高性能セラミック粉末の開発(Researchers Create High-performance Ceramic Powders with Enhanced Heat Resistance)

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2025-02-25 中国科学院(CAS)

高性能セラミック粉末の開発(Researchers Create High-performance Ceramic Powders with Enhanced Heat Resistance)Boride Ceramic Particle Growth Process Schematic (Image by WANG Zhen)

中国科学院・合肥物質科学研究院の胡暁野教授率いる研究チームは、アルキメデス形状を持つ高品質のホウ化物セラミック粉末の合成に成功しました。この研究はJournal of the European Ceramic Societyに掲載され、耐熱材料の新たな可能性を示しています。ホウ化物セラミックスは高い融点、優れた耐酸化性、耐腐食性で知られていますが、高純度の粉末の合成は困難でした。今回、研究チームは前駆体の炭素・ホウ素熱還元プロセスを改良し、低温での分子レベルの混合を可能にする新しいゾル-ゲル支援炭素-ホウ素還元法を導入しました。さらに、ポリエチレングリコール(PEG)やオレイン酸などの分散剤を加えることで、粒子サイズの縮小と凝集の防止を実現し、セラミック粉末の寸法を精密に制御しました。この方法により、結晶性が高く、酸化耐性や機械的特性に優れたセラミック粉末の作製が可能となり、1400℃で3時間の加熱後でも酸化層の厚さが86.43マイクロメートルと、従来の材料よりも優れた性能を示しました。

<関連情報>

高結晶性アルキメデス多面体(Zr0.5Hf0.5)B2ナノ粒子の成長機構と焼結特性 Growth mechanism and sintering properties of high crystallinity Archimedean polyhedral (Zr0.5Hf0.5)B2 nanoparticles

Zhen Wang, Yuan Cheng, Kewei Li, Mengen Hu, Hanwen Zhang  Xian Dang, Ming Li, Xinyang Li, Zhulin Huang, Yue Li, Xiaoye Hu
Journal of the European Ceramic Society  Available online: 31 January 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2025.117251

Abstract

High quality ceramic powders are crucial for the performance of composite materials, yet preparing powders with good morphology and high crystallinity still faces enormous challenges. Herein we report a topological Archimedean polyhedron of (Zr0.5Hf0.5)B2 nanoparticles were synthesized via a high pressure liquid-phase and coprecipitation co-assisted boro/carbothermal reduction method. A nonclassical crystallization model where both oriented attachment and screw dislocation growth mechanism occur simultaneously. The microstructural evolution during the growth process of borides indicates that the growth mechanism of the new layer on the surface of diborides is mainly explained by the layered structure and trapezoidal profile. The initial growth stage energy of each layer comes from interface defects and lattice mismatches during atomic diffusion processes. The directional attachment of clusters leads to the generation of a large number of dislocations in the system, resulting in the formation of polyhedral structures. Benefiting from the high crystallinity polyhedral morphology, the powder shows excellent oxidation resistance, i.e., the thickness of ceramic oxide layer prepared by Archimedean polyhedron powders is 86.43 μm at 1400 °C for 3 h. This work holds significant importance for the development of new ceramic powders preparation methods and provides a novel approach for studying the performance improvement of ultra-high temperature ceramic materials.

0500化学一般
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