第 10回　　コンニャク石に学ぶセラミック

陶磁器の技から進化した電子セラミックスや圧電セラミックス。 それらは最先端のセンサーや携帯電話に搭載されている。 さらなる万能素材への課題は、柔軟性と加工性の進化。 その解決策をもたらした、コンニャク石に学ぶ新技術とは？

細かい鉱物の結晶粒がびっしりと凝集したセラミックス。その強固な構造に着目し、古くは食器や タイルに、現在は、圧力を加えると電気などを発生させる特性を活かし、電子セラミックスや圧電セラミックスとして、TVや携帯電話、センサーにも搭載され ています。しかし、熱に強く、硬い反面、“もろく加工しにくい”のが弱点。強靱でありながら、曲がるセラミックスの開発が永年期待されていました。

セラミックスとは、金属材料、プラスチックス等の高分子材料と並ぶ三大材料の一つです。金属は、金属元素どうしが金属結合されたもの、高分子材料は、炭 素・水素・酸素・窒素等の非金属元素が共有結合したもの、そしてセラミックスは、金属元素と非金属元素がイオン結合または共有結合したもので、高温度で加 熱してつくられた無機・非金属質の固体材料のことをいいます。例として、陶磁器、れんが、タイル、セメント、ガラス、研磨剤などがあげられます。最近では 技術開発が進み、各種センサやＩＣ基板・ＩＣパッケージ等の電子材料、人工骨等の生体材料、合成宝石、切削工具はじめ多方面で活躍しはじめていて、ファイ ンセラミックスとよばれています。現在でも数々の課題を克服し、さらに機能的な材料となるべく新たな技術が進められています。

この“もろく加工しにくい”弱点を解決するヒントは、自然界にありました。それは、ブラジルやインドで産出されるコンニャク石。水晶や石英を構成する二酸 化ケイ素の小さな粒が、ジグソーパズルのように絡み合っている岩石です。風化により粒同士を接着する鉱物が溶出し、内部に多くのクラックができるため、そ の“あそび”の分だけぐにゃぐにゃと曲がるのです。

二酸化ケイ素の小さな粒の大きさは数百ミクロン。体積の約１０％が隙間（クラック）になっています。

この構造をヒントに、熱膨張率の高い鉱物と低い鉱物を粉にして焼き固め、冷却、その膨張差からコンニャク石同様のクラックをつくり出すことに成功しまし た。ついに曲がるセラミックスが誕生したのです。そして現在は、そのクラック部分を柔らかなポリマー樹脂で埋めた、柳のようなしなやかさと強靱さを併せ持 つ「人工靭性セラミックス」へ発展しようとしています。

地球創成のメカニズムに学んだこの新材料は、ノコギリで切ることもでき、その気孔構造により熱伝導率も低く、保温性もあります。そのため、木材を代替する 暖かな床材や浴室タイルへの活用、また、内部クラックが外部からの応力も緩和するような地震などに強い建物の基礎や建築材料としても、さらなる改良と活躍 が期待されているのです。