ジョンズ・ホプキンス大学: 超高温炭化物セラミックの 3D プリント

ジョンズ・ホプキンス大学: 超高温炭化物セラミックの 3D プリント
出典:科学技術フロンティア概観

アンタークティック・ベアは、米国海軍研究局などの資金提供を受けて、ジョンズ・ホプキンス大学の研究者らが2段階反応3Dプリント技術を開発し、超高温炭化物セラミックを作成したことを知った。

遷移金属炭化物超高温セラミックスにおける原子拡散速度は遅く、焼結プロセスと大きな体積変形を妨げます。現在、3Dプリント技術を使用してこのような超高温セラミックスを作製することは不可能です。この目的のために、研究者らは、複雑な結晶構造を持つ超高温炭化物セラミックの製造を実現するための2段階反応3Dプリント技術を提案した。具体的なプロセスは、まずチタン粉末とフェノール樹脂を混合し、レーザー選択焼結によりグリーン体を作成し、次にグリーン体をCH4ガス中でその場で等温気固変換させ、2段階反応により超高温炭化物セラミックTiCxを得るというものである。研究では、反応中に放出される大量のエネルギーが原子拡散を促進し、粒子間の結合を実現することがわかりました。同時に、Ti から TiC への変換によって体積が膨張し、フェノール樹脂の分解によって生成された気孔が補われ、材料の収縮が減少し、亀裂のない試験片が得られました。この技術は、50μmの解像度で複雑な結晶構造を作成するために使用されました。1300°Cの熱衝撃を受けた後でも、構造は壊れず、800gのアルミナ耐火レンガを積載することができました。


この研究は、複雑な構造を持つ超高温セラミックスを作製するための実現可能な方法を提供し、ロケット推進装置や極超音速熱防御システムへの超高温セラミックスの応用を促進することが期待されます。

セラミック、高温

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