無機材料-「金属」について

はじめに

無機材料とは、炭素を主成分としない材料の総称で、金属、セラミックス、ガラスなどが含まれます。これらの材料は高い耐久性や耐熱性を持ち、幅広い分野で利用されています。

特に金属は極めて高い強靭性や耐衝撃性を持ち、加工がしやすい、熱や電気を通しやすいといった特徴的な性質から、構造材料や機械部品などの幅広い用途で使用されます。

今回は、無機材料の中でも「金属」について詳しく解説していきます。

金属は、以下のような特性を持つ無機材料の一種です。

金属は強靭性（じん性）が高く、衝撃を受けても割れにくいという特徴があります。

セラミックスやガラスは非常に硬く、耐熱性や耐摩耗性に優れていますが、衝撃には弱く、割れやすいという欠点があります。

例えば、陶器のカップやガラスのコップは落とすと簡単に割れますが、金属製のカップならへこむことはあっても割れることはありません。

このため、構造物や機械部品など、衝撃を受ける可能性がある用途には金属がよく使われます。

金属は自由電子と呼ばれる、原子間を自由に動ける電子をもつため、他の材料より電気が通りやすい特徴があります。

金属の電気伝導率は以下の表のようになります。

単純な電気伝導率は銀が優れますが、高コストのため、銅を使用されることが多いです。使用する金属の選定方法には電気伝導率だけではなく、コストや重量など、他の多くの性能とのバランスが重要となります。

次に金属の熱伝導率を見てみましょう。金属の熱伝導率は先ほど説明した自由電子がかかわっています。

金属は自由電子をもつこと、金属原子が規則正しく配列していることから、熱が伝わりやすいです。

代表的な金属の熱伝導率は以下の通りです。

電気と同様に、銀・銅は熱の伝達率が高い特徴があります。

金属の電気・熱伝導性をセラミックスやガラスと比較すると、以下のようになります。

セラミックスやガラスはほぼ絶縁体で、電気を通しません。
熱伝導性についても、金属が圧倒的に高く、放熱用途に適していることがわかります。

延性は物質が引っ張られたときにどれだけ長く引き延ばされるかを示す性質、展性は物質が圧縮されることによって広がり、形を変える性質を指します。

金属はこれらの能力により、薄く広げたり加工することが可能です。

金属は自由電子によって光を反射することで光沢をもちます。

金属は、「鉄系金属」と「非鉄金属」に分類されます。

① 鉄系金属
鉄を主成分とする金属で、代表的なものには以下があります。

② 非鉄金属
鉄以外の金属を指し、軽量や耐食性などの特徴を持ちます。

③ 合金（複数の金属を組み合わせた材料）
合金とは、2種類以上の金属を混ぜることで、個々の金属にはない特性を持たせた材料です。代表的な合金には以下のようなものがあります。

合金は、強度や耐食性、加工性を向上させるために工夫され、さまざまな製品に活用されています。

金属は、その特性を活かして多くの産業で使用されています。

特に、リサイクル性が高いのも金属の特徴の一つです。アルミニウムや銅は、使用後も再利用されることが多く、環境負荷を抑える材料としても注目されています。

金属は、無機材料の中でも耐久性・導電性・加工性に優れた重要な材料です。鉄系金属と非鉄金属に分類され、それぞれ異なる特徴を活かして幅広い分野で利用されています。