半導体製造装置の部品、EV（電気自動車）のモーターの軸受、自動車の排ガスセンサー。金属や樹脂では役目を果たせないこうした場所で使われているのが、ファインセラミックスです。
ファインセラミックスは、原料と製造工程を精密に管理してつくる、工業用の焼きものです。アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素（SiC）、ジルコニア、窒化アルミニウムと材料ごとに得意なことが違います。
熱に強い、衝撃に強い、熱を逃がすといった性格の差が、使われる場所を分けています。
この記事では、ファインセラミックスの定義を押さえたうえで、主要5材料の特性を比較表で並べます。続いて、材料ごとの用途、分野別の使われ方、選定と取り扱いの注意点という順で整理します。
- 半導体製造装置：アルミナ・窒化アルミニウム・SiCの静電チャック、セラミックヒーター、ウェハーボート
- 電子部品・パワーモジュール：アルミナ・窒化アルミニウム・窒化ケイ素のパッケージや絶縁放熱基板（電気を通さずに熱を逃がす）
- 自動車：ジルコニアの酸素センサー、窒化ケイ素のEVモーター軸受ボール（電食を防ぐ）、SiCのDPF
- 産業機械・ポンプ：SiCのメカニカルシール、アルミナ・ジルコニアの耐摩耗部品やローラー
- 高温・溶湯まわり：窒化ケイ素・SiCの熱電対保護管、アルミ溶湯部品、溶接ノズル
- 国内生産額は2024年に3兆6,759億円。7割を電子部品向けの「電磁気・光学用」が占め、伸び率は「熱的・半導体関連」が19.3％増で最大（日本ファインセラミックス協会）
ファインセラミックスとは
ファインセラミックスは、JIS R 1600で化学組成や結晶構造、微構造、製造工程を精密に制御してつくられた、主として非金属の無機物質と定義されています。
新しい機能や特性をもつことが条件に含まれている点が、一般的な焼きものとの大きな違いです。
陶磁器が粘土やけい石といった天然原料をそのまま使うのに対し、ファインセラミックスは高純度に精製した原料や、化学的に合成した原料粉末を使います。原料の段階から不純物や粒の大きさをそろえることで、狙った特性を安定して出せるようになります。
製造工程にも特徴があります。京セラのセラミックナイフの製造事例では、原料の粉と水を混ぜて顆粒状にし、金型に詰めて1cm²あたり約1トンの力で成形したあと、焼成炉で焼き固めます。
焼成すると寸法は約3/4、体積は半分近くまで縮むため、縮む量を見込んで成形しておく必要があります。
言葉としては、京セラ創業者の稲盛和夫氏が従来の焼きものと区別するために使い始め、1970年代以降に一般にも広まりました。材料の基本的な分類や、金属・樹脂との性質の違いについては材料技術の基本原理もあわせて読むと全体像がつかみやすくなります。
同じ「焼きもの」でも、原料と工程の管理の厳しさがまったく違います。
※定義はJIS R 1600:2011、原料の違いは京セラ「ファインセラミックスとは？」による。
主要5材料の特性を比較する
ファインセラミックスの材料は、酸化物系と非酸化物系に大きく分かれます。酸化物系の代表がアルミナとジルコニア、非酸化物系の代表が窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウムです。
京セラ1社だけでも200種を超える材料を開発しており、実際にはさらに細かいグレードがあります。
まずは代表的な数値を並べて、材料ごとの性格の違いをつかんでおきましょう。どの材料が「上」というより、どの性能が突出しているかを見るのが比較表の読み方です。
青字は、4材料の中でその項目が最も優れている値です。
| アルミナ | ジルコニア | 窒化ケイ素 | 炭化ケイ素 | |
|---|---|---|---|---|
| 密度（g/cm³） | 3.9 | 6.0 | 3.0〜3.2 | 3.1 |
| 曲げ強度（MPa） | 350〜500 | 1,300 | 800〜1,000 | 490〜700 |
| 硬さ（ビッカース, GPa） | 16〜17 | 12 | 15 | 25 |
| 熱伝導率（W/m·K） | 30〜33 | 3 | 25〜35 | 130〜170 |
| 熱膨張（×10⁻⁶/K） | 8.0 | 11.0 | 3.2 | 4.3 |
※日本ファインセラミックス「エンジニアリングセラミックス特性表」の代表値。熱膨張は室温〜800℃の平均。窒化アルミニウムは放熱用途の章で扱う。数値はグレードやメーカーで変わる参考値。
表を見ると、ジルコニアは曲げ強度が突出して高い一方、熱伝導率は3W/m·Kと極端に低いことがわかります。炭化ケイ素は硬さと熱伝導率が高く、熱膨張も小さい材料です。
窒化ケイ素は強度が高いのに軽く、熱膨張も4材料の中で最も小さいという、構造部品にうれしい組み合わせを持っています。
アルミナは、どの項目でも1位ではありませんが、極端な弱点もありません。価格と入手のしやすさも含めて、多くの現場で最初の候補になるのはこのバランスのよさが理由です。
まず「何を一番優先するか」を決めると、候補は2つ程度に絞れます。
※材料の特徴は京セラの各材料ページ、日本ファインセラミックスの特性表をもとに整理。実際の選定はグレードと使用条件で確認が必要。
アルミナ｜迷ったらまず検討する標準材料
特徴
アルミナ（酸化アルミニウム、Al₂O₃）は、ファインセラミックスの中で最も広く使われている材料です。電気を通さない絶縁性と機械的な強度を両立し、耐熱性、耐摩耗性、耐食性もそろっています。
京セラが挙げるアルミナの特徴には、生体適合性もあります。高純度のアルミナはプラズマに強く、半導体製造装置の中で長く使える点も評価されるポイントです。純度の違いで多くのグレードがあり、用途に合わせて選べるのも使いやすさにつながっています。
主な用途
用途は非常に幅広く、京セラの製品例だけでも次のような分野にまたがります。
- 半導体製造装置：ウェハーボート、静電チャック、セラミックパッケージ
- 産業機械：耐摩耗部品、カッター、ローラー
- 電子機器：圧力センサ部品、パワーモジュール用基板
- 分析装置：ポンプ部品、バルブ
- 真空・高電圧機器：フィードスルー端子、気密端子
- 装飾品：腕時計のカラーセラミックス部品
ここで挙げた静電チャックは、半導体の前工程でウェハーを静電気の力で吸着・固定する部品です。装置の中でプラズマや薬液にさらされ続けるため、金属では寿命やコンタミネーション（異物混入）の面で不利になります。
注意点
アルミナの弱点は、熱伝導率が30W/m·K前後と、放熱が主目的の用途では物足りない点です。熱膨張も8.0×10⁻⁶/Kと、非酸化物系の材料より大きくなります。
そのため、熱を大量に逃がしたい用途や、急激な温度変化を繰り返す用途では、窒化ケイ素や窒化アルミニウムに置き換えることが検討されます。まずアルミナで要求を満たせるかを考え、足りない性能があれば別の材料へ、という順番が合理的です。
窒化ケイ素｜衝撃と熱に強い構造材料
特徴
窒化ケイ素（Si₃N₄）は、耐熱衝撃性と耐摩耗性に優れ、高温でも強度が落ちにくい材料です。曲げ強度は800〜1,000MPa、破壊靭性（割れの進みにくさ）は6〜7MPa·m1/2と、セラミックスの中では粘り強い部類に入ります。
密度は3.0〜3.2g/cm³と、アルミナより軽い点も特徴です。熱膨張が小さいため、熱がかかる環境でも寸法変化や熱応力が起きにくく、エンジン回りやガスタービンの部品として開発が進められてきました。
主な用途
京セラの製品例では、次のような部品が挙がります。
- アルミ溶湯に触れる部品
- 熱電対保護管
- 高周波焼入れの治具
- 溶接ノズル
- 塑性加工用ローラー
熱と摩耗が同時にかかる、金属では寿命が短くなりがちな場所が主な出番です。
近年もっとも注目されているのが、ベアリング（軸受）に入れる球です。
東芝マテリアルは窒化ケイ素ボールで世界シェア約50％（2022年7月時点、同社調べ）を持っています。工作機械、スペースシャトルのターボポンプ、風力発電、EVモーターへと採用を広げてきました。
EVモーターで窒化ケイ素ボールが使われるのは、電気を通さないことが最大の理由です。
※東芝「Toshiba Clip」の解説による。EVモーター向けの採用は2014年以降に拡大したとされる。
インバーターで動くモーターは、運転中に高周波の電流による電圧が生じます。ジェイテクトの解説によると、この電圧がたまると軸受の薄い油膜を通して放電し、転がり面を傷めます。
セラミックス球は電気を通さないため、軸受メーカー各社が電食対策として採用を進めています。EV化でどの部品の需要が増えるのかはEVシフトで増える部品・なくなる部品で整理しています。
基板用途
窒化ケイ素は、パワーモジュールの絶縁放熱基板としても使われます。
熱伝導では窒化アルミニウムに及びませんが、振動や温度の上げ下げを繰り返しても割れにくいことが評価され、車載など信頼性が重視される用途で存在感を高めています。
デンカは2000年の時点で、電気自動車や電鉄向けのパワーモジュール基板として、窒化ケイ素基板を発表していました。熱伝導率を従来の70W/m·Kから100W/m·Kに高めたもので、放熱性の弱点を補う工夫も重ねられています。
炭化ケイ素（SiC）｜高温・摩耗・薬品に強い
特徴
炭化ケイ素（SiC）は、硬さと耐薬品性、高温強度を兼ね備えた材料です。ビッカース硬度は25GPaと比較表の中で最も高く、京セラは1,400℃の高温でも強度が低下しないとしています。
熱伝導率は130〜170W/m·Kとアルミナの約4〜5倍あり、熱膨張も小さいため、温度差による割れにも強い材料です。一方で半導電性（わずかに電気を通す性質）があるため、絶縁が必要な部品にはそのままでは使えません。
主な用途
代表的な用途がメカニカルシールとポンプ部品です。メカニカルシールは回転軸まわりから液体が漏れないように、2つのリングを押し付け合いながら滑らせる部品で、摺動（こすれ合い）に強い炭化ケイ素が向いています。
そのほか京セラが挙げる用途には、半導体製造装置部品、研磨プレート、ごみ焼却炉の熱交換器チューブ、水栓のバルブ部品などがあります。
自動車では、ディーゼル車の排ガスから粒子を取り除くDPF（ディーゼル・パティキュレート・フィルター）にも使われます。NGKはコージェライト製と、耐熱性に優れる炭化ケイ素製を使い分けて供給しています。
パワー半導体のSiCとの違い
「SiC」と聞いて、EVのインバーターに使われるパワー半導体を思い浮かべる方も多いはずです。
化学組成は同じ炭化ケイ素ですが、製法も求められる品質も別物です。パワー半導体は結晶をそろえた単結晶ウェハーを使う電子デバイス、ここで扱うのは粉末を焼き固めた構造材料です。
求人情報や業界ニュースで「SiC」と出てきたときは、どちらの話かを確認すると混乱を避けられます。デバイスとしての特性や国内メーカーの動きはパワー半導体SiCとGaNの違いで詳しく扱っています。
ジルコニア・窒化アルミニウム｜靭性と放熱のスペシャリスト
ここまでの3材料に加えて、特定の性能で選ばれるのがジルコニアと窒化アルミニウムです。どちらも「この性能が必要ならこの材料」という指名買いに近い使われ方をします。
ジルコニア
ジルコニア（酸化ジルコニウム、ZrO₂）は、常温での強度と靭性がセラミックスの中で特に高い材料です。曲げ強度1,300MPaという値は比較表の中で突出しており、セラミックス製の包丁やハサミに使われているのもこの材料です。
主な用途は次のとおりです。
- 包丁やハサミなどの刃物
- 粉砕用のボール
- 光ファイバーをつなぐフェルール
- ディスペンスノズル
- ポンプ部品
- 医療機器部品
熱伝導率は他のセラミックスの1/10以下と低く、熱を伝えにくい性質は断熱が必要な部位で生きます。
自動車の酸素センサーも、ジルコニアの代表的な用途です。ジルコニアは高温に保つと酸素イオンを通す性質を持ち、排ガス側と大気側の酸素濃度の差から電圧が生じます。この信号で燃料の量を調整し、排ガスをきれいにする仕組みです。
窒化アルミニウム
窒化アルミニウム（AlN）は、電気を通さないのに熱はよく通すという、放熱部品にとって理想に近い材料です。デンカの基板は標準品で150W/m·K、高熱伝導タイプで180W/m·Kと、アルミナの約7倍の熱伝導率をうたっています。
熱膨張がシリコンに近いことも大きな利点です。半導体チップと貼り合わせても、温度が変わったときにずれや反りが起きにくくなります。用途は次のとおりです。
- パワーモジュールの基板
- LEDの実装基板
- 半導体製造装置のセラミックヒーターや静電チャック
- 半導体のセラミックパッケージ
放熱を優先するなら窒化アルミニウムと炭化ケイ素、断熱ならジルコニアが対極にあります。
※窒化アルミニウムはデンカANプレート（標準・高熱伝導タイプ）、その他は日本ファインセラミックスの特性表の値。バーの長さは上限値の目安。
用途分野から見るファインセラミックス
材料ごとの特徴を押さえたところで、今度は用途の側から見ていきます。
日本ファインセラミックス協会の調査では、ファインセラミックス部材の国内生産額は2024年に3兆6,759億円（前年比7.9％増）でした。7年連続で3兆円を上回っています。2025年は3兆8,370億円の見込みです。
生産額の7割は電子部品などの「電磁気・光学用」。伸び率では半導体関連が目立ちます。
※日本ファインセラミックス協会「ファインセラミックス産業動向調査（2025）速報」（2025年12月15日）。汎用・その他（68億円）は省略。
最大の「電磁気・光学用」には、コンデンサやパッケージ、基板など電子部品向けの部材が含まれます。
協会は2024年の伸びについて、BEVやスマートフォンが低迷する一方、AIサーバーを中心としたIT投資の増加で需要が拡大したことを要因に挙げています。
電子部品向けの代表格であるコンデンサのつくり方は積層セラミックコンデンサ（MLCC）の工程で詳しく紹介しています。
「熱的・半導体関連」は前年比19.3％増と、最も伸びた分野です。静電チャックやヒーター、放熱基板など、本記事で挙げたアルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素の部品が多く含まれる領域です。
一方で、ベアリングやシールなどの「機械的」部材は2.7％減で、分野によって景気の影響の受け方が異なります。
同じ分野でも、部品の役割によって材料が使い分けられています。
※京セラの各材料ページ、NGK、東芝、日本特殊陶業の公開情報をもとに整理。
自動車の排ガス浄化では、ハニカム形状の触媒担体にコージェライトというセラミックスが使われています。NGKの「ハニセラム」は急な温度変化や高温に強く、壁の厚さ0.05mmまで薄くした製品もあり、生産累計は20億個以上にのぼります。
選定と取り扱いで気をつけること
ファインセラミックスは硬く強い材料ですが、金属と比べると脆く、一度ひびが入ると一気に割れやすいという性質があります。
この脆さは靭性（破壊への抵抗力や粘り強さ）という指標で表され、一般にファインセラミックスは靭性が低い材料です。部分安定化ジルコニアは例外的に靭性が高い部類に入ります。
加工の難しさも見落とせません。硬くて脆く、熱にも強いため、焼き上がったあとに高精度かつ効率よく削ることが難しく、構造材料として広く使われる妨げになってきました。
焼成で大きく縮むことも含め、形状と公差は材料メーカーと早い段階で相談するのが実務上の定石です。
カタログ値だけで決めず、使われ方と加工のしかたまで確認します。
※数値はすべてグレードとメーカーで変わる参考値。最終的にはメーカーの材料特性表と試作で確認する。
取り扱いでは、角や薄い部分に衝撃が集中すると欠けが起きやすくなります。組み立て時に金属工具を強く当てない、締め付けトルクを管理する、といった現場のルールも品質を左右します。
また、比較表の数値は材料の代表値にすぎず、同じアルミナでも純度や製法で性能が大きく変わります。「アルミナならどこのものでも同じ」とは考えず、メーカーとグレードを指定して評価することが、トラブルを防ぐ近道です。
まとめ
- ファインセラミックスは、高純度原料と精密に制御した工程でつくる、機能をもった無機材料
- アルミナはバランス型の標準材料で、迷ったらまず検討する候補
- 窒化ケイ素は軽くて熱衝撃に強く、EVモーターの軸受ボールや基板で需要が伸びている
- 炭化ケイ素は硬さ・高温強度・熱伝導に優れ、ジルコニアは靭性、窒化アルミニウムは絶縁と放熱に強い
- 脆さと加工の難しさがあるため、力のかかり方や形状をメーカーと早めに詰めることが大切
ファインセラミックスは、材料そのものよりも「どの部品の、どんな問題を解決しているか」で見ると理解が深まります。関連する職種では研究開発、技術テーマとしては材料技術や半導体製造がこの分野と深く関わります。
業界の市場規模や主要企業については、窯業・セラミックスの業種ページから関連記事もあわせてご覧ください。
出典
出典・参考資料（12件）を開く出典・参考資料を閉じる
- 定義：JIS R 1600:2011 ファインセラミックス関連用語
- 陶磁器との違い・製造工程：京セラ「ファインセラミックスとは？」、京セラ「ファインセラミックスの製造工程」、京セラ「ファインセラミック製ナイフのつくり方（事例）」
- 材料の数：京セラ「セラミックスの材料」
- 特性値：日本ファインセラミックス「エンジニアリングセラミックス特性表」
- 材料別の特徴と用途：京セラ アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、窒化アルミニウム、異なる特性を持つファインセラミックスの種類
- 窒化アルミニウム基板：デンカ「デンカANプレート」、京セラ「窒化アルミニウム（AlN）基板／パッケージとは」、窒化ケイ素基板：デンカ「デンカSNプレート」高熱伝導グレードの開発について
- 窒化ケイ素ボール：Toshiba Clip「世界シェア50％！東芝『セラミックスボール』の強さとは？」
- 排ガス浄化用セラミックス：NGK「ハニセラム」
- 酸素センサー：日本特殊陶業「ジルコニア酸素センサ」
- 電食の仕組み：ジェイテクト「電食に強い新セラミックベアリング導入事例」
- 靭性・脆さ：京セラ「ファインセラミックスの強さ－靭性」、加工の難しさ：アスザック「加工研究」
- 生産額：日本ファインセラミックス協会「ファインセラミックス産業動向調査（2025）速報」
NEWSLETTER
選んだ職種・業種に合わせた記事を、週1回メールで
週刊MONOSCOPEは、登録時に選んだ職種・業種に合わせた記事を週1回お届けする無料のメルマガです。
職種・業種を選んで登録へ ›
無料・週1回。登録後に届く確認メールのリンクを押すと登録が完了します。配信はメール内のリンクからいつでも停止できます。
WEEKLY NEWS
今週の製造業ニュース10選
メルマガは職種・業種に合わせた記事。LINEとnoteでは、全員共通の10本を毎週土曜の朝にお届けします。
LINEでニュース10選を受け取るnote今週のニュース10選をnoteで読む ›
コメント