凝集のないジルコニア系ナノセラミックスの低温合成と焼結

ジルコニアは燃料電池、センサー、電子素子などの高機能セラミックスとして、あるいは耐火物、断熱材、強靱性セラミックス、機械部品などの構造材料として有用な材料である。これらの粉体をナノサイズにすると、粒子が凝集し期待された特性が得られないことが問題である。この問題は粉体の焼結性などに大きな影響を与える。そこで本研究では、凝集のないジルコニアのナノ粒子の低温合成を試みた。ジルコニアには単斜相、正方相、立方相が存在する。単斜相から正方相への転移では、約3%の体積収縮に伴い亀裂を伴うため、これがジルコニアを焼結体として用いる時の欠点となる。そこで添加物を加えて高温相である立方相や正方相を安定化する必要がある。そこで本研究では、まず、現在報告例が少なく完全に研究されていないカルシアやマグネシアを添加したジルコニアに着目した。具体的には、高純度なセラミックスのナノ粒子を合成するための手段としてクエン酸ゲル法を用いた。合成された試料に対して、X線回折を用いて相の同定を行った。ここで軸率c/a>1の正方相であるt'と軸率c/a=1の正方相t"および立方相cを区別するには、X線回折と共にラマン散乱の併用が必要であるため、これを実施した。その結果、特にZrO_2-MgO系においては、従来では明らかになれてこなかったt'とt"を区別した相関係を明らかにすることに成功した。更に透過型電子顕微鏡を用いて、各相に対する結晶の形状、サイズを確認した。本研究は、日本学術振興会の外国人特別研究員事業として行われているものであり、その残りの期間においては合成したZrO_2-MgO系粉末に対してリートベルト解析を行う。それにより、添加物の濃度に対する構造変化を明らかにすると共に、結晶相の定量を行う。更にRESS、SAS法を用いることにより、凝集のないナノ粒子の低温合成を試みる予定である。

ジルコニアは燃料電池、センサー、電子素子などの高機能セラミックスとして、あるいは耐火物、断熱材、強靱性セラミックス、機械部品などの構造材料として有用な材料である。これらの粉体をナノサイズにすると、粒子が凝集し期待された特性が得られないことが問題である。この問題は粉体の焼結性などに大きな影響を与える。そこで本研究では、凝集のないジルコニアのナノ粒子の低温合成を試みた。ジルコニアには単斜相、正方相、立方相が存在する。単斜相から正方相への転移では、約3%の体積収縮に伴い亀裂を伴うため、これがジルコニアを焼結体として用いる時の欠点となる。そこで添加物を加えて高温相である立方相や正方相を安定化する必要がある。そこで本研究では、まず、現在報告例が少なく完全に研究されていないカルシアやマグネシアを添加したジルコニアに着目した。具体的には、高純度なセラミックスのナノ粒子を合成するための手段としてクエン酸ゲル法を用いた。合成された試料に対して、X線回折を用いて相の同定を行った。ここで軸率c/a>1の正方相であるt'と軸率c/a=1の正方相t"および立方相cを区別するには、X線回折と共にラマン散乱の併用が必要であるため、これを実施した。その結果、特にZrO_2-MgO系においては、従来では明らかになれてこなかったt'とt"を区別した相関係を明らかにすることに成功した。更に透過型電子顕微鏡を用いて、各相に対する結晶の形状、サイズを確認した。本研究は、日本学術振興会の外国人特別研究員事業として行われているものであり、その残りの期間においては合成したZrO_2-MgO系粉末に対してリートベルト解析を行う。それにより、添加物の濃度に対する構造変化を明らかにすると共に、結晶相の定量を行う。更にRESS、SAS法を用いることにより、凝集のないナノ粒子の低温合成を試みる予定である。