アモルファス複合ナノ粒子を用いた配向組織セラミックスのin-situ型高次構造制御

使用非晶复合纳米粒子原位控制取向陶瓷的高阶结构

基本信息

批准号：
13750629
负责人：
上原雅人
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、高強度セラミックスである炭化ケイ素(SiC)について、強度および破壊靭性を向上させるために配向組織の制御や自己複合組織化技術の開発を目的とし、炭化ケイ素の微粒子合成と焼結体作製を昨年度から行ってきた。昨年度の研究結果から、SiC-TiC複合体または助剤にTiO_2を使用したSiC単体において、SiC著しい柱状成長が観察された。焼結助剤に酸化物系を用いた場合、焼結中に形成されるガラス相(のちに粒界層となる)への溶解と再析出によりSiCは柱状成長することが知られている。そこで、本年度は、透過型電子顕微鏡により粒界層の組成分析を行った。その結果、チタンを含む粒界層が幾つか観察された。この粒界層へのチタンの溶出がSiCの柱状成長に関連していることが明らかになった。以下に本研究の結果をまとめるが、TiCの添加量の最適化により、複合効果と柱状粒子により、高い靭性をもつSiCセラミックスが得られると考えられる。・テトラメチルシラン-四塩化チタン-水素系の気相反応法で、非晶質な粒径100nm程度のSiC粒子およびSiC-TiC複合粒子が合成できた。・合成した非晶質粉体では、アルミナ(Al_2O_3)-イットリア(Y_2O_3)系助剤を用いた場合柱状組織であった。また、アルミナ-チタニア系では非常に微細な柱状組織であった。この結果から、焼結時に形成される液相とチタン成分がSiCの柱状成長に関与していることが示唆された。・単体について破壊靭性を測定した結果、2wt%Al_2O_3-1wt%Y_2O_3で最も高く(約7MPa・m^<1/2>)の値を示し、柱状粒子によるクラックの偏向が観察された。・SiC-TiC複合系では、焼結体組織において、TiC量が増加すると柱状成長が抑制される傾向にあり、今後、複合量の最適化が必要である。なお、以上は論文投稿準備中である。

在这项研究中，我们的目标是控制高强度陶瓷碳化硅（SiC）的取向结构，并开发一种自复合组织技术，以提高强度和断裂韧性，我从去年开始就开始进行这项研究。从去年的研究结果来看，在SiC-TiC复合材料或以TiO_2为助剂的单独SiC中观察到了显着的SiC柱状生长。已知当使用氧化物基烧结助剂时，SiC通过溶解到在烧结和再沉淀过程中形成的玻璃相(随后成为晶界层)中而生长为柱状。因此，今年我们使用透射电子显微镜分析了晶界层的成分。结果，观察到多个含有钛的晶界层。已经明确钛向该晶界层的溶出与SiC的柱状生长有关。本研究结果总结如下，认为通过优化TiC添加量，由于复合效应和柱状颗粒的作用，可以获得高韧性的SiC陶瓷。・采用四甲基硅烷-四氯化钛-氢气气相反应法合成了粒径约100 nm的非晶SiC颗粒和SiC-TiC复合颗粒。・使用氧化铝(Al_2O_3)-氧化钇(Y_2O_3)系助剂时，合成的非晶粉末具有柱状结构。此外，氧化铝-二氧化钛体系具有非常细小的柱状结构。这些结果表明，烧结过程中形成的液相和钛成分参与了 SiC 的柱状生长。・测定单一材料的断裂韧性，结果在2wt%Al_2O_3-1wt%Y_2O_3中观察到最高值（约7MPa·m^<1/2>），观察到柱状粒子引起的裂纹挠曲。・在SiC-TiC复合体系中，随着烧结体组织中TiC含量的增加，柱状生长趋于受到抑制，因此今后有必要优化复合材料的含量。目前，上述论文正在准备提交中。