セラミックシート | シート化のプロセスや用途例を解説

セラミックシートとは？

セラミックシートは、セラミック材料を薄いシート状に加工した製品です。耐熱性、電気絶縁性、機械的強度、耐薬品性、耐食性などの優れた特性を活かし、様々な産業分野で重要な役割を果たしています。

特に高温環境や電気・電子分野での応用が多く、産業機器から先端技術まで幅広く利用されています。

セラミックシートの特徴

高い耐熱性 

セラミックシートは1000℃以上の高温環境下でも変形や劣化を起こしにくく、長期的な使用でも安定した性能を維持します。製造プロセスや工業炉の内装材として広く活用されています。

優れた電気絶縁性 

電気伝導度が極めて低く、高電圧環境下でも安全な絶縁性能を発揮します。モーターやトランス、配電盤など、様々な電気機器の絶縁材料として信頼性の高い保護を提供します。

機械的強度 

圧縮強度、引張強度ともに優れた特性を持ち、振動や衝撃にも強い耐久性を備えています。過酷な使用環境下でも形状を保持し、長期間の使用に耐えます。

耐薬品性・耐食性 

酸やアルカリ、有機溶剤などの化学物質に対して高い耐性を持ちます。腐食性の強い環境下でも材質の劣化が少なく、化学プラントや製造設備での使用に適しています。

柔軟性 

特殊な製造方法により、セラミックの硬さを保ちながらも適度な柔軟性を実現しています。複雑な形状の機器周りへの装着や、曲面への施工が可能です。

切断加工性 

一般的な工具での切断や穴あけ加工が容易で、現場での寸法調整や形状加工に対応できます。粉塵の発生も少なく、作業効率の向上に貢献します。

薄さと均一性 

最新の製造技術により、ミクロンレベルでの厚さコントロールが可能です。均一な厚さ分布が実現され、安定した性能を発揮します。

断熱性 

優れた熱伝導率の低さにより、効果的な熱遮断性能を発揮します。産業機器の省エネルギー化や作業環境の改善に貢献します。

クッション性 

独自の繊維構造により、振動や衝撃を効果的に吸収します。精密機器の保護材料として、また防振・防音材料としても活用されています。

多様な原料 

耐熱ロックウール、AESウール、アルミナファイバーなど、使用環境や要求特性に応じて最適な原料を選択できます。各種セラミックファイバーの特性を活かした製品設計が可能です。

セラミックシートの製造方法

セラミックシートの一般的な製造プロセスは以下の通りです。

1.セラミック原料粉末、バインダー、溶媒を混合してスラリーを作製

均一な特性を持つセラミックシートを製造するため、原料となるセラミック粉末を精密に計量し、有機バインダーや分散剤と共に溶媒中で十分に混合します。混合時間や温度を厳密に管理し、粒子が均一に分散したスラリーを調製。スラリーの粘度や流動性は最終製品の品質に大きく影響するため、細かな調整を行います。

2.スラリーをシート状に成形し乾燥させてグリーン体を作製

調製したスラリーをドクターブレードやキャスティングマシンを用いて均一な厚さのシート状に成形。成形時の温度や湿度を管理しながら、ゆっくりと乾燥させることで、歪みのない均質なグリーン体を得ます。乾燥速度の制御は、製品の品質を左右する重要な要素となります。

3.グリーン体を所定の形状に切断

乾燥後のグリーン体を、用途に応じた寸法や形状に精密に切断。切断時には専用の治具や装置を使用し、エッジ部分の品質にも配慮しながら作業を進めます。切断面の状態は、最終製品の性能に影響を与えるため、丁寧な加工が求められます。

4.必要に応じて周縁部を押さえる工程を実施

切断したグリーン体の周縁部に特殊な処理を施し、焼成時の変形を防止します。この工程では、専用の金型や治具を使用して均一な圧力をかけ、製品の寸法精度を確保。周縁部の処理は、最終製品の形状安定性を高める重要な役割を果たします。

5.焼成工程を経て最終製品を得る

最後に、温度管理された焼成炉内でグリーン体を焼成します。昇温速度、保持温度、冷却速度などを綿密に制御しながら焼成を行い、目的とする特性を持つセラミックシートを製造します。焼成条件は製品の密度や強度、電気特性などに大きな影響を与えるため、精密な管理が不可欠です。

各工程において、品質管理や検査を徹底することで、高品質なセラミックシートの安定生産を実現しています。工程間の連携や作業環境の管理も、製品品質の向上に重要な役割を果たしています。

セラミックシートの用途例

セラミックシートは以下のような幅広い分野で使用されています。

山村フォトニクスによる「各種セラミックス粉末のシート化」

山村フォトニクス株式会社は、LTCC基板用グリーンシートの成膜技術を活かし、各種セラミックスおよびガラス粉末のシート化に対応しています。材料設計からの対応だけでなく、お客様から粉末を支給いただいてのシート受託加工も行っています。

以下のような様々なセラミックス粉末におけるシート化が可能です。

• アルミナ
• ジルコニア
• 窒化アルミ（AlN）
• 窒化ケイ素（SiN）
• 窒化ホウ素（BN）
• コージェライト
• チタン酸バリウム

山村フォトニクスの各種セラミックス粉末のシート化技術は、電子部品・モジュールの高性能化、小型化、低背化に貢献し、高周波回路基板や車載用基板、各種LED用基板など、幅広い用途で活用されています。