Addition of New Functions to Ziroconia Ceramics by Nano-sized Metal Dispersion

纳米金属分散体为氧化锆陶瓷增添新功能

基本信息

  • 批准号:
    11650718
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1999
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1999 至 2000
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this project, I have focused on the development of multi-functional zirconia-based nanocomposite materials. For over the decades I have concentrated to design and to develop ceramic/metal nanocomposite, in which nanometer-sized metal dispersed within Al_2O_3, MgO and so on. Based on this concept I have applied this technique to zirconia-based nanocomposite. Zirconia is well known to show high-strength and toughness due to its stress-induced phase transformation toughening. To enlarge the application of this ceramic, addition of new functions or realizing multifunctionality may be necessary. Therefore, I have investigated to develop transition metal dispersed zirconia nanocomposite in order to achieve above-mentioned purposes. Here, I selected Ni as dispersed functional metal nanoparticles. Several kinds of fabrication processing have been applied.In this research, followed results have been obtained.(1) Proposed ZrO_2/Ni nanocomposites have been successively prepared by using reduct … More ion and sintering method for various ZrO_2/NiO composite powders. Large enhancement of fracture strength of zirconia was achieved when small amounts of Ni nanoparticles were dispersed into zirconia. Ferromagnetism of nanosized-Ni was also compatible in this nanocomposite. Magnetic coercivity was dominantly increased with decreasing particle size of Ni. In addition, magnetization was found to be sensitive to applied stress, showing the possibility of non-destructive remote sensing of deformation/fracture of nanocomposites.(2) When very small amount of NiO dopant was added into zirconia, dens solid solution with tetragonal structure was prepared, which had improved toughness. This is due to the control of stability of crystal structure of zirconia by small amount of NiO dopant. This fact indicates that phase transformation behavior can be controlled. In addition, zirconia/Ni nanocomposites could also be obtained by atmosphere-controlled heat-treatment of this solid solution ; Nanosized Ni particles were successively in-situ precipitated. This nanocomposite was found to show both high-toughness and ferromagnetism, implying the advantage of this newly developed "internal reduction method" for making ceramic/metal nanocomposites.(3) Powder preparation for zirconia/nickel nanocomposite was also investigated by using solution chemical route. Appropriate control factors for this chemical processing have been clarified. This method allowed us to obtain nanocomposite powder of ZiO_2-NiO with nanometer-size, which is more useful for developing ZiO_2/Ni nanocomposite and related materials.In conclusion this research project has successively conducted to develop novel multifunctional zirconia/nickel nanocomposites. This material exhibited both excellent mechanical properties and magnetic functionalities. All these new preparation techniques are considered to be applicable to another ceramic nanocomposite systems. Less
在这个项目中,我专注于多功能氧化锆基纳米复合材料的开发,几十年来我一直致力于设计和开发陶瓷/金属纳米复合材料,其中纳米尺寸的金属分散在Al_2O_3、MgO等中。基于这个概念,我将该技术应用于氧化锆基纳米复合材料,众所周知,氧化锆由于其应力诱导的相变而表现出高强度和韧性。为了扩大这种陶瓷的应用,可能需要添加新的功能或实现多功能性,因此,我研究了开发过渡金属分散的氧化锆纳米复合材料以实现上述目的。这里,我选择Ni作为分散的功能。几种金属纳米粒子的制备方法已得到应用。本研究取得了以下成果。(1)采用还原法成功制备了ZrO_2/Ni纳米复合材料。当少量的Ni纳米颗粒分散到氧化锆中时,氧化锆的断裂强度也得到了提高,并且纳米复合材料的磁矫顽力也得到了提高。此外,发现磁化强度对施加的应力敏感,这表明无损遥感的可能性。 (2)当氧化锆中添加极少量的NiO掺杂剂时,可以制备出具有四方结构的致密固溶体,从而提高了韧性,这是由于对氧化锆晶体结构稳定性的控制很小。这一事实表明,氧化锆/镍纳米复合材料也可以通过该固溶体的气氛控制热处理来获得。 ; 纳米镍颗粒连续原位沉淀,显示出高韧性和铁磁性,这表明这种新开发的“内部还原方法”在制备陶瓷/金属纳米复合材料方面具有优势。(3)氧化锆粉末的制备。还通过使用溶液化学途径研究了镍纳米复合材料,并阐明了该化学处理的适当控制因素。纳米尺寸的ZiO_2-NiO纳米复合材料粉末,对于开发ZiO_2/Ni纳米复合材料及相关材料更加有用。 总之,本研究项目成功地开发了新型多功能氧化锆/镍纳米复合材料,该材料具有优异的机械性能和性能。所有这些新的制备技术被认为适用于另一种陶瓷纳米复合材料系统。

项目成果

期刊论文数量(32)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
H.Kondo,T.Sekino,Y.-H.Choa,T.Kusunose,T.Nakayaama and K.Niihara: "Influence of Ni addition on mechanical and magnetic properties of yttria-stabilized tetragonal zirconia"Journal of Ceramic Processing Research. 1・1. 80-82 (2000)
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  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Sekino,T.Kusunose,Y.-H.Choa and K.Niihara: "Al_2O_3/Ti Nanocomposites Prepared by In-Situ Decomposition and Sintering"Proc.of 4th Seminar on Core University Program between Japan and Korea. 149-152 (2001)
T.Sekino,T.Kusunose,Y.-H.Choa和K.Niihara:“原位分解和烧结制备Al_2O_3/Ti纳米复合材料”第四届日韩核心大学项目研讨会论文集。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
H.Kondo,T.Sekino,Y.-H.Choa and K.Niihara: "Effect of Nickel Addition on Microstructure and Some Properties For Tetragonal Zirconia"Ceramic Transactions. 108. 28-294 (2000)
H.Kondo、T.Sekino、Y.-H.Choa 和 K.Niihara:“镍添加对四方氧化锆微观结构和某些性能的影响”陶瓷交易。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Sekino,Yu,Choa,Lee,Niihara: "Reduction and Sintering of Alumina/Nickel Nanocomposites: Powder processing, Reduction Behavior and Microstructural Characterization"J. Ceram. Soc. Japan. 108・6(印刷中). (2000)
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  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Nakayama, Y.H.Choa, T.Sekino and K.Niihara: "Powder Preparation and Microstructure for Nano-sized Metallic Iron Dispersed MgO Based Nanocomposites with Ferromagnetic Response"J.Ceram.Soc.Japan. 108[9]. 781-784 (2000)
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  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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