JP2001181060A - 粒子分散型セラミックスの製造方法 - Google Patents
粒子分散型セラミックスの製造方法Info
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- JP2001181060A JP2001181060A JP36918499A JP36918499A JP2001181060A JP 2001181060 A JP2001181060 A JP 2001181060A JP 36918499 A JP36918499 A JP 36918499A JP 36918499 A JP36918499 A JP 36918499A JP 2001181060 A JP2001181060 A JP 2001181060A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】粒子分散型セラミックスにおいて、成型時のセ
ラミックス粒子の偏在を大幅に軽減し、もってクラック
の発生のない健全なペレットを製造せしめる。 【解決手段】多数のセラミックス粒子Ａをマトリックス
材に混合分散させ、この混合材を成形後、焼結すること
により焼結体Ｍを得る粒子分散型セラミックスの製造に
おいて、上記マトリックス材としてゲル状の前駆体Ｂを
用いて該マトリックス材のゲル状前駆体Ｂ中にセラミッ
クス粒Ａを混合分散させ、乾燥させた後、この粒子混合
粉末を成形し、焼結する。
ラミックス粒子の偏在を大幅に軽減し、もってクラック
の発生のない健全なペレットを製造せしめる。 【解決手段】多数のセラミックス粒子Ａをマトリックス
材に混合分散させ、この混合材を成形後、焼結すること
により焼結体Ｍを得る粒子分散型セラミックスの製造に
おいて、上記マトリックス材としてゲル状の前駆体Ｂを
用いて該マトリックス材のゲル状前駆体Ｂ中にセラミッ
クス粒Ａを混合分散させ、乾燥させた後、この粒子混合
粉末を成形し、焼結する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】近年、従来のセラミックス材
料の特性を向上させる目的で複合材の開発が盛んに行わ
れており、そのうち、熱伝導性などを向上させるものと
して粒子分散型セラミックスが開発されている。本発明
は、かかる粒子分散型セラミックスの製造方法に関する
ものである。
料の特性を向上させる目的で複合材の開発が盛んに行わ
れており、そのうち、熱伝導性などを向上させるものと
して粒子分散型セラミックスが開発されている。本発明
は、かかる粒子分散型セラミックスの製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】粒子分散型セラミックスは従来公知であ
り、例えば特開平７−２９１７４２号公報、特開平９−
５２７７２号公報において、金属粒子、炭化珪素粒子な
どを分散させた粒子分散型セラミックスが提案されてい
る。
り、例えば特開平７−２９１７４２号公報、特開平９−
５２７７２号公報において、金属粒子、炭化珪素粒子な
どを分散させた粒子分散型セラミックスが提案されてい
る。
【０００３】一方、原子力分野では原子炉で燃焼させる
燃料としてはＴｈＯ２、ＵＯ２、ＰｕＯ２等の核分裂性
物質を粒子に加工し、これをマトリックス材（Ａｌ２Ｏ
３，ＭｇＡｌ２Ｏ４等）に分散させた粒子分散型燃料ペ
レットがさきに本出願人により提案されている。（特願
平９−３２５４１４号）
燃料としてはＴｈＯ２、ＵＯ２、ＰｕＯ２等の核分裂性
物質を粒子に加工し、これをマトリックス材（Ａｌ２Ｏ
３，ＭｇＡｌ２Ｏ４等）に分散させた粒子分散型燃料ペ
レットがさきに本出願人により提案されている。（特願
平９−３２５４１４号）
【０００４】ところで、これら粒子分散型セラミックス
の製造は、図１に示すようにペレット製造の工程におい
て、セラミックス粒子Ａをマトリックス材の粉末Ｂ′と
潤滑剤に混合し、プレス成形して成形体（グリーンペレ
ット）Ｍ′１としたものを還元雰囲気中、１７００℃前
後で焼結して焼結体Ｍ１ペレット化する。
の製造は、図１に示すようにペレット製造の工程におい
て、セラミックス粒子Ａをマトリックス材の粉末Ｂ′と
潤滑剤に混合し、プレス成形して成形体（グリーンペレ
ット）Ｍ′１としたものを還元雰囲気中、１７００℃前
後で焼結して焼結体Ｍ１ペレット化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の如き
従来の製造方法には下記のような問題がある。即ち、成
形体は、セラミックス粒子Ａとマトリックス粉末Ｂ′を
混合して成型することによってなされるが、セラミック
ス粒子の粒径や密度が大きい場合、マトリックス部とう
まく混合せず、セラミックス粒子がマトリックス粉末中
に偏在する。そのため、プレス成形すると図１に示すよ
うに成形体Ｍ′の粒子の分散が悪く、セラミックス粒子
Ａが下方に偏在し、それが原因で焼結後に焼結体Ｍのク
ラックＫが生じ、健全なペレットを製造することがきわ
めて困難となる。
従来の製造方法には下記のような問題がある。即ち、成
形体は、セラミックス粒子Ａとマトリックス粉末Ｂ′を
混合して成型することによってなされるが、セラミック
ス粒子の粒径や密度が大きい場合、マトリックス部とう
まく混合せず、セラミックス粒子がマトリックス粉末中
に偏在する。そのため、プレス成形すると図１に示すよ
うに成形体Ｍ′の粒子の分散が悪く、セラミックス粒子
Ａが下方に偏在し、それが原因で焼結後に焼結体Ｍのク
ラックＫが生じ、健全なペレットを製造することがきわ
めて困難となる。
【０００６】本発明は上述の如き実状に対処し、特にセ
ラミックス粒子をゲル状のマトリックス前駆体に撹拌・
混合・乾燥させることを見出すことによりセラミックス
粒子とマトリックス粒子とが適度にくっついた粒子分散
粉末を調整し、成型時のセラミックス粒子の偏在を極め
て少なくし、もってクラックのない健全なペレットを製
造せしめることを目的とするものである。
ラミックス粒子をゲル状のマトリックス前駆体に撹拌・
混合・乾燥させることを見出すことによりセラミックス
粒子とマトリックス粒子とが適度にくっついた粒子分散
粉末を調整し、成型時のセラミックス粒子の偏在を極め
て少なくし、もってクラックのない健全なペレットを製
造せしめることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するるための手段】即ち、上記目的を達成
するための本発明の特徴は、多数のセラミックス粒子を
マトリックス材に混合分散させ、この混合材を成形後、
焼結することにより焼結体を得る粒子分散型セラミック
スの製造方法において、上記マトリックス材をゲル状前
駆体として該マトリックス材のゲル状前駆体中にセラミ
ックス粒子を混合分散させ乾燥させた後、この粒子混合
粉末を成形し、焼結することにある。この場合、セラミ
ックス粒子をマトリックス材のゲル状前駆体に撹拌・混
合・乾燥させることによりセラミックス粒子とマトリッ
クス材とが適度にくっついた粒子分散粉末を調整するの
が効果的である。なお、セラミックス粒子とマトリック
ス材のゲル状前駆体とを混合し、乾燥するときは、５０
０℃以上の温度で乾燥するのが好ましい。また、本発明
で使用するセラミックス粒子は微粒子で、その平均直径
としては１００〜１０００μｍ程度が好適である。な
お、マトリックス材の前駆体とは、マトリックス材とす
るための熱処理前のゲル状溶液を指し、普通は水酸化物
である。
するための本発明の特徴は、多数のセラミックス粒子を
マトリックス材に混合分散させ、この混合材を成形後、
焼結することにより焼結体を得る粒子分散型セラミック
スの製造方法において、上記マトリックス材をゲル状前
駆体として該マトリックス材のゲル状前駆体中にセラミ
ックス粒子を混合分散させ乾燥させた後、この粒子混合
粉末を成形し、焼結することにある。この場合、セラミ
ックス粒子をマトリックス材のゲル状前駆体に撹拌・混
合・乾燥させることによりセラミックス粒子とマトリッ
クス材とが適度にくっついた粒子分散粉末を調整するの
が効果的である。なお、セラミックス粒子とマトリック
ス材のゲル状前駆体とを混合し、乾燥するときは、５０
０℃以上の温度で乾燥するのが好ましい。また、本発明
で使用するセラミックス粒子は微粒子で、その平均直径
としては１００〜１０００μｍ程度が好適である。な
お、マトリックス材の前駆体とは、マトリックス材とす
るための熱処理前のゲル状溶液を指し、普通は水酸化物
である。
【０００８】
【作用】セラミックス粒子をマトリックス材のゲル状前
駆体中に混合・乾燥させることによりセラミックス粒子
とマトリックス材とが適度にくっついた粒子分散粉末を
調整する。この調整した粒子分散粉末は適度にセラミッ
クス粒子とマトリックス材がくっついているため、成型
時のセラミックス粒子の偏在は大幅に少なくなり、健全
なペレットの製造を可能とする。
駆体中に混合・乾燥させることによりセラミックス粒子
とマトリックス材とが適度にくっついた粒子分散粉末を
調整する。この調整した粒子分散粉末は適度にセラミッ
クス粒子とマトリックス材がくっついているため、成型
時のセラミックス粒子の偏在は大幅に少なくなり、健全
なペレットの製造を可能とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、更に本発明製造方法につい
て詳述する。
て詳述する。
【００１０】図２は本発明製造方法のフローチャートを
示し、先ず、マトリックス前駆体の製造にはゲル状とす
るために湿式法（ゾル−ゲル法等）を用いる。そして、
図に示すように上記湿式法で得られたゲル状のマトリッ
クス前駆体Ｂにセラミックス粒子Ａを撹拌・混合する。
このセラミックス粒子混合湿潤ゲルを乾燥させるとセラ
ミックス粒子とマトリックス粉末が適度にくっついた粒
子分散粉末が得られる。乾燥は５００℃以上の温度で行
うのが好ましい。そこで、この粒子分散粉末を成形体
Ｍ′にプレス成形し、ペレット化すると共に成形後、約
１７００℃程度で焼結すると、これによってクラックの
ない９０％ＴＤ以上の焼結体密度の粒子分散型ペレット
焼結体Ｍを製造することができる。
示し、先ず、マトリックス前駆体の製造にはゲル状とす
るために湿式法（ゾル−ゲル法等）を用いる。そして、
図に示すように上記湿式法で得られたゲル状のマトリッ
クス前駆体Ｂにセラミックス粒子Ａを撹拌・混合する。
このセラミックス粒子混合湿潤ゲルを乾燥させるとセラ
ミックス粒子とマトリックス粉末が適度にくっついた粒
子分散粉末が得られる。乾燥は５００℃以上の温度で行
うのが好ましい。そこで、この粒子分散粉末を成形体
Ｍ′にプレス成形し、ペレット化すると共に成形後、約
１７００℃程度で焼結すると、これによってクラックの
ない９０％ＴＤ以上の焼結体密度の粒子分散型ペレット
焼結体Ｍを製造することができる。
【００１１】ここでセラミックス粒子としては炭化珪素
粒子や金属微粒子などが含まれるが、原子炉で燃焼させ
る燃料として核分裂性物質、例えばＴｈＯ２，ＵＯ２，
ＰｕＯ２などを粒子にしたものも使用可能である。ま
た、マトリックス材としてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や
アルミナ・マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）などが一般
に用いられる。次に本発明の具体的な実施例を粒子分散
型燃料ペレットについて以下、説明する。
粒子や金属微粒子などが含まれるが、原子炉で燃焼させ
る燃料として核分裂性物質、例えばＴｈＯ２，ＵＯ２，
ＰｕＯ２などを粒子にしたものも使用可能である。ま
た、マトリックス材としてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や
アルミナ・マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）などが一般
に用いられる。次に本発明の具体的な実施例を粒子分散
型燃料ペレットについて以下、説明する。
【００１２】
【実施例】セラミックス粒子製造としてゲル沈澱法の１
つである外部ゲル化法を用い、直径約３００μｍのＵＯ
２粒子を製造した。外部ゲル化法ではゲル化助剤として
ＰＶＡを用い焼結に先立って該助剤を分解除去するため
加熱した。
つである外部ゲル化法を用い、直径約３００μｍのＵＯ
２粒子を製造した。外部ゲル化法ではゲル化助剤として
ＰＶＡを用い焼結に先立って該助剤を分解除去するため
加熱した。
【００１３】次にマトリックス材の開始材は硝酸アルミ
ニウム粉末とし、湿式法により先ず水に溶解させ硝酸ア
ルミニウム水溶液とした。この溶液をアンモニア水に加
え、白色ゲル状のマトリックス前駆体（水酸化アルミニ
ウムゲル）を得た。この白色ゲルに前記のＵＯ２粒子を
重量比（白色ゲルはアルミナ換算）１：２で加え、よく
撹拌し８００℃、３時間で乾燥させた。このようにして
得られた粒子分散粉末をプレス成形しペレット化した
後、還元雰囲気中１７００℃、４時間で焼結した。得ら
れたペレットは従来見られたペレット内外のクラックが
なく、セラミックス粒子の偏在が殆どない健全な焼結ペ
レットであり、しかも密度９０％ＴＤ以上で製造でき
た。
ニウム粉末とし、湿式法により先ず水に溶解させ硝酸ア
ルミニウム水溶液とした。この溶液をアンモニア水に加
え、白色ゲル状のマトリックス前駆体（水酸化アルミニ
ウムゲル）を得た。この白色ゲルに前記のＵＯ２粒子を
重量比（白色ゲルはアルミナ換算）１：２で加え、よく
撹拌し８００℃、３時間で乾燥させた。このようにして
得られた粒子分散粉末をプレス成形しペレット化した
後、還元雰囲気中１７００℃、４時間で焼結した。得ら
れたペレットは従来見られたペレット内外のクラックが
なく、セラミックス粒子の偏在が殆どない健全な焼結ペ
レットであり、しかも密度９０％ＴＤ以上で製造でき
た。
【００１４】この製造したペレットの外観及び金相を図
３に示し、比較のためマトリックス材粉末混合による従
来法で製造したペレットの外観及び金相を図４に示す。
両図の比較より本発明によるものは従来のものに比し、
セラミックス粒子の偏在が大幅に軽減されており、クラ
ック抑制に顕著な効果を奏することが分かる。
３に示し、比較のためマトリックス材粉末混合による従
来法で製造したペレットの外観及び金相を図４に示す。
両図の比較より本発明によるものは従来のものに比し、
セラミックス粒子の偏在が大幅に軽減されており、クラ
ック抑制に顕著な効果を奏することが分かる。
【００１５】
【発明の効果】本発明は以上のようにセラミックス粒子
をマトリックス材粉末と混合することなく、マトリック
ス材のゲル状前駆体に撹拌・混合・乾燥せしめるもので
あり、セラミックス粒子をゲル状のマトリックス前駆体
に撹拌・混合・乾燥せしめるため、セラミックス粒子と
マトリックス材が適度にくっついて調整された粒子分散
粉末を得ることができ、従って適度にセラミックス粒子
とマトリックス材がくっついていて成型時のセラミック
ス粒子の偏在の非常に少ない、そして、クラックのない
健全なペレットを製造でき、従来法において粒子の分散
が悪く、偏在して焼結後にクラックが生じ、健全なペレ
ットの製造を妨げていたのを改善することができる効果
を有している。なお、本発明は原子力分野に限らず粒子
分散型セラミックス全般において粒子の偏在を防ぐため
の製造法として頗る有効な方法である。
をマトリックス材粉末と混合することなく、マトリック
ス材のゲル状前駆体に撹拌・混合・乾燥せしめるもので
あり、セラミックス粒子をゲル状のマトリックス前駆体
に撹拌・混合・乾燥せしめるため、セラミックス粒子と
マトリックス材が適度にくっついて調整された粒子分散
粉末を得ることができ、従って適度にセラミックス粒子
とマトリックス材がくっついていて成型時のセラミック
ス粒子の偏在の非常に少ない、そして、クラックのない
健全なペレットを製造でき、従来法において粒子の分散
が悪く、偏在して焼結後にクラックが生じ、健全なペレ
ットの製造を妨げていたのを改善することができる効果
を有している。なお、本発明は原子力分野に限らず粒子
分散型セラミックス全般において粒子の偏在を防ぐため
の製造法として頗る有効な方法である。
【図１】従来法による工程を示すフローチャート図であ
る。
る。
【図２】本発明製造方法のフローチャートを示す図であ
る。
る。
【図３】本発明方法により製造したペレットの外観及び
金相を示す模写図で、（イ）は外観図、（ロ）は金相図
である。
金相を示す模写図で、（イ）は外観図、（ロ）は金相図
である。
【図４】従来法で製造したペレットの外観及び金相を示
す模写図で、（イ）は外観図、（ロ）は金相図である。
す模写図で、（イ）は外観図、（ロ）は金相図である。
Ａ セラミックス粒子 Ｂ マトリックス材のゲル状前駆体 Ｂ′ マトリックス材粉末 Ｋ クラック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｃ 3/64 Ｇ２１Ｃ 3/64
Claims (4)
- 【請求項１】多数のセラミックス粒子をマトリックス材
に混合させ、この混合材を成形後、焼結することにより
焼結体を得る粒子分散型セラミックスの製造方法におい
て、上記マトリックス材をゲル状前駆体として、該マト
リックス材のゲル状前駆体中にセラミックス粒子を混合
分散させ、乾燥させた後、この粒子混合粉末を成形し、
焼結することを特徴とする粒子分散型セラミックスの製
造方法。 - 【請求項２】セラミックス粒子をマトリックス材のゲル
状前駆体に撹拌・混合・乾燥させることによりセラミッ
クス粒子とマトリックス材とが適度にくっついた粒子分
散粉末を調整する請求項１記載の粒子分散型セラミック
スの製造方法。 - 【請求項３】セラミックス粒子とマトリックス材のゲル
状前駆体を混合し分散させて５００度以上の温度で乾燥
する請求項１または２記載の粒子分散型セラミックスの
製造方法。 - 【請求項４】セラミックス粒子の平均直径が１００〜１
０００μｍである請求項１，２または３記載の粒子分散
型セラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36918499A JP2001181060A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 粒子分散型セラミックスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36918499A JP2001181060A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 粒子分散型セラミックスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001181060A true JP2001181060A (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=18493783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36918499A Withdrawn JP2001181060A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 粒子分散型セラミックスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001181060A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012052864A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Chiba Univ | 金属表面処理を施したナノフィラーからなる高感度ひずみセンサ |
| JP2020106543A (ja) * | 2014-04-14 | 2020-07-09 | アドバンスト・リアクター・コンセプツ・エルエルシー | 合金のマトリックス中に分散したセラミック核燃料 |
| CN113499718A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-15 | 上海璞徽机械设备有限公司 | 一种多孔陶瓷原料预处理工艺 |
-
1999
- 1999-12-27 JP JP36918499A patent/JP2001181060A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012052864A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Chiba Univ | 金属表面処理を施したナノフィラーからなる高感度ひずみセンサ |
| JP2020106543A (ja) * | 2014-04-14 | 2020-07-09 | アドバンスト・リアクター・コンセプツ・エルエルシー | 合金のマトリックス中に分散したセラミック核燃料 |
| CN113499718A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-15 | 上海璞徽机械设备有限公司 | 一种多孔陶瓷原料预处理工艺 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070306 |