フロンティアセラミックスの設計・創製に関する研究 第1期

Abstract

ジルコニアならびにアルミナ基材料を対象として、界面の微構造をコロイド科学に立脚して高度に制御する手法を開発するとともに、これらの材料の超塑性特性を支配する微視的な組織因子を解析した。開発した制御手法によって、粒径0.1マイクロメートル以下の単斜晶ジルコニアならびにCuO添加ジルコニア緻密焼結体の常圧合成、微量のSiO2が粒界に均一分布した粒径0.2マイクロメートルの微細ジルコニア、および粒径が0.5マイクロメートル以下のジルコニア分散アルミナ複合体の合成に初めて成功した。また、界面損傷の微視過程を明らかにすることによって、これら材料の超塑性特性を向上させるための組織制御指針を抽出した。本研究の組織制御によって、粒径欠陥の低密度化あるいは微量SiO2による均一な粒界修飾が可能になり、ジルコニアの超塑性を向上させることに成功した。さらに、ジルコニア分散アルミナの細粒複合体では、500%を越える超塑性延性を得ることに成功した。これはアルミナ基材料で初めて実現された特性である。

For zirconia and alumina based materials, this study developed a method for controlling the microstructure of the interface based on colloid science, and analyzed the microscopic structural factor which controls the superplastic characteristics of these materials. Using the developed control method, this study succeeded, for the first time, in the synthesis of the monoclinic zirconia with a grain size less than 0.1 micrometer, and the densely sintered material of CuO added zirconia in the atmospheric pressure. Besides, the study also succeeded in the synthesis of the fine grained zirconia with a grain size of 0.2 micrometer where a little amount of SiO2 is distributed uniformly in the grain boundary region, and the zirconia dispersed alumina composite with a grain size less than 0.5 micrometer. By elucidating the microscopic process of interfacial damage, a structure controlling principle was extracted for improving the superplastic characteristics of these materials. The structure control in this study made it possible to lower the density of grain boundary defects, and to modify the grain boundary by the addition of a little amount of SiO2, which brought a success in improving the superplasticity of zirconia. Furthermore, the superplastic ductility above 500 percent was successfully obtained. These characteristics were realized for the alumina based materials for the first time.