序文
タングステンは、高融点、高密度、優れた耐食性で知られる遷移金属であり、18世紀の発見以来、現代産業と最先端技術に欠かせない基盤となっています。初期の白熱フィラメントから今日の超硬合金切削工具、核融合装置の最初の壁材、ナノスケールの光電子デバイスに至るまで、タングステンの幅広い応用は、材料科学分野における独自の地位を示しています。タングステンの主な形態の一つであるタングステン粉末は、タングステン系材料の製造における中核原料であるだけでなく、技術革新を促進する重要な担い手でもあります。特に近年、ナノテクノロジーの台頭に伴い、高純度ナノタングステン粉末は、優れた光触媒特性、エレクトロクロミック特性、電磁波遮蔽特性によってタングステンの応用範囲を急速に拡大し、エネルギー、環境、インテリジェント製造などの分野に新たな可能性をもたらしています。
本書の執筆は、多機能材料であるタングステン粉末を包括的に理解する必要性から生まれました。世界的な工業化の加速と持続可能な開発の目標に牽引され、タングステン粉末の研究と応用は大きな変化を遂げています。実験室での微視的な探究から大規模な工業生産に至るまで、タングステン粉末の各粒子は、科学的原理と工学的実践の融合を担っています。しかし、既存の文献は特定の分野に焦点を当てていることが多く、体系性と網羅性に欠け、科学研究者、エンジニア、そして業界の意思決定者の包括的な知識のニーズを満たすことができません。そこで、本書を通じて、基礎科学、生産技術、そして応用の実践を繋ぐ橋渡しをし、タングステン粉末分野の実務家に権威があり、実用的で将来を見据えた参考ガイドを提供したいと考えています。
本書の目的は多岐にわたります。第一に、タングステン粉末の科学的本質を明らかにし、原子構造や結晶特性からナノスケールの表面効果に至るまで、その物理的、化学的、光学的特性を体系的に分析し、その後の技術開発のための理論的基礎を築くことを目指します。第二に、タングステン粉末の製造プロセスを、伝統的な水素還元法からプラズマ球状化法や水熱合成法といった現代の先端技術に至るまで詳細に検証し、実験室規模から産業規模までの全プロセスを網羅し、表面改質技術と複合技術の最新の進歩を探究します。さらに、本書ではタングステン粉末の特性評価方法と性能試験技術を包括的に紹介し、読者がタングステン粉末の品質と機能を正確に評価できるようにします。最も重要なのは、超硬合金、電子機器、軍事原子力産業、積層造形といった伝統的な分野におけるタングステン粉末の応用を深く探求するとともに、量子技術、スマート材料、持続可能な開発といった最先端分野におけるその可能性にも目を向けていることです。世界的な市場分析と技術動向予測を通じて、読者が技術の現状を理解するだけでなく、将来の発展の方向性についての洞察も得られることを願っています。
本書は全6部、全20章、8つの付録で構成され、網羅性と体系性を追求しています。第1部「タングステン粉末の基礎科学」では、タングステンとその粉末形態の本質的特性に焦点を当てています。第2部「タングステン粉末製造技術」では、伝統的な製造プロセスから高度な製造プロセスまでを詳細に解説しています。第3部「タングステン粉末の性能と特性評価」では、その物理的、化学的、機能的特性を分析しています。第4部「タングステン粉末の特性評価と分析技術」では、ミクロおよびマクロの試験方法を提供しています。第5部「タングステン粉末の産業応用と新興応用」では、伝統的な応用シナリオと新たな応用シナリオを取り上げています。第6部「最先端研究と将来動向」では、タングステン粉末が科学技術と社会において今後果たす役割を展望しています。付録には、規格、特許、機器リストなどの実用的なリソースが掲載されており、本書の参考資料としての価値を高めています。
本書の執筆過程においては、NatureやActa Materialiaといったトップジャーナルの最新研究成果、ASTM、ISO、GB/Tといった国際規格、そして世界の主要タングステン粉末サプライヤー（American ElementsやHC Starckなど）の統合データや特許情報など、数多くの権威ある文献を参照しました。内容の実用性を高めるため、多くのタングステン企業を訪問し、材料科学、冶金工学、ナノテクノロジー分野の専門家にレビューへの参加を依頼しました。CTIA GROUP LTDのご支援には心より感謝申し上げます。同社の業界洞察力と技術情報は、本書に豊かな彩りを添えています。
本書の対象読者は、タングステン粉末の微視的メカニズムを深く理解したいと願う材料科学・工学分野の研究者、生産プロセスと応用ソリューションの最適化を目指す超硬合金、エレクトロニクス、軍事、航空宇宙産業のエンジニア、体系的な教科書や研究参考文献を必要とする大学で材料学を専攻する教師と学生、タングステン粉末市場の世界的な動向と持続可能な開発戦略に関心を持つ業界アナリストや政策立案者など、多岐にわたります。タングステン粉末に馴染みのない初心者の方から、長年携わってきた専門家の方まで、本書は皆様にとってインスピレーションと助けとなるものと信じております。
タングステン粉末の世界は、小さくも広大です。ナノ粒子から産業文明を支える巨大なシステムまで、人類の技術の進歩を目の当たりにし、未来への希望を担ってきました。本書が、知識の集大成となるだけでなく、タングステン粉末の謎を探求し、科学と産業における新たな章を共に推進するための招待状となることを願っています。このプロセスにおいて、皆様からのフィードバックとご参加が不可欠です。本書の付録に記載されている連絡先まで、皆様のご意見やご要望をお聞かせください。
この本があなたの研究と実践の良き伴侶となり、タングステン粉末の潜在力があなたの手の中で輝きますように！
コンテンツ
序文
タングステン粉末の科学的および産業的価値
本書の構成と目的
謝辞とデータソース
パート1 タングステン粉末の基礎科学
第1章 タングステンの物理的・化学的性質
1.1 タングステンの原子構造と電子的性質
1.2 結晶構造（BCC、HCP相転移および結晶欠陥）
1.3 熱力学的性質（融点、熱膨張係数、蒸気圧）
1.4 化学的安定性（耐食性、酸化挙動および反応性）
第2章 タングステン粉末の形態と分類
2.1 粒度分布と形態（球状、薄片状、多孔質構造）
2.2 超微細タングステン粉末（サブミクロン）とナノタングステン粉末（<100 nm）
2.3 高純度タングステン粉末（>99.95%）とドープタングステン粉末（La₂O₃、K、Y₂O₃）
2.4 酸化タングステンの形態（ WO₃、WO₂.₉、WO₂.₇₂）とその特性
2.5 タングステン粉末の粒度分布の利点と欠点
2.6 タングステン粉末の粒度分布の産業的意義
パート2 タングステン粉末製造技術
第3章 伝統的な冶金プロセス
3.1 水素還元（APT/WO₃還元、プロセスパラメータの最適化）
3.2 炭素熱還元（反応速度論と炭素含有量の制御）
3.3 溶融塩電解（NaCl-KCl-WO₃系と電解パラメータ）
第4章 現代の先進的製造技術
4.1 プラズマ球状化技術（RFおよびDCプラズマプロセス）
4.2 化学蒸着（CVD）および物理蒸着（PVD）
4.3 メカニカルアロイング（高エネルギーボールミリングおよびナノ結晶タングステン粉末）
4.4 ナノタングステン粉末の合成（水熱法、ゾルゲル法、スプレー熱分解）
第5章 表面改質と複合技術
5.1 表面コーティング（Ni、Cu、Agの焼結および性能への影響）
5.2 タングステン系複合材料（W-Cu、W-Ni-Fe、W-ZrO₂）
5.3 機能化タングステン粉末（抗菌、導電性、放射線遮蔽改質）
5.4 分散液調製（水系、アルコール系分散プロセスおよび安定性）
パート3 タングステン粉末の特性と特徴
第6章 物理的および機械的性質
6.1 密度と気孔率（タップ密度と理論密度の比較）
6.2 硬度と耐摩耗性（ビッカース硬さ、ナノインデンテーション試験）
6.3 高温特性（クリープ抵抗、熱疲労および相変態挙動）
第7章 熱的および電気的特性
7.1 熱伝導率および熱膨張係数（温度依存性と試験）
7.2 電気伝導率および電子放出特性（電界放出、熱イオン放出）
7.3 電磁波遮蔽および吸収特性（GHz帯性能）
第8章 化学的および光学的性質
8.1 酸化速度論（高温酸化モデルと保護戦略）
8.2 耐食性（酸およびアルカリ媒体における劣化メカニズム）
8.3 光学的性質（バンドギャップ、光吸収およびエレクトロクロミック特性）
第4部 タングステン粉末の特性評価と分析技術
第9章 微細構造と形態分析
9.1 走査型電子顕微鏡（SEM）と透過型電子顕微鏡（TEM）
9.2 X線回折（XRD）と電子後方散乱回折（EBSD）
9.3 比表面積と多孔度分析（BET法、水銀圧入法）
第10章 組成と表面分析
10.1 X線光電子分光法（XPS）とオージェ電子分光法（AES）
10.2 誘導結合プラズマ（ICP-MS）とエネルギー分散型分光法（EDS）
10.3 表面化学状態と汚染検出（TOF-SIMS）
第11章 タングステン粉末の性能試験技術
11.1 機械的性能試験（引張、圧縮、三点曲げ）
11.2 熱分析技術（DSC、TGA、熱膨張計）
11.3 電気的および電磁的試験（4プローブ法、ベクトルネットワークアナライザ）
第5部 タングステン粉末の産業用途と新たな用途
第12章 超硬合金と切削工具
12.1 炭化タングステン（WC）の合成と焼結プロセス
12.2 超硬合金工具の性能最適化（旋削工具、フライスカッター）
12.3 超硬コーティング（CVD-WC、ダイヤモンドコーティング）
第13章 エレクトロニクスとエネルギー応用
13.1 カソード材料（熱イオンカソードと電界放出カソード）
13.2 半導体パッケージとヒートシンク（W-Cu、W-Ag）
13.3 エネルギー貯蔵（電池電極、スーパーキャパシタ）
13.4 エレクトロクロミックと熱遮蔽（スマートウィンドウ、省エネコーティング）
第14章 軍事および原子力産業への応用
14.1 徹甲弾および装甲材料（W-Ni-Fe合金）
14.2 核融合第一壁材料（耐スパッタリング性能）
14.3 放射線遮蔽（γ線および中性子吸収）
第15章 付加製造と航空宇宙
15.1 3Dプリント用球状タングステン粉末の形態特性
15.2 選択的レーザー溶融法（SLM）と電子ビーム溶融法（EBM）の特徴、プロセスフロー、利点、適切な用途
15.3 航空宇宙用高温部品（タービンブレード、燃焼室）
15.4 3Dプリント導電性ペーストおよび複合材料
15.5 球状タングステン粉末および3D合金製品の応用状況と将来展望
第16章 その他の新興用途
16.1 医療機器（放射線治療コリメータ、外科用器具）
16.2 顔料とコーティング（防火、遮蔽、美術用顔料）
16.3 ガスセンサーと光触媒（環境および化学用途）
16.4 スポーツ、レジャー、文化、芸術産業
第6部 最先端研究と今後の動向
第17章 ナノタングステン粉末の量子・スマートテクノロジー
17.1 量子閉じ込め効果と単原子層タングステン
17.2 量子ドットおよび光電子デバイスにおけるナノタングステン粉末の応用
17.3 スマート材料（形状記憶、自己修復設計）
第18章 持続可能な開発と循環型経済
18.1 タングステン廃棄物リサイクルの歴史と現状（湿式冶金技術と乾式冶金技術）
18.2 湿式冶金によるタングステン廃棄物の回収技術とプロセス
18.3 乾式・湿式タングステン廃棄物回収技術とプロセス
18.4 低炭素生産（水素還元とグリーンケミストリー）
18.5 ライフサイクルアセスメント（LCA）とカーボンフットプリント
18.6 タングステン粉末製造技術の歴史的レビューと将来の発展
第19章 タングステン粉末産業の世界市場と技術動向
19.1 需給状況と価格動向（中国、欧州、北米）
19.2 主要メーカーと競争環境
19.3 技術革新（自動化、インテリジェント生産）
第20章 タングステン粉末研究の将来展望
20.1 タングステン粉末の学際的統合と応用（材料、エネルギー、量子技術）
20.2 タングステン粉末の生産技術の課題と解決策
20.3 持続可能な開発におけるタングステン粉末の戦略的意義
20.4 タングステン粉末に影響を与える非技術的・非市場的要因とその将来的な傾向
付録
付録 国際規格および仕様（ASTM、ISO、GB/T）
付録：タングステン粉末の物理的特性（密度、融点、導電率など）のクイックルックアップ表
付録：タングステン粉末関連特許リスト（世界特許番号および概要）
付録：タングステン粉末製造装置および機器一覧
付録 タングステン粉末参考文献（多言語版：中国語、英語、日本語、ドイツ語、ロシア語、韓国語）
付録 タングステン粉末の安全取り扱いガイド（MSDSおよび保護対策）
付録：中国語と英語の用語集
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