成形
- 射出成形
- 加圧成形
- 鋳込み成形
など様々な成形方法があり、
使用する原料粉末も大きく違います。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『成形』にも色んな
方法があるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
次は、『焼成』に
入っていきます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『焼成』は、
『アルミナ』の粉末成形体を
融点以下で加熱し、収縮・緻密化
させて強度を高める工程です。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『焼成』することで
硬い『アルミナ』が
できるんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『成形』した形状で
『焼成』したら出来あがり
じゃないんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『焼成』だけですと
収縮したり表面の状態が
変化するので、製品としては
使用できません。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『焼成』だけだと
正確な寸法が
出ないんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そうなんです。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
そのため、
『加工』工程によって、
目的通りの形状や寸法に
仕上げていく必要があります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
そして、検査・出荷と
なるんですね。
-
『アルミナ』製品の代表的な
製造工程には、原料の調製・
成形・焼成・加工・検査がある。 -
良い焼成を行うため、製品の
焼成条件に合った原料粉末を
作る工程を『原料の調製』という。 -
『成形』は、『調製』された
原料に、樹脂や水といった
バインダーを添加して目的の
形状、又は近い形状にする工程。 -
『焼成』は、『アルミナ』の
粉末成形体を融点以下で加熱し、
強度を高める工程。 -
『焼成』だけだと収縮したり
表面の状態が変化するので、
製品としては使用できない。 - 『加工』工程によって、
目的通りの形状や寸法に
仕上げていく必要がある。
アルミナ粉じんの注意点
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
ところで、
『アルミナ』の粉は
なにが危険なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
じつは、
『アルミナ』の粉じんを
吸い込むと『アルミナ肺』
になる可能性があります。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『アルミナ肺』って
なんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『アルミナ肺』は、
じん肺の一種で、肺が『線維化』
する病気です。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『線維化』って
どういう状態ですか
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
キズが出来た時に、
少し盛り上がって
治ることありますよね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
深い傷の時に
ありますね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『線維化』とは、
キズが少し盛り上がって治る
ことを『線維化』と言い、肺に
発生すると硬くなり、弾力性が
無くなってしまいます。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
肺が硬くなって、
弾力がなくなることを
じん肺と言うんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
じん肺は、じん肺法で
じん肺
粉じんを吸入することによつて
肺に生じた線維増殖性変化を
主体とする疾病をいう。
引用:じん肺法-第二条-1項
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
と定義されています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
じん肺になると
どうなるんですか?
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
じん肺の初期症状は、
せき・タン・喘息・息切れですが、
症状が悪化すると、結核・肺がん
気胸などの合併症が発症する
確率が高くなると言われています。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
怖いですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
しかも、
『アルミナ』は、有毒性の高い
『第一種粉じん』に区分されて
いるので注意して下さい。
粉じんの吸入ばく露による健康障害を評価する
参考:独立行政法人労働者健康安全機構-
労働安全衛生総合研究所
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
『アルミナ』の
粉じんって
危険なんですね。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/you1-2.jpg)
『アルミナ』だけでなく
他の粉じんや有害化学物質・
ヒュームなどにも注意が必要なので、
適切な対策を行ってください。
![](https://60you1.com/wp-content/uploads/2020/08/yuji2.jpg)
一度確認してみます。
-
『アルミナ』の粉じんを
吸い込むと『アルミナ肺』
になる可能性がある。 -
『アルミナ肺』は、じん肺の
一種で、肺が『線維化』
する病気。 -
『線維化』とは、キズが少し
盛り上がって治ることを言い、
肺に発生すると硬くなり、
弾力性が無くなる。 -
じん肺の初期症状は、せき・タン・
喘息・息切れだが、症状が悪化
すると、結核・肺がん・気胸などの
合併症が発症する確率が高くなる。 -
『アルミナ』は、有毒性の高い
『第一種粉じん』に区分されて
いるので注意が必要。 -
『アルミナ』だけでなく
他の粉じんや有害化学物質・
ヒュームなどにも注意が必要。
まとめ
『アルミナ』は、高硬度・
耐熱性・耐摩耗性・寸法安定性・
電気絶縁性に優れており、
『ファインセラミックス』の代表と
されるほど多く利用されています。
しかし、『アルミナ』の粉じんは、
吸入するとじん肺の一種である
『アルミナ肺』という病気になる
可能性があるので、作業環境には
十分注意して下さい。
ありがとうございました。