放電プラズマ焼結による酸化物の固体間反応と固相焼結における物質移動

放电等离子烧结氧化物的固-固反应和固态烧结中的传质

基本信息

批准号：
12750634
负责人：
南口誠
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Nagaoka University of Technology (2001)Tokyo Institute of Technology (2000)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度はセラミックスの放電プラズマ焼結における固相焼結や化学反応を検討するため、昨年度に引き続き,CaAl_<12>O_<19>の固体間反応について検討した.固体間反応と交流2端子法による導電率測定の結果から大気中においてCaAl_<12>O_<19>の主たる欠陥が酸素イオンの格子間イオンとCaの格子間イオンであり,固体間反応においてはCaイオンの拡散が律速することを確認した.この結果から,この欠陥が主たる範囲では固体間反応に酸素分圧依存性がないことが期待できる.また,導電率測定の結果から,4Al_2O_3+CaAl_4O_7=CaAl_<12>O_<19>の反応における標準ギブスエネルギ変化を求めた.さらにその結果と固体間反応より得た放物線速度定数からCaAl_<12>O_<19>中のCaイオンの拡散係数を構成酸化物の活量の関数として求めた.また交流2端子法による導電率測定から0イオンの拡散係数を構成酸化物の活量の関数として求めた.続いて,放電プラズマ焼結中の粉末の固体間反応実験では平均粒径0.3μmのAl_2O_3,平均粒径7μmのCaAl_4O_7を用い,1400から1700Kの温度範囲で反応させた.試料温度はパンチに穴を開けてR熱電対を挿入して測定した.反応率の測定は検量線を用いたX線回折法により求めた.反応率の時間変化についてはJanderの解析法を用いた.その結果,放電プラズマ焼結におけるk_pの値は通常の固体間反応に比べて4桁ほど大きい値となった.また,パルス通電加圧焼結中の粉末の固体間反応実験においては試料温度のばらつきが多く,反応率の誤差も大きかった.また,放電プラズマ焼結における反応の速度定数の活性化エネルギはバルク同士の固体間反応の場合に比べ低かった.組織観察の結果,パルス通電焼結においては粒成長が著しいことがわかった.反応速度における活性化速度は結晶粒の大きさ,すなわち粒界拡散の影響が考えられるため,単純にパルス通電の効果とはいえない.今後,粒成長の影響を取り除くとともに実験精度の向上を図り,この反応速度の違いが酸素分圧の違いによるものなのか,パルス通電に起因するものなのかを検討する.

今年，为了研究陶瓷放电等离子体烧结中的固相烧结和化学反应，我们继续去年的研究，对CaAl_<12>O_<19>中的固相反应和AC二元反应进行了研究。终端法电导率测量结果表明大气中的CaAl我们证实_<12>O_<19>中的主要缺陷是氧离子的间隙离子和Ca的间隙离子，并且Ca离子的扩散是固态反应中的速率决定因素。在固态反应中不依赖于氧分压，其中此外，根据电导率测量结果，确定了4Al_2O_3+CaAl_4O_7=CaAl_<12>O_<19>反应中的标准吉布斯能量变化。此外，根据结果和固态得到的抛物线速率常数反应，CaAl_<12>O_<19 >介质中 Ca 离子的扩散系数被确定为构成氧化物活性的函数。此外，0 离子的扩散系数被确定为使用 AC 进行电导率测量的构成氧化物活性的函数续在放电等离子烧结过程中粉末的固态反应实验中，发现平均粒径为0.3μm的A。采用平均粒径为7μm的l_2O_3、CaAl_4O_7，反应温度范围为1400～1700K。通过在冲头上打孔并插入R热电偶来测量样品温度。反应速率使用校准曲线测量反应速率的时间变化，使用X射线衍射法测定。因此，放电等离子烧结中的k_p值比普通固-固反应中的k_p值大4个数量级左右。在固态反应实验中，样品温度存在很多变化，反应速率存在误差。此外，放电等离子烧结反应速率常数的活化能低于块体之间固-固反应的活化能。显微组织观察结果发现，脉冲电流烧结中晶粒长大显着。反应速率中的活化速率取决于晶粒尺寸。也就是说，既然考虑了晶界扩散的影响，就不能简单的说是脉冲电流施加的效果。今后，我们将去除晶粒长大的影响，提高实验精度，我们会尝试为了了解反应速率的差异是由于氧分压的差异造成的，我们将检查这是否是由于脉冲通电造成的。