希土類-ジルコニウム多核水酸化物錯体を前駆体とする高強度高靱性セラミックスの創製

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08220207
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 次雄 東北大学, 反応化学研究所, 教授 (90091694)
• 研究分担者: 殷 シュウ 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (40271994) ; 内田 聡 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (60232849)
• キーワード: 希土類固溶ジルコニア / 多核水酸化物錯体 / 超臨界乾燥 / 非水溶媒 / 結晶化 / 焼結 / 機械的性質 / 熱安定性

研究概要

中和沈殿法により生成した12mol% セリア固溶ジルコニア(12Ce-ZrO_2)と3mol% イットリア固溶ジルコニア(3Y : ZrO_2)、アルミナ、8mol%マグネシア固溶ジルコニア(8Mg-ZrO_2)および12molカルシア固溶ジルコニア(12Ca-ZrO_2)の混合非晶多核水酸化物錯体ゲルの超臨界メタノール中における結晶化挙動を明らかにした。また、非晶質ゲルをメタノール中に分散し、250℃付近の穏和な条件下で熱処理し、結晶化させるとともに、超臨界乾燥し得られた粉末の焼結特性、焼結体の機械特性と化学的安定性について検討した。
12Ce-ZrO_2に対して10mol%の8Mg-ZrO_2あるいは20mol%の12Ca-ZrO_2を固溶すると3点曲げ強度を600MPaから750および650MPaに向上できたが、破壊靱性は15Pam^<1/2>から6MPam^<1/2>に低下した。一方、(11Ce, 0.2Y) -ZrO_2に10mol%のAl_2O_3を分散すると800MPaの3点曲げ強度と20MPam^<1/2>の破壊靱性を有する高強度高靱性セラミックスが得られた。また、200℃における水熱処理による正方晶→単斜晶層移転割合により、試料の熱化学安定性を評価したところ、12Ce-ZrO_2へのMO-ZrO_2 (M=Ca, Mg)の固溶では固溶量20mol%以上で著しく熱化学安定性が低下したが、Al_2O_3との複合化では熱化学安定性が向上した。

研究成果

• [文献書誌] T. Sato, Y. Inoue, T. Odashima, M. Ishitsuka and E. Min: "Crystallization of Ceria-Doped Zirconia in Liquid Media at High Temperature" Brit. Ceram. Trans.95. 99-102 (1996)
• [文献書誌] S. Yin, Y. Fujishiro, S, Uchida and T. Sato: "Low Temperature Sintering and Mechanical Properties of Ceria and Yttria Co-doped Zirconia Crystallised in Supercritical Methanol" Proc. 2nd Int. Conf. on Solvothermal Reactions. 27-30 (1996)
• [文献書誌] S. Yin, Y. Fujishiro and T. Sato: "Characterisation of Ceria and Yttria Co-doped Zirconia Crystallised in Supercritical Methanol" Brit. Ceram. Trans.95. 258-262 (1996)
• [文献書誌] S. Yin, Y. Fujishiro, S, Uchida and T. Sato: "Low Temperature Sintering and Characterisation of Ceria and Yttria Co-doped Zirconia/Alumina Composites Crystallised in Supercritical Methanol" Brit. Ceram. Trans.96 (印刷中). (1997)
• [文献書誌] 佐藤次雄(共著): "超臨界流体の科学と技術" 三共ビジネス, 355 (1996)