Establishment of Ceramic Coating Process Using New Surface Generation by Particle Fracturing

利用颗粒破裂生成新表面的陶瓷涂层工艺的建立

• 批准号: 22K03870
• 负责人: 田中 康徳
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Ariake National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03870/
• 关键词: 溶射; 粒子積層; 中空粒子; HVAF

アディティブマニュファクチャリング（AM）製品の耐熱性向上のためには、セラミックスの適用が有効である。熱変性がなく緻密なセラミックスの積層体を得るためには、粒子を固相状態のまま迅速かつ緻密にセラミックスのみで積層させる技術が必要となる。そのために、①粒子積層技術である溶射法の中でも、安価なプロセスである高速-燃焼炎溶射（HVAF）を改良し、独自に開発した低温・高速フレーム溶射装置（LT-HVAF）を使用し、粒子速度の向上および熱影響の低減を行う。さらに②“大きいが破砕し易い”粒子を調製して、LT-HVAFの原料粉末として用いる、という２点の特色により、 粒子が高速で基材に衝突した際に破砕し、微細化および新生面の創出と結合形成が行われる“常温衝突固化現象”による粒子積層を行うことによって、セラミックスの迅速積層を可能とする。現在までに、チタンアルコキシドを用いた界面重合法により酸化チタン中空粒子を合成し、試薬濃度および反応時間をパラメータとして、密度を変化させ、また、熱処理温度の変更により結晶化度を変更できた。調整した粉末を用いて、LT-HVAF溶射装置により溶射することにより、皮膜が作製できた。粉末の粒径を6,8,13μmとして、皮膜作製を行ったところ、粒径が大きいものが最も高い光触媒活性を示した。また、粉末の熱処理温度については、粒径と殻の厚さの直接観察結果から、中空でない粒子に対する相対密度を推定すると、64から94%程度となり、それぞれの溶射皮膜作製の結果、密度が低い場合には殻が薄いことからアナターゼ率が低くなり、一方密度が高いと付着量が減少したことから、適切な粒子相対密度が存在することが分かった。

陶瓷的应用可有效提高增材制造（AM）产品的耐热性。为了获得没有热变性的致密陶瓷层压体，需要一种在颗粒处于固态时快速且致密地仅层压陶瓷的技术。为此，我们有：（1）改进的高速燃烧火焰喷涂（HVAF），这是使用颗粒分层技术的热喷涂方法中一种廉价的工艺；此外，（2）制备“大而易破碎”的颗粒并用作LT-HVAF原料粉末的两个特点，使得颗粒在与基材高速碰撞时被破碎，产生更细的颗粒通过利用“室温碰撞凝固现象”堆叠颗粒，可以实现陶瓷的快速分层，其中发生创建和键合。迄今为止，已经使用钛醇盐通过界面聚合方法合成了中空氧化钛颗粒，并且可以通过改变试剂浓度和反应时间作为参数来改变密度，并且可以通过改变热处理温度来改变结晶度。使用LT-HVAF热喷涂装置对制备的粉末进行热喷涂来形成薄膜。当使用粒径为 6、8 和 13 μm 的粉末制备薄膜时，粒径较大的粉末表现出最高的光催化活性。关于粉末的热处理温度，非空心颗粒的相对密度是根据颗粒尺寸和壳厚度的直接观察结果估算的，约为64%至94%，并且作为每次热喷涂层的结果在某些情况下，密度较低，较薄的壳导致较低的锐钛矿率，而较高的密度会减少沉积，表明存在适当的颗粒相对密度。