低温超塑性による延性セラミックスの創製

利用低温超塑性制造韧性陶瓷

基本信息

批准号：
18760505
负责人：
武藤浩行
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

超塑性変形機構解明のために、単分散微粒子集合体をモデルとした物理実験、および個別要素法を用いたシミュレーションにより粒界すべりの機構を明らかにした。この知見に基づき、以下の3つの試みを行い、より低温でセラミック超塑性変形が発現する事実を見出した。A:微細なγアルミナ粉末をメカニカルミリング処理することで、熱処理することなく100nm以下のナノαアルミナ粉末を調整することに成功した。この粉末を用いることで焼結温度の低温化を実現しナノ構造アルミナ焼結体を得ることができた。また、この材料は高い超塑性特性を有することを実験的に示すことができた。B:典型的な超塑性セラミックスとして知られるジルコニアにおいて、アルミナとの複合化は更なる超塑性特性向上に有効であることが知られているが、従来の機械混合を用いた粉体プロセスでは、添加物であるアルミナのマトリックス中への分散が充分ではなく、更なる改善が望まれていた。本研究では、交互吸着法に着目し、母材ジルコニア粒子の表面に、静電相互作用を利用することでナノアルミナ粒子を吸着させ、複合材料の原料複合粒子を作製した。この原料粒子を用いることで、通常の粉末冶金プロセスでも高い分散性を有するナノ複合材料を作製することができた。また、過去のジルコニアーアルミナ複合材料と比較して2倍程度高い変形能を有することを見出し、超塑性特性向上には、微細構造の制御が重要であることを示した。C:通常の静的な引張変形に加え、振動を付与する重畳力学場での変形法に関する提案を行った。重畳力学場での変形は、破壊を引き起こす粒界キャビティーを極端に抑制することができる事実を見出し、巨視的な亀裂の発生頻度が静的な外力による変形と比較して顕著な違いがあることを示した。

为了阐明超塑性变形机理，我们通过以单分散颗粒聚集体为模型的物理实验和离散元方法的模拟，阐明了晶界滑移的机理。基于这些知识，我们进行了以下三个试验，发现陶瓷超塑性变形发生在较低的温度下。答：通过机械研磨细小的γ-氧化铝粉末，我们成功地制备了小于100 nm的纳米α-氧化铝粉末，无需热处理。通过使用该粉末，我们能够降低烧结温度并获得纳米结构氧化铝烧结体。我们还能够通过实验证明这种材料具有很高的超塑性。 B：已知将氧化锆与氧化铝复合，被称为典型的超塑性陶瓷，可有效进一步提高超塑性性能，但在采用传统机械混合的粉末工艺中，添加的氧化铝并未充分分散在基体中，并希望进一步改进。在本研究中，我们重点研究交替吸附方法，利用静电相互作用将纳米氧化铝颗粒吸附到基础氧化锆颗粒的表面上，以制造复合材料的原料复合颗粒。通过使用这些原料颗粒，即使通过普通的粉末冶金工艺，也可以生产具有高分散性的纳米复合材料。他们还发现，该材料的变形能力大约是过去氧化锆-氧化铝复合材料的两倍，这表明控制微观结构对于提高超塑性非常重要。 C：除了通常的静态拉伸变形之外，我们还提出了一种利用施加振动的叠加机械场的变形方法。我们发现，叠加机械场中的变形可以极大地抑制导致断裂的晶界空洞，并且与静态外力引起的变形相比，宏观裂纹发生的频率存在显着差异。