ジルコニア・セラミック：ありふれた風景の中に潜む超強靭素材

硬いものを噛んで歯が欠けないか心配になったことはないだろうか？あるいは、なぜナイフの切れ味が他のものよりずっと長持ちするのか不思議に思ったことはありませんか？ジルコニア・セラミックの出番です。この過小評価されているパワーハウスは、丈夫で光沢があり、思いがけないあらゆる場所に現れます。ジルコニア・セラミックは二酸化ジルコニウムから作られており、ジルコンなどの鉱物に含まれるジルコニウム元素に由来している。ベゼルはジルコニア製で、傷がつきにくく、何年経っても新品のように輝いていた。ベゼルはジルコニア製で、傷がつきにくく、何年経っても新品同様の輝きを放っていたのだ。このことがきっかけで、ダイヤモンドのような硬度と実際の実用性がどのように融合しているのか、もっと知りたいと思うようになった。

ジルコニアを際立たせているのは、強度と弾力性の絶妙なコンボです。モース硬度は約8.5で、サファイアに匹敵し、簡単に割れることなく衝撃に耐えることができる。その秘密は「変形強靭化」であり、応力が加わると結晶構造が少し変形し、エネルギーを吸収して亀裂を食い止める。まるで素材が反撃するような感じだ。さらに、ジルコニアは熱をほとんど伝えず、腐食を防ぎ、化学物質と反応しないため、身体に触れても安全だ。とはいえ、未加工のジルコニアは気難しい。高熱で相転移するので、イットリアやマグネシアのようなものでドーピングして安定した形に固定する。それがないと、温度変化で膨張して壊れてしまうんだ。

歴史もなかなか興味深い。ジルコニウムは1700年代に宝石から発見されたが、強靭なセラミックとしてのジルコニアが本格的に普及したのは70年代に入ってからだ。オージーの科学者ロン・ガービーは、ジルコニアを耐久性のある素材にすることに成功し、その金属のような硬度から重さを差し引いたものを「セラミック・スチール」と名付けた。現在では、酸化ジルコニウムの粉末を形状にプレスし、焼結と呼ばれるプロセスで異常な高温で焼くことで製造されている。原料の調達は容易ではなく、ほとんどがオーストラリアか南アフリカからで、精製が必要なため価格が高い。

ジルコニアは探せばどこにでもあります。歯科治療において、ジルコニアは画期的なものです。本物の歯を模倣したクラウンやブリッジは超強力で、金属アレルギーの心配もありません。私の歯科医も数年前にこれに切り替えましたが、患者さんは自然な感じがとても気に入っています。医学的には、人工股関節や人工膝関節に使われています。厨房のプロは、ジルコニアの刃を絶賛しています。刃先が永遠に保たれ、錆びたり汚れたりしません。キュービック・ジルコニアはダイヤモンドの偽物だが、高級なものは高級時計やジュエリーに使われ、無敵の輝きを放つ。技術面では、自動車の酸素センサー、グリーンエネルギーを推進する燃料電池、さらにはガジェットの絶縁体にも使われている。航空宇宙分野では、変形することなく高熱に耐える部品に使われている。

確かに、これには癖がある。湿度の高い場所では、低温劣化と呼ばれる時間の経過とともに徐々に劣化する可能性があるため、現在も耐性を強化するための改良が続けられている。環境への負荷を軽減するためにリサイクルは増加傾向にあり、3Dプリントは医療用インプラントから宇宙ギアまで、あらゆるものにカスタムビットの扉を開いている。

全体として、ジルコニア・セラミックは、エレガントでありながら壊れにくく、ハイテクな雰囲気を持つ土のルーツという、静かな達成者です。使い捨ての世界では、耐久性のあるものは新鮮です。今度、完璧な指輪や耐久性のあるインプラントを見かけたら、ジルコニアがそれを実現した縁の下の力持ちである可能性が高いのです。