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세라믹스

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요약 비금속 무기재료의 통칭.

각각의 재료가 나타내는 성질과 기능에 따라 전기적 기능, 자기적 기능, 광학적 기능, 화학적 기능, 열적 기능, 기계적 기능, 원자력 관련 기능 등으로 다양하게 분류된다. 현대산업이 고도화됨에 따라 근간이 되는 여러 가지 공업재료에 대한 정확한 물성파악 및 제어가 중요한 분야로 등장했으며, 그중에서도 비금속 무기재료의 비중은 점차 증대되고 있다.

세라믹스 재료는 전통적인 요업 즉, 유리·시멘트 등의 분야로부터 각종 고온·구조·전자·자성 재료 및 생체·기술 분야 등에서 폭넓게 발전하고 있다. 이와 같이 세라믹스가 각광을 받고 있는 것은 고분자·금속 등의 다른 물질에는 없는 특이한 기능을 가지고 있기 때문이다. 예를 들면 전기적으로는 절연성·반도전성·초전도성 등의 다채로운 기능을 가지고 있으며, 그밖에도 압전성·유전성·형광성 등의 다른 재료로는 실현하기 어려운 성질을 가지고 있다.

특히 초정밀의 처리기술 및 사출성형기술 등 공정기술의 비약적인 발전으로 인해 그 응용 분야는 기존 제품의 대체뿐 아니라 새로운 제품의 창출로 확대되고 있다. 더욱이 고도로 정선된 원료를 이용하여 정밀한 화학조성을 갖도록 제조되는 '파인 세라믹스'는 종래에 볼 수 없었던 우수한 물성을 지니고 있어 점차로 용도가 다양해지고 있다.

세라믹스는 주로 알루미노실리케이트계의 요업재료, 전자재료, 자성재료, 산화물·질화물·탄화물 등의 구조재료, 내열재료로 연구·응용되고 있다. 여러 가지 재료의 특성에 따라 각 제품이 만들어지는데, 전통적인 세라믹스 요업제품으로는 자기류·도기류·식기류·건축자재·전기절연재·장식재 등이 있다. 이 제품들은 진흙을 원료로 고온처리를 하여 내열성·내구성이 크다. 근래에는 전기·전자 제품 분야에 응용되고 있는데 바륨과 타이타늄을 원료로 만든 고용량 축전지, 고순도 알루미나로 만든 자동차·비행기의 점화 플러그, 규소나 저마늄을 소재로 한 반도체 등은 매우 중요하다.

1987년에는 이트륨·바륨·구리·산소를 적절히 배합하여(YBa2Cu3O7) 고온(100K) 초전도체를 만들어 비상한 관심을 모았다. 구조재료로는 세라믹스 재료의 단점인 깨지는 성질을 없애기 위해 질소나 탄소를 보강한 규소질화물(SiN4)이나 규소탄화물(SiC)이 있는데, 이들은 매우 단단하여 제트 기관의 터빈 날개 등에 금속 대신 사용되거나 보석가공용 연마제 등으로 쓰인다. 내열재료로는 이산화규소와 산화알루미늄을 원료로 만든 고온 타일 등이 있는데, 이는 내열성이 매우 커서 우주선의 외피재료로 쓰인다.

한편 페라이트(ferrite)를 주성분으로 하는 자성재료는 텔레비전·라디오 외에도 많은 전자제품의 자성 정밀부품으로 쓰이며, 페라이트에 크로뮴 등을 첨가한 자성 기억소재는 카세트 테이프, 비디오 테이프나 헤드(head)에 쓰인다. 또한 근래에는 광학재료로도 쓰이고 있는데, 여기에는 '레이저 발진용 석류석'(yttrium aluminium garnet/YAG), 주파수 변조용의 '비선형 광학'(nonlinear optics) 재료 등이 있다.

그외 원자로의 반응조절, 세라믹형으로 만든 핵연료 등 세라믹의 이용범위가 고도화·확대화되어 '제2의 석기시대'라는 말이 생길 정도로 그 중요성이 점점 커지고 있으며 발전 가능성도 무한에 가깝다.

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