YAGキセロゲルの合成とロボキャスティング: 1

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8454 (2022) この記事を引用

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10 オルトメトリック

メトリクスの詳細

最適化されたゾルゲルプロトコルを実行して、アルミニウムアルコキシドとイットリウム塩からイットリウムアルミニウムガーネット（YAG）キセロゲルをセミパイロットスケールで製造しました。 このキセロゲルは、事前の熱分解を行わずに、ペーストの調製時に添加剤を使用して固体負荷として使用することに成功しました。 ペーストのロボットキャスティングによって得られた素地の熱処理により、凝集性の単相 YAG セラミックが得られました。 積層法によるセラミック片の製造により、複雑な形状の成形が可能になる一方、単一ステップの変換/統合により技術プロセスが簡素化され、世界的なエネルギーコストが削減されます。 YAG は高い強度と高温での良好なクリープ挙動を備えているため、これらの耐火物は深宇宙探査用のタービンブレードに使用される金属合金に取って代わる可能性があります。 キセロゲル粉末、ペースト、YAG セラミックの構造、熱、化学的特性評価が行われました。

フランス宇宙庁 (CNES) は、宇宙推進のための重要なサブシステムの設計を改善することを目的として、酸化物セラミックの研究開発を実施しました。 最大許容タービン温度は、金属合金の抵抗によって課せられ、液体推進ロケット エンジン サイクルの性能制限を表します。 ステーター/ロータータービン部品への酸化物セラミックの導入は、サイクル温度を上昇させ、それに応じて性能向上を達成するための有望な解決策となる可能性があります。 生涯の観点から見ると、耐クリープ性セラミックスは、深宇宙探査用の船内発電システム開発の重要な技術となるでしょう1。 この目的には、イットリウム アルミニウム ガーネット (YAG、Y3Al5O12) が選択されました。 固体レーザー 5 のレーザー利得ホスト材料 2、3、4 として知られているほかに、その機械的特性を利用することもできます。 実際、その高い強度、高温 (> 1000 °C) での良好なクリープ挙動、良好な物理的および化学的安定性、低い熱伝導率、および良好な水蒸気腐食耐性により、高温で興味深い機械的特性を示します 7。 また、酸化環境での遮熱コーティング 8 や、長期保存が必要な用途 9 にも使用されます。

固体状態を含むYAG調製について報告されているすべてのプロトコルの中で10,11、ゾルゲル法における前駆体の均一な混合により化学的安定性が保証されるため、ゾルゲルベースの合成は単相YAGを調製するための優れた方法であることが証明されています。製品の均一性と低い処理温度12. たとえば、このプロセスに従って、Gowda13 はイットリアとアルミニウム トリ-sec-ブトキシドアセテートのゲルを調製しました。これは、800 ～ 1400 °C で熱処理すると、YAG に結晶化しました。 さらに、Manalert と Rahaman14 は、ゾルゲル法と CO2 抽出による超臨界乾燥を使用して、アルミニウム トリ-sec-ブトキシドと酢酸イットリウム水和物の混合物から非晶質 YAG を取得しました。 最後に、Singlard ら 15 は、アルミニウム トリ-sec-ブトキシドと無水塩化イットリウムからの単相 YAG のゾルゲル合成とその後の熱処理を開発しました。

いずれにしても、これらの粉末はセラミックスとしての性質を維持しながら製造、成形する必要があります。 現在、押出成形は、低コストで使いやすいため、セラミックの直接成形に最も広く使用されている技術の 1 つです16、17。 YAG 製造の場合、文献にはほんの数例しかありません。それは、混合粉末水性スラリーを使用した 3D プリンティング 18 と、YAG ナノ粒子の 3D 直接インク書き込み 19 です。 しかし、これらのイノベーションのほとんどは光学分野に属しており、YAG には希土類金属元素がドープされており、望ましい特性は屈折率 17 やフォトルミネッセンス 20 などに関連しており、キセロゲルの押出については何も扱っていません。