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公開番号2024164202
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-26
出願番号2024145029,2022129781
出願日2024-08-27,2017-11-04
発明の名称工業用セラミックスの改良された性能
出願人ザリージェンツオブザユニバーシティオブコロラド,アボディーコーポレイト,THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF COLORADO,a body corporate,バーテル、クリストファー,ワイマール、アラン、ダブリュー.,オトゥール、レベッカ、ジーン,コダス、マイラ
代理人個人
主分類C04B 35/622 20060101AFI20241119BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】3Dインクを製造するのに適したコロイド状ゲルまたはスラリー、及びコロイド状ゲルまたはスラリーを使用して、3次元焼結構造体を形成する方法を提供する。
【解決手段】セラミック粒子であって、イットリア安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、および酸化セリウムから選択されるコア基板と;そして3ナノメートル未満の厚さを有し、前記コア基板を覆う、焼結助剤フィルムのコーティングと;を有する、セラミック粒子と;水と;そして1つまたはそれ以上の、分散剤、粘性調整剤、および凝集剤と;を有する、ことを特徴とするコロイド状ゲルまたはスラリーが提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
セラミック粒子であって、
イットリア安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、および酸化セリウムから選択されるコア基板と；そして
３ナノメートル未満の厚さを有し、前記コア基板を覆う、焼結助剤フィルムのコーティングと；
を有する、セラミック粒子と；
水と；そして
１つまたはそれ以上の、分散剤、粘性調整剤、および凝集剤と；
を有する、
ことを特徴とするコロイド状ゲルまたはスラリー。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記コア基板を覆う前記焼結助剤フィルムのコーティングが、１つの単一層の厚さより小さい厚さを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
【請求項３】
前記コーティングがアルミナを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
【請求項４】
前記コア基板を覆う前記焼結助剤フィルムのコーティングが、前記セラミック粒子の表面全体にフィルムの島を有する、ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
【請求項５】
前記コア基板がイットリア安定化ジルコニアであり、前記焼結助剤フィルムのコーティングがアルミナを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
【請求項６】
前記コア基板がイットリア部分安定化ジルコニアであり、前記焼結助剤フィルムのコーティングがアルミナを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
【請求項７】
前記コア基板が酸化セリウムであり、前記焼結助剤フィルムがアルミナ、酸化チタン、酸化イットリウム、およびそれらの任意の組み合わせから選択される、ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
【請求項８】
前記コロイド状ゲルまたはスラリーがヒドロキシプロピルメチルセルロースを含む粘性調整剤を有する、ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
【請求項９】
前記コロイド状ゲルまたはスラリーがアンモニウムポリアクリレートを含む分散剤を有する、ことを特徴とする請求項８に記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
【請求項１０】
前記コロイド状ゲルまたはスラリーがポリエチレンイミンを含む凝集剤を有する、ことを特徴とする請求項９に記載のコロイド状ゲルまたはスラリー。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用セラミックスに関するものである。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
（政府サポート）
本発明は、米国国立科学財団により授与された契約ＮＳＦＣＭＭＩ１５６３５３７に基づく米国政府の支援およびコロラド州のＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒＰｒｏｇｒａｍにより授与されたＧｒａｎｔＡＰＰ－４３８８９により部分的になされた。米国政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
（関連アプリケーション）
本出願は、２０１６年１１月７日に出願された米国暫定特許出願第６２／４１８，６６６号（特許文献１）、および２０１７年６月１６日に出願された米国暫定特許出願第６２／５２０，６５５号（特許文献２）の優先権を主張し、それらはここに参照して取り入れられる。
【０００４】
８モル％（８ｍｏｌ％）のイットリア安定化キュービックジルコニア（「８ＹＳＺ」）は、固体酸化物型燃料電池（「ＳＯＦＣ」）において実用的な用途を有するが、高い動作温度、高い焼結温度、低いイオン導電率、および弱い機械的強度などのいくつかの固有の欠点を有する。硬質ボールと、Ａｌ
２
Ｏ
３
および８ＹＳＺの粉末混合物と、の高エネルギー衝突を使用するプロセスである、ボールミル粉砕によるアルミナ（Ａｌ
２
Ｏ
３
）の添加は、焼結温度を低下させ、機械的強度およびイオン導電率を高めることが示されてきた。
【０００５】
８ＹＳＺは、化学的に安定で安価な選択肢であるため、ＳＯＦＣにおいて固体電解質として最も一般的に使用されている。ＳＯＦＣは、適切なイオン導電率を有するためには７００℃以上の高温で動作されなければならない。この高い動作温度はまた、可能性のある構成材料の使用を制限し、そして長い始動時間を必要とする。８ＹＳＺの用途をさらに制限することには、緻密なＳＯＦＣ電解質を製造するのに必要とされる高い焼結温度がある。典型的には、市販の電解質は１４５０℃で約４時間焼結される。ＳＯＦＣ製造への魅力的な経路は、電解質を他のすべての構成要素、例えばアノード、カソード、および接続材と同時に焼成することであるので、最高の焼結温度を必要とする材料（一般的には８ＹＳＺ）が同時焼成温度を決定づける。ただし、８ＹＳＺ以外の部品を１４５０℃に数時間さらすと、性能に悪影響を及ぼすことがある。高い焼結温度と所要時間の両方を最小限に抑えることが未だ解決されない要求として存在してきた。
【０００６】
利用可能な３Ｄインクを用いた３Ｄ印刷によって現在製造されている製品の品質および種類に対する期待は、いまだに充足されていない。溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）を含む３Ｄ印刷は、層が互いに融合して積層三次元部品を形成することを目的として、インク材料の層を配置する。ＦＤＭを含む３Ｄ印刷は、層が互いに融合して積層三次元部品を形成することを意図して、インク材料の層を配置する。しかし、３Ｄ印刷からの最終部品またはアウトプットは、一貫して良いわけではない。最終３Ｄ部品はしばしば壊れやすく、または簡単にはく離する。積層３Ｄ部品は、それらがＸ－Ｙ平面内で接着するようにはＺ軸ではあまり接着できず、その結果、側部からの力は部品を容易に破壊することができる。
【０００７】
さらに、現在の３Ｄ部品印刷は一般に高い解像度が必要とされる小さな部品の製造に適していない。印刷物は３次元なので、解像度はＸ－Ｙ平面の最小フィーチャ寸法とＺ軸解像度に依存する。Ｚ軸の解像度はレイヤーの高さに関連し、印刷品質にはあまり関連しない。Ｘ－Ｙ解像度、または最小フィーチャ寸法は顕微鏡画像化によって測定され、それが部品の細部の生成を可能にするので、２つのうちでより重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
米国暫定特許出願第６２／４１８，６６６号
米国暫定特許出願第６２／５２０，６５５号
【発明の概要】
【０００９】
発明は部分的に、セラミック粒子であって：イットリア安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、および酸化セリウムから選択されるコア基板と；そして３ナノメートル未満の厚さを有し、コア基板を覆う焼結助剤フィルムのコンフォーマルコーティングと；を有することを特徴とするセラミック粒子の発見に関する。本発明の一実施形態では、コア基板を覆う焼結助剤フィルムのコンフォーマルコーティングが、１ナノメートル未満から１ナノメートルまでの厚さを有する。他の一実施形態では、焼結助剤フィルムのコンフォーマルコーティングが、約２ナノメートルの厚さを有する。
【００１０】
さらにもう１つの実施形態では、焼結助剤フィルムのコンフォーマルコーティングが、コア基板の均一なコンフォーマルコーティングである。他の一実施形態では、コア基板のコンフォーマルコーティングが、セラミック粒子の表面全体に均一に分布したフィルムの島を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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