粒内・粒界粒子分散型高強度セラミックスの作成に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02453061
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 島田 昌彦 東北大学, 工学部, 教授 (80029701)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 忠 東北大学, 工学部, 助教授 (30176797)
• Keywords: 粒子分散強化セラミックス / 高強度複合セラミックス / ジルコニアセラミックス / アルミナセラミックス / ワラストナイトセラミックス

Research Abstract

ゾノトライト粉末にジルコニア(未安定化ジルコニア及び3モル%イットリア固溶正方晶ジルコニア)粉末を5ー15体積パ-セント混合した複合粉末成形体を空気中700ー1400℃で5時間常圧焼結反応を行ない、α及びβワラストナイト/ジルコニア複合焼結体を作製した。複合焼結体は多孔質焼結体で、βワラストナイト/ジルコニア複合焼結体の相対密度はジルコニア添加によらず700℃と900℃焼結反応で45%、1100℃焼結反応で70%であり、添加ジルコニア粒子は柱状βワラストナイトマトリックスの粒界に分散し、破壊強度は未添加焼結体で40MPaと低強度であったが、ジルコニア粒子5体積パ-セント添加で120MPaと約3倍高強度化した。一方αワラストナイト/ジルコニア複合焼結体は1200℃以上の焼結反応で作製するため、相対密度は75ー80%となり、ジルコニア粒子は、等軸のワラストナイト粒子の粒界に均質に分散した。破壊強度は、αワラストナイト焼結体の20MPaからジルコニア粒子分散量の増加とともに高強度となり、15体積パ-セント添加αワラストナイト/ジルコニア複合焼結体で60MPaとなった。アルミナマトリックスに正方晶ジルコニアを分散したアルミナ/ジルコニア複合体は、ポスト熱間静水圧焼結反応よりほぼ理論密度を有する焼結体となり、破壊強度はアルミナの400MPaからジルコニア粒子20体積パ-セント分散型で約1000MPaに向上した。アルミナマトリックスに微粒と粗粒のジルコニア粒子を分散させた複合焼結体を作製する焼結反応条件を探索し、2相構造アルミナ/ジルコニア複合焼結体を作製することに成功した。立方晶ジルコニアマトリックスに正方晶ジルコニアを粒界分散、アルミナを粒内・粒界分散させた複合焼結体を作製し、立方晶ジルコニア焼結体の200MPaの低い破壊強度を300ー500MPaへと粒内・粒界分散型高強度セラミックス化することが可能となった。

Research Products

• [Publications] M.Shimada,M.Sakamaki,H.Takizawa and T.Endo: "Fabrication and Mechanical Properties αーand βーWollastonite/Zirconia Composites" Journal of Materials Science.
• [Publications] M.Shimada,N.Miyagawa,H.Takizawa and T.Endo: "Fabrication and Mechanical Properties of Alumina/Zirconia Composites" Journal of Materials Science.