カルシウム-αサイアロンナノボールの創製と応用

钙-αsialon纳米球的制备及应用

基本信息

批准号：
00J00055
负责人：
堀田幹則
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は,SiO_2-Al_2O_3-CaO系の炭素還元窒化法によるCa-αサイアロンナノボールの生成メカニズムについて解析した.さらに,合成したサイアロンナノボール粉末を原料として緻密体及び多孔体の作製を行うとともに,この焼結体の諸特性について評価し,本研究を総括した.Ca-αサイアロンナノボールの生成メカニズムを解明するために,特性の異なる各種SiO_2粉末を原料として合成を行い,得られた生成物に対して高分解能電子顕微鏡による分析を行った.その結果,SiO_2粉末の結晶状態や粒子形状に関わらず,還元窒化反応の初期段階においてSi-Al-Ca-O系の液相からなる中実球状粒子が形成し,更なる窒化反応によって中空球状のCa-αサイアロンが生成することがわかった.また,中実球状から中空球状粒子へと変化する因子は,Si-Al-Ca-O系液相からサイアロンへ変化する際の密度増加,及び酸素Oと窒素Nとの置換による質量減少の2つの反応が推察された.この結果は,2002年10月にオーストラリア・パースで行われたオーストラリアセラミックス協会主催のAUSTCERAM2002で口頭発表を行い,高い評価を得た.また,この知見については,現在論文化を行っている.合成したサイアロンナノボールを解砕し,得られたナノ粉末を放電プラズマ焼結法により焼成を行った結果,低温かつ短時間で緻密な焼結体が作製できた.この焼結体の微構造は,焼結に伴う粒成長は極微であり,ナノサイズの粒子から構成されていることが判明した.さらに,粒界においてガラス相はほとんど存在しないことがわかった.作製されたCa-αサイアロンナノ焼結体の特性は,Si_3N_4焼結体より破壊靭性は低い値にとどまったが,高強度,高硬度,優れた耐食性を有していることが明らかとなった.また,サイアロンナノボールを解砕せずに放電プラズマ焼結法により多孔体の作製を行ったところ,得られた多孔体の気孔率は,焼成の保持時間の増加とともに減少し,焼成条件を変化させることで,気孔率を制御した多孔体が作製できることが分かつた.作製されたCa-αサイアロン多孔体の機械的及び化学的特性は,アルミナなどの一般的な多孔体と比較しても優れていることがわかった.これらの結果については,「Key Engineering Materials(2003年)」及び「Ceramic Transactions(2003年)」で公表した.

今年，我们通过SiO_2-Al_2O_3-CaO体系的碳还原氮化法分析了Ca-α塞隆纳米球的生成机理，并以合成的塞隆纳米球粉末为原料制备了致密体和多孔体的烧结特性。身体为了阐明Ca-α塞隆纳米球的形成机理，我们以不同性质的SiO_2粉末为原料合成了Ca-α塞隆纳米球，并利用高分辨率电子显微镜对所得产物进行了分析，发现晶体结构为： SiO_2粉体无论状态或颗粒形状如何，在还原氮化反应的初始阶段形成由Si-Al-Ca-O液相组成的实心球形颗粒，并且通过进一步的氮化反应形成中空球形Ca-α塞隆。另外，引起颗粒由实心球形变为空心球形的因素有：推断出两个反应：从 Si-Al-Ca-O 液相变为 Sialon 时密度增加，以及由于氧 O 和氮 N 的取代而导致质量减少。该结果于 2002 年 10 月报道。 AUSTCE由澳大利亚陶瓷协会主办在澳大利亚珀斯举办我们在 RAM2002 上进行了口头报告并获得了高度评价。我们目前也在一篇论文中发表了这一知识。将合成的赛隆纳米球粉碎，并使用放电等离子体烧结方法烧结所得纳米粉末。结果，我们能够。在低温和短时间内制造致密的烧结体。发现该烧结体的微观结构由纳米尺寸的颗粒组成，由于烧结而具有极小的晶粒生长。此外，发现晶界处几乎不存在玻璃相。所制备的Ca-的性能。 α-sialon纳米烧结体比Si_3N_4烧结体具有更强的破坏性。尽管断裂韧性保持在较低值，但表明赛隆纳米球具有高强度、高硬度和优异的耐腐蚀性。此外，多孔材料是通过放电等离子体烧结方法制备的，无需粉碎赛隆纳米球。，所得多孔体的孔隙率随着烧成保持时间的增加而降低。研究发现，通过改变烧成条件，可以生产出孔隙率可控的多孔材料。所生产的Ca-α塞隆多孔材料的机械和化学性能与氧化铝等常见多孔材料相当。即使与相比也优于工程材料 (2003) 和陶瓷交易 (2003)。