Design for conductive ceramics composite

导电陶瓷复合材料的设计

基本信息

批准号：
22K18901
负责人：
武藤浩行
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

粉末をプレス成形して、焼結することでバルク体を製造する粉末冶金技術は産業界では汎用的に用いられモノづくりの基本となっている。さらに、マトリックスに添加物を分散させ複合化させることで、更なる特性向上が見込まれる（複合材料）。従来の複合材料の作製プロセスでは、マトリックス粒子と添加粒子を機械的に混合し「均一に」添加物が分散した微構造を目指すことになるが、ある規則性を持った配列で添加物を導入することは不可能である。例えば、セラミックスに導電性を付与したい場合、電気伝達のための経路（パーコレーション構造）を導入する必要がある。この場合、「均一」に導入しても意味がなく、添加物を連続的に「偏析」させて効率よく連続相を確保することが重要となる。本研究では、このように、より少ない添加量（パーコレーション閾値の低減）で、確実なパーコレーション構造をデザインすることができる革新的な粉末冶金プロセスの確立に挑戦している。初年度はパーコレーション構造導入のために重要な基本要素である顆粒の品質向上を目指した。導電性に関与しないコア部（セラミック粒子）と導電性を付与するシェル部（セラミックス粒子と導電性ナノ物質）から構成されるコアシェル複合顆粒を作製した。特に、単分散性、充填性を確立するための基礎検討を行なった。導電性物質であるカーボンナノチューブの分散技術を確立できたことで、単分散性の高いコアシェル複合顆粒を作製することができた。

粉末冶金技术是在行业中使用的，它使用粉末通过按挤压并烧结来生产散装物体，是制造业的基础。此外，通过将添加剂分散到矩阵中并将其结合在一起，预期的性能会进一步改进（复合材料）。常规的复合制造工艺旨在实现微观结构，在该微观结构中，机械地将矩阵颗粒和添加剂混合到“均匀”的添加剂中，但不可能以某种规则的布置引入添加剂。例如，如果要将电导率赋予陶瓷，则有必要引入电气传输的路径（渗透结构）。在这种情况下，“均匀”引入它是没有意义的，并且不断“隔离”添加剂以确保有效的相位有效。这项研究挑战了创新粉末冶金过程的建立，该过程可以设计可靠的渗透结构，增加了量较少（减少渗透阈值）。在第一年，我们旨在提高颗粒的质量，这是引入渗透结构的重要基本要素。由不涉及电导率和壳部分（陶瓷颗粒和导电纳米材料）组成的核心复合颗粒（陶瓷颗粒），制备了赋予电导率的电导率。特别是，进行了基础研究以建立单分散和填充特性。通过建立用于碳纳米管的分散技术，即导电材料，我们能够生产高度单分散的核心壳复合颗粒。