セラミックナイフは何でできているのか
セラミックナイフは、鉱物ジルコンの特殊加工によって得られる二酸化ジルコニウム(ZrO2)から作られています。ジルコン (ZrSiO4) は、1789 年にドイツの化学者 MG Klaproth によって発見されたケイ酸塩鉱物のクラスに属する材料です。ジルコニウム(ラテン語:ジルコニウム、記号Zrで表される)は、原子番号40の周期系の物質です。それは光沢のある金属で、色は銀灰色です。延性が高く、耐腐食性があります。ジルコニウム化合物はリソスフェアに広く分布しています。自然界では、その化合物は酸化物およびケイ酸塩の形で酸素のみで知られています。ジルコニウムは拡散元素であるという事実にもかかわらず、ジルコニウムが酸化物または塩の形で存在する約40の鉱物があります。自然界で最も一般的なのは、ジルコン(ZrSiO4)、バデレイト(ZrO2)、およびさまざまな複雑な鉱物です。
ジルコンは最も一般的なジルコニウム鉱物です。それはあらゆる種類の岩石に発生しますが、主に花崗岩と閃長岩に発生します。米国ノースカロライナ州ヒンダーソン郡ではペグマタイトで長さ数センチメートルのジルコン結晶が発見され、マダガスカルでは数キログラムの結晶が発見された。バデレイトは1892年にブラジルで発見されました。主な鉱床はブラジルのポススディカルダス地域にあります。規模の点で最大のジルコニウム鉱床は、米国、オーストラリア、ブラジル、インドにあります。
ジルコニウム製造の原料は、ジルコニウム鉱石の濃縮によって得られる、二酸化ジルコニウムの質量含有量が60〜65%以上のジルコニウム精鉱です。ジルコニウムの生産量が最も多いのは、オーストラリア(40%)と南アフリカ(30%)である。精鉱から金属ジルコニウムを得る主な方法は、塩化物、フッ化物、およびアルカリ性プロセスです。
ジルコニウムは 1930 年代から産業で使用されてきましたが、コストが高いため使用が制限されていました。金属ジルコニウムとその合金は原子力発電に使用されています。ジルコニウムは、熱中性子捕獲断面積が非常に低く、融点が高いです。ジルコニウムのもう一つの用途は合金化です。冶金学では、合字として使用されます。脱酸剤および脱亜ゾ剤として使用されます。鋼のジルコニウム合金化 (最大 0.8%) は、鋼の機械的特性と機械加工性を向上させます。産業界では、二酸化ジルコニウムはジルコニウムベースの耐火材料、セラミック、エナメル、ガラスの製造に使用されています。歯科では歯冠に使用されます。超硬質素材として使用されています。二酸化ジルコニウムは加熱すると電流を流し、非常に高温の空気中で安定した発熱体を生成するために使用されることがあります。加熱されたジルコニアは、固体電解質として酸素イオンを伝導することができます。この特性は、工業用酸素分析装置や燃料電池に使用されています。ジルコニウムセラミックスが他の材料と異なるのは、その驚異的な耐熱性と硬度であり、通常は80HRC以上です。さらに、酸化ジルコニウムは、ほとんどの酸、アルカリ、その他の活性物質に対して完全に反応しません。
酸化ジルコニウムは、添加剤による化学処理によってジルコンから得られます。得られた粉末は添加剤と混合されます。完成したセラミックの焼結特性や品質に影響を与える焼結添加剤と、成形を助ける助剤がある。したがって、ジルコニアブランクはさまざまな技術によって製造されています。特に、二酸化ジルコニウムを立方晶格子を有する酸化物と合金化することが可能である。この目的のために最も一般的に使用される酸化物は、元素の酸化物 – カルシウムとマグネシウム、ならびに金属 – 鉄、マンガン、クロムです。さらに、酸化ジルコニウムは酸化アルミニウムと合金化されることがよくあります。合金酸化物はセラミックの色を白から黒に変えることができます(黒色は特殊処理によっても得られます)。たとえば、これはフィアナイト – 立方晶酸化ジルコニウムに基づく人工ダイヤモンドの着色に使用されます。
二酸化ジルコニウムは硬度が高く、材料のモース硬度スケールを使用して測定されます。モーススケールでの二酸化ジルコニウムの硬度は約8.5単位ですが、このスケールの鋼の硬度は、熱処理に応じて4〜7単位、コランダム約9単位、ダイヤモンド10単位です。したがって、セラミックナイフの材料は、硬度の点でダイヤモンドに近いです。ジルコニウムセラミックは、宝飾品、航空産業、機械工学、歯科にも使用されています。二酸化ジルコニウムは、鋼の80倍以上の耐摩耗性を持っています。
セラミックナイフの作り方
ジルコニウムブレードを作成する技術的プロセスは次のとおりです:合金酸化ジルコニウム粉末の取得、プレス組成物の調製とプレス、高温(1350C +、場合によっては最大1700C)での焼成、高温および高圧での熱間静水圧プレス。
セラミックナイフを作るプロセスは非常に労働集約的です。セラミックブレードを製造するには、まず二酸化ジルコニウム粉末を1平方センチメートルあたり300トンの圧力でプレスし、次に特別なオーブンで摂氏1600〜2000度の温度で長時間(2〜6日間)熱処理します。同時に、二酸化ジルコニウム結晶が焼結され、ブランクを形成するプロセスが進行中です。製品は炉に長く保管されるほど、強度が高くなります。技術プロセスの詳細に応じて、黒または白のセラミックが得られます。ブラックセラミックスは、特殊な黒色染料を加え、ワークピースを窯に長期間保管することで作られるため、強度が増します。セラミックナイフの品質は、メーカーの技術能力と複雑な技術プロセスの順守に大きく依存するため、大きく異なります。
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セラミックナイフの長所と短所
ジルコニアセラミックの特性は、初期ジルコニア粉末の純度、合金化システム、粉末粒度測定、焼結体制など、ジルコニアセラミックの製造に使用される技術に大きく依存します。
機械的特性の点では、ジルコニウムセラミックは、特に曲げ強度の点で約2倍、衝撃強度の点で、最も一般的な鋼よりも大幅に劣っています。これにより、セラミックナイフの汎用性が大幅に制限されます。もろいため、ほとんどのメーカーは、骨のある肉、冷凍食品、硬い表面(ガラス、セラミック)での作業などにこれらのナイフを使用しないように促しています。ただし、セラミックは、食品に対する耐食性と不活性性の点で鋼よりも優れた独自の特性を持っていることに注意する必要があります。
セラミックナイフの充電
刃先は壊れやすいため、セラミックナイフにはかなり大きな研ぎ角度が必要です。平均して、30〜40度のフルアングルに研ぐことをお勧めします。この鋭利な角度での刃先の脆弱性が非常に高くなるため、20度以下の鋭角はそのようなナイフには禁忌です。セラミックナイフの研ぎは、その過程でバリが形成されず、角度の制御は、主に電子角度計などの特別な装置を使用して維持する必要があるという事実によって複雑になります。したがって、研ぎ器を使用せずにセラミックナイフを手動で研ぐには、研ぎ器の並外れた名手のスキルが必要です。
すべての研磨剤がセラミックナイフの研ぎに対応できるわけではありません。炭化ケイ素と酸化アルミニウムで作られた予算の石は、これらのナイフを扱うことができません。ここでは、粉砕粉末と接着の品質が重要な役割を果たします。アメリカンホウ化物CS-HD砥石は、セラミックナイフの研ぎに非常に効果的です。石の粒径はあまり粗くしてはならず、特にセラミックを研ぐためのホウ化物CS-HDは、粗い研磨剤が刃先に亀裂を引き起こすため、320グリットの石から始める必要があります。明らかに、この結果の理由は、このアメリカのメーカーの製品に使用されている炭化ケイ素粉末とセラミック磁器ボンドの非常に高品質です。
電気メッキおよび有機結合ダイヤモンド石は、ナイフを研ぐときにも優れた性能を発揮します。それらを研ぐのに少しあまり積極的ではないのはエルボロン石で、ダイヤモンドほど早くジルコニウム層を除去しません。ただし、これらの研磨剤はすべてこの研ぎに適しており、良好な刃先状態を生み出します。
