Fabrication of toughened nanocomposite ceramic materials by equilibrium phase control

平衡相控制增韧纳米复合陶瓷材料的制备

• 批准号: 21K04669
• 负责人: 赤尾 尚洋
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Fukushima National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04669/
• 关键词: 構造用セラミックス材料; 正方晶ジルコニア多結晶体; 析出強化; マルテンサイト変態靱化機構; パイロクロア相; セラミックス材料; 非平衡雰囲気; マルテンサイト変態強化; 粒内複合化; ジルコニアセラミックス; 酸化還元処理; 平衡状態; ナノ複合化

2021年度（初年度）はコロナ禍の為，研究環境を整えるのが困難であったため，主に必要な機材の調達に費やしており，2022年度（昨年度）より実質的な研究活動をスタートする状況であった．本研究では構造用セラミックス材料の中でも高い靱性を有するジルコニアをナノサイズの複合構造によりさらに強靱化することを目的としており，昨年度は初年度に行った予備実験の結果をもとに実験手法の確認を行った．初年度は，本機関において本研究で対象としているセリア（CeO2）安定化ジルコニアセラミックス作製ための粉体調整，焼成等の材料作製が実施可能であることを確認することができた．さらに昨年度は導入した雰囲気制御イメージ炉を用いてセリア安定化ジルコニアセラミックスに対し非平衡雰囲気（5%水素還元）における熱処理（1200℃）を行い，還元処理中に酸素量が不定比となる材料作製が可能であることを確認した．しかしながら引き続きコロナ禍の為，研究遂行を担う予定だった研究協力者（学生）が実験に参加する事ができず，系統的な研究を行うことができなかった．今後の研究展開として，さらに広い範囲でセリア濃度と還元温度を変化させることで還元雰囲気下での平衡相であるパイロクロア相の析出量と分布を制御し，さらに母相のセリア濃度が変態誘起靱化機構を発揮するのに適したセリア濃度となるよう，出発原料組成および還元処理条件を最適化する．最終的には上記析出相を含む2相セラミックス試料に対し酸化雰囲気（大気下）で熱処理（～500℃）する事により母相の酸素濃度を大気中の平衡組成まで戻し，変態誘起機構と，析出強化機構の両立を実現し，ジルコニアセラミックスのさらなる高靱化の可能性の実証を目指している．

In 2021 (the first year), the quality of research activities was improved due to difficulties in the research environment, and the cost of necessary equipment was adjusted. This study aims to confirm the results of the preparation of the composite structure for structural applications. At the beginning of this year, this study aimed at the realization of the possibility of material preparation such as CeO2 stabilization, powder adjustment and sintering. In the past year, the introduction of heat treatment in the control of heat treatment in the non-equilibrium heat treatment (5% water element) was confirmed. Research collaborators (students) participate in systematic research. In the future, the research will be carried out to control the precipitation amount and distribution of the equilibrium phase under the condition of reducing temperature, to optimize the composition of the raw material and the conditions of reducing temperature. Finally, the precipitation phase contains two phases, and the sample is subjected to acid treatment (at high temperature) and heat treatment (~500℃). The equilibrium composition of the parent phase acid concentration in high temperature is determined. The mechanism of phase induction and precipitation strengthening is realized. The possibility of high temperature transformation is demonstrated.