融体急冷法による多成分セラミックスナノ材料の作製と評価

熔融淬火法多元陶瓷纳米材料的制备及评价

• 批准号: 02F00795
• 负责人: 吉村 昌弘
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F00795/
• 关键词: ナノコンポジット; ナノセラミックス; 融体; 急冷; 非晶質; ガラス; 結晶化

セラミックスは一般に固相プロセス、すなわち粉体合成(調整)→成形→固定化(焼結)の3段階を経て作製されている。近年注目されているナノセラミックス材料でもこのルートが探求されているが、微細な結晶粒子の均一な分散、固化、さらに焼結においてもそれぞれ困難があり、限られた系でしか成功していない。我々はこれらの固相プロセスに対してより簡便でありながら応用範囲の広い融体鋳造法によるセラミックナノコンポジットの作製法を開発した。この方法の新しさは、まず三元あるいは擬三元系の共晶点付近の融体を急冷すれば、三元共晶析出による微細な結晶の集合体(ナノ構造体)ができると予想したことにある。場合によっては、融体が過冷却された非晶質が得られるが、これを適切に熱処理してやれば多相の結晶相からなるナノコンポジットとすることができる。以上の考えを基に、HfO_2-Al_2O_3-SrTiO_3系およびHfO_2-AlO_3-BaTiO_3系を検討した。所定の酸化物混合粉体をアークイメージ炉で水冷銅版上で融解し、急速に冷却したところ数mm径の透明な球状試料が得られた。これらはほぼ完全は非晶質であり、1000℃以上のアニールによってHfO_2-Al_2O_3-SrTiO_3あるいはBaTiO_3からなるナノコンポジットになることが分かった。SiO_2やB_2O_3などのガラス形成成分を多量に含むガラスセラミックスを除けば、セラミックスの融体鋳造は困難と考えられていたので、このようなナノコンポジットセラミックスはこれまでほとんど報告もなく、どのような物性を示すか?も含めて新しいセラミック材料として大きな発展が期待される。

陶瓷通常是通过三个阶段生产的：固相过程，即粉末合成（调节）→成型→固定化（烧结）。在纳米陶瓷材料中探索了这一路线，近年来一直引起人们的注意，但是均匀的分散，固化和细晶体颗粒的烧结很困难，只有有限的系统成功。我们已经开发了一种使用熔体铸件制造陶瓷纳米复合材料的方法，该铸造材料更易于使用，但更广泛地应用了这些固相过程。关于这种方法的最新事情是，可以预测，如果三元或伪装系统的共晶层附近的熔体首先是快速冷却的，则会形成细晶体组件（纳米结构）。在某些情况下，可以获得熔化过冷的无定形材料，但是如果进行适当的热处理，则可以将其制成由多相结晶相组成的纳米复合材料。基于上述想法，我们检查了HFO_2-AL_2O_3-SRTIO_3和HFO_2-ALO_3-BATIO_3系统。将给定的氧化物混合粉末融化在弧形图像炉中的水冷铜板上，并迅速冷却混合物，以获得直径为几毫米的透明球形样品。这些几乎完全无形，发现在1000°C下退火或更高的纳米复合材料由HFO_2-AL_2O_3-SRTIO_3或BATIO_3制成。除玻璃陶瓷外，包含大量玻璃形成组件（例如SIO_2和B_2O_3），陶瓷的融化铸造被认为很困难，因此到目前为止，几乎没有关于这种纳米复合陶瓷的报道，到目前为止，预计将作为新的陶瓷材料（包括新的物理特性）展出的良好开发。

项目成果

Sophoe LE GALLET: "Nanostructured Oxide Ceramics by Rapid Solidification of Melts"J.Euro.Ceram.Soc.. (発表予定).

Sophoe LE GALLET：“通过熔体快速凝固制备纳米结构氧化物陶瓷”J.Euro.Ceram.Soc.（待提交）。