金属/セラミックス系ナノコンポジットの製造・構造・評価

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Al_2O_3やZrO_2の結晶粒内にナノ寸法の金属粒子が、また金属間化合物の結晶粒内にナノ寸法のセラミックス粒子が分散したナノ複合材料の焼結法による作製を試み、また作製したナノ複合材料の構造と特性を評価する実験を進め以下のような成果を得た。(1)Al_2O_3粉末にW、Mo、Ni、Tiの金属微粉末を均一に混合し、それをホットプレス焼結することにより、金属ナノ粒子がセラミックスの結晶粒内に分散したナノ複合材料の製造に成功した。(2)Al_2O_3粉末に金属酸化物粉末NiO、WO_3を均一に混合し、焼結前に金属酸化物を金属粒子に還元する方法で、より微細な金属ナノ粒子が分散したナノ複合材料の作製に成功した。(3)これらのナノ複合材料の強度は、金属ナノ粒子が約5vol%分散しただけで、2〜3倍も飛躍的に向上することが明らかになった。この挙動は、セラミックスより弱く、柔らかい金属(Ni)を分散したときでも観察された。(4)ZrO_2粉末にMo金属微粒子を均一に混合し、それを焼結させる方法で、ZrO_2の結晶粒内にナノサイズのMo金属粒子が、また同時にMo金属粒子内にナノサイズのZrO_2粒子が分散した、双方向ナノ複合材料の製造に成功した。(5)この双方向ナノ複合材料は、2000MPa以上の超強度と15MPam^<1/2>以上の超靭性を示すことが明らかになった。(6)Al/Ti系の金属間化合物、MoSi_2金属間化合物にナノ寸法のSiCやB_4C粒子が分散した新規のナノ複合材料の作製にも成功し、強度や靭性を2倍以上も向上させることに成功した。(7)更に、ナノサイズの金属粒子を分散することにより、予想とは異なり、高温強度が逆に向上する現象を見いだした。