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．

由于新冠疫情的影响，2021年（第一年）研究环境搭建比较困难，所以我们主要花时间采购必要的设备，从2022年（去年）开始实际的研究活动。 。这项研究的目的是通过使用纳米尺寸的复合结构来进一步强化结构陶瓷材料中韧性最高的氧化锆。去年，我们根据第一年进行的初步实验结果确认了实验方法我做到了。第一年，我们就确认可以在该机构进行粉末制备和烧结等材料制备，以生产本研究的主题二氧化铈（CeO2）稳定氧化锆陶瓷。此外，去年，我们使用我们引进的气氛控制成像炉，在非平衡气氛（氢还原5%）中对二氧化铈稳定氧化锆陶瓷进行热处理（1200℃），创造了一种材料，其中的量我们证实，在还原处理过程中，氧气变得非化学计量。然而，由于新冠病毒大流行的持续，原定进行研究的研究合作者（学生）无法参加实验，无法进行系统研究。作为未来的研究进展，我们将通过在更大范围内改变二氧化铈浓度和还原温度来控制作为还原气氛中的平衡相的烧绿石相的沉淀量和分布，并进一步提高还原气氛中的二氧化铈浓度。母相以增加相变诱导的韧性。优化起始材料成分和还原处理条件，以获得适当的二氧化铈浓度以展示氧化机制。最后，通过在氧化气氛（大气中）中对含有上述析出相的两相陶瓷样品进行热处理（～500℃），使母相中的氧浓度恢复到大气中的平衡组成，并且我们的目标是实现相变诱导机制和沉淀强化机制，并证明进一步提高氧化锆陶瓷韧性的可能性。