ナノフラクトグラフィーに基づくセラミックスのき裂-微構造相互作用の解析

• Project/Area Number: 14703014
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 多々見 純一 国立大学法人横浜国立大学, 大学院・環境情報研究院, 助教授 (30303085)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥27,690,000 (Direct Cost: ¥21,300,000、Indirect Cost: ¥6,390,000); Fiscal Year 2004: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2003: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2002: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
• Keywords: ナノフラクトグラフィー / セラミックス / 走査型プローブ顕微鏡 / アルミナ / 破壊 / 微構造 / サイアロン / 窒化ケイ素 / 窒化アルミニウム

Research Abstract

本研究は、これまでのセラミックスの破壊と先進セラミックスの微構造制御に関する研究成果を活かして、セラミックスの破面のナノ〜原子スケールの観察(ナノフラクトグラフィー)を行うことにより、粒内および粒界破壊靭性の発現メカニズムやセラミックスの疲労メカニズム等を明らかにすることを目的としたものである。本年度は、昨年度までの多結晶アルミナのナノフラクトグラフィー評価を、さらに深耕させるため、単結晶アルミナのへき開面のナノフラクトグラフィー評価を行った。また、微視的破壊である摩耗挙動に着目し、窒化ケイ素セラミックスの摩耗面のナノフラクトグラフィーも評価した。単結晶アルミナでは、マクロにへき開破壊した面であっても、SPM観察では1nm程度のステップが観察された。ステップの大きさは結晶面により異なっていた。これらの差異は、(0001)面上で生成する転位のバーガスベクトルと結晶面の幾何学的関係を考慮して説明することができた。すなわち、アルミナのへき開面には破壊に伴って生成したものと考えられる転位に関係した微視的ステップが多数存在することが明らかとなった。一方、窒化ケイ素セラミックスの摩耗面では、アブレッシブ摩耗に起因する比較的大きな摩耗痕の他に、粒界ガラス相が優先的に摩耗していく様子が観察された。従って、窒化ケイ素セラミックスの摩耗特性の向上には、粒界ガラス相の耐摩耗性を向上が重要であることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Nanofractography of Alumina by Scanning Probe Microscopy (2005)
  • Author(s): J.Tatami, T.Ohbuchi, K.Komeya, Takeshi, Meguro
  • Journal Title: Key Engineering Materials 290 Pages: 70-77
• [Journal Article] Evaluation of Corrosion Resistance of Ca-α SiAION Nano Ceramics (2004)
  • Author(s): S.Kamiwaki, M.Iguchi, M.Hotta, J.Tatami, K.Komeya, T.Meguro, M.Omori, T.Hirai
  • Journal Title: Materials Processing for Properties and Performans 2 Pages: 176-183
• [Journal Article] TiN粒子分散Si_3N_4セラミックス-軸受鋼系の摩耗挙動 (2004)
  • Author(s): 渡辺洋史, 多々見純一, 脇原徹, 目黒竹司, 米屋勝利, 小松通泰, 小豆島明
  • Journal Title: (社)日本セラミックス協会第17回秋季シンポジウム Pages: 202-202
• [Journal Article] SPM study of the fracture behavior of ceramics (2003)
  • Author(s): J.Tatami, Y.Yamamoto, K.Komeya, T.Meguro
  • Journal Title: Abstract Book of the 5th International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies Pages: 104-104
  • NAID: 130006968618
• [Journal Article] Fabrication and Evaluation of β-Sialon Nanoceramics
  • Author(s): D.Hiratsuka, J.Tatami, T.Meguro, K.Komeya, I.Hayashi, J-F.Yang, M.Omori
  • Journal Title: Proceedings of Encera 04 (印刷中)
• [Journal Article] Nanofractography of Alumina
  • Author(s): J.Tatami, T.Ohbuchi, T.Wakihara, K.Komeya, Takeshi Meguro
  • Journal Title: Abstract of 107th Annual Meeting & Exposition of the American Ceramic Society (印刷中)
• [Publications] J.Tatami, Y.Yamamoto, K.Komeya, T.Meguro: "SPM study of the fracture behavior of ceramics"Abstract Book of the 5th International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies. 104 (2003)
• [Publications] 大淵智子, 多々見純一, 目黒竹司, 米屋勝利: "SPMによるアルミナの破面観察"日本セラミックス協会2004年年会講演予稿集. 247 (2004)
• [Publications] S.Kamiwaki, M.Iguchi, M.Hottal, J.Tatami, K.Komeya, T.Meguro, M.Omori, T.Hirai: "Corrosion resistance of Ca-α SiAlON nano ceramics"Proceedings of 2nd MP3. (印刷中).
• [Publications] J.Tatami, T.Meguro, K.Komeya: "Nanofractography of Silicon Nitride Ceramics"Abstract of 106th Annual Meeting & Exposition of The American Ceramic Society. (印刷中).
• [Publications] J.Tatami, K.Komeya, T.meguro: "Observation of fracture surface of silicon nitride ceramics by scanning probe microscope"Proceedings of International Symposium on New Frontier of Advanced Si-Based Ceramics and Composites. (印刷中).
• [Publications] J.Tatami, T.Ohbuchi, T.Meguro, K.Komeya: "Nano-fractography of alumina by scanning probe microscopy"Abstract of Austceram 2004. (印刷中).
• [Publications] R.Terao, J.Tatami, K.Komeya, T.Meguro: "Fracture behavior of AlN ceramics with rare earth oxides"Journal of European Ceramic Society. 22巻・7号. 1051-1059 (2002)
• [Publications] J.Tatami, R.Terao, T.Meguro, K.Komeya: "Fracture behavior of A1N ceramics with various rare earth oxide addition"Austceram 2002 Proceedings. 211-212 (2002)
• [Publications] J.Tatami, M.Iguchi, M.Hotta, C.Zhang, K.Komeya, T.Meguro, M.Omori, T.Hirai, M.E.Brito, Y.B.Cheng: "Fabrication and Evaluation of Ca-α SiAlON Nano Ceramics"Key Engineering Materials. 237. 105-110 (2003)
• [Publications] 上脇聡, 井口もえ木, 堀田幹則, 多々見純一, 目黒竹司, 米屋勝利, 大森守, 平井敏雄: "Ca-αサイアロンセラミックスの耐食性評価"日本セラミックス協会2003年年会予稿集. 250 (2003)
• [Publications] S.Suzuki, J.Tatami, K.Komeya, T.Meguro, A.Azushima, D.K.Kim: "Contact damage behavior of PVD-TiN coated Si_3N_4 ceramics"Extended Abstract of International Conference on the Characterization and Control of Interfaces for High Quality Advanced Materials. (発表予定).
• [Publications] J.Tatami, Y.Yamamoto, K.Komeya, T.Meguro: "SPM study of the fracture behavior in ceramics"Proceedings of PacRimIV. (発表予定).