ナノスケール変態強化を発現する新奇高靭性セラミックスの開発

• Project/Area Number: 15K21768
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Home-Returning Researcher Development Research)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 西山 宣正 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (10452682)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若井 史博 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30293062) ; 増野 敦信 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (00378879)
• Project Period (FY): 2016 – 2017
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥57,070,000 (Direct Cost: ¥43,900,000、Indirect Cost: ¥13,170,000)
• Keywords: 変態強化 / 破壊誘起アモルファス化 / ペロブスカイト型MgSi03多結晶体 / 変態塑性 / 立方晶窒化ケイ素 / 透明多結晶体 / 超硬質材料 / 高温高圧合成 / ナノセラミックス / 高靭性 / 透明セラミックス / 窒化ケイ素 / 耐熱性 / セラミックス / 高圧合成 / ナノ組織制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではナノスケール変態強化を発現する新奇セラミックス物質の開発を目的に研究を行った。その結果、2つの大きな研究成果を得ることができた。一つ目は、破壊誘起アモルファス化による変態強化を発現する物質としてペロブスカイト型MgSiO3多結晶体を見出した。この物質はある意味非常にありふれた物質で、地球の深さ670km以深、地球の岩石部分の底(深さ2900km)までの最主要鉱物である。この地球の体積の約8割を占め地球そのものと言ってもいい物質を、一気圧下で構造用セラミックスとして使用すると変態強化、変態塑性を示し、とても割れにくいセラミックスであることを見出した。この成果はとても重要なので、現在も補足データを収集しており万全の状態で論文投稿する予定である。2つ目は、立方晶窒化ケイ素・透明多結晶体の合成に成功した。これは割れにくいセラミックスを創り出すつもりで取り組んだ研究だが、予期せず、全物質の中で3番目に硬く高い透明性を示す物質の合成に成功した。さらにこの物質は他の超硬質材料とは異なる特性も有しており、超硬質材料をこれまでとは違った用途で産業利用する可能性を開く物質になるかもしれない。発表した論文は世界中のメディアで取り上げられた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] DESY/キール大学/バイロイト大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] 南カリフォルニア大(米国)
• [Int'l Joint Research] 燕山大学(中国)
• [Int'l Joint Research] ドイツ電子シンクロトロン/バイロイト大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] 南カリフォルニア大学(米国)
• [Journal Article] Thermal expansion of coesite determined by synchrotron powder X-raydiffraction (2018)
  • Author(s): Eleonora Kulik, Vadim Murzin, Shogo Kawaguchi, Norimasa Nishiyama, Tomoo Katsura
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: 45 Issue: 9 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1007/s00269-018-0969-7
  • Description: 印刷中
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transparent polycrystalline nanoceramics consisting of triclinic Al2SiO5 kyanite and Al2O3 corundum (2017)
  • Author(s): Gaida Nico A.、Nishiyama Norimasa、Masuno Atsunobu、Sch?rmann Ulrich、Giehl Christopher、Beermann Oliver、Ohfuji Hiroaki、Bednarcik Jozef、Kulik Eleonora、Holzheid Astrid、Irifune Tetsuo、Kienle Lorenz
  • Journal Title: Journal of the American Ceramic Society Volume: 101 Issue: 3 Pages: 998-1003
  • DOI: 10.1111/jace.15281
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of effects of crack deflection and grain bridging on toughening of nanocrystalline SiO 2 stishovite (2017)
  • Author(s): Yoshida Kimiko、Nishiyama Norimasa、Shinoda Yutaka、Akatsu Takashi、Wakai Fumihiro
  • Journal Title: Journal of the European Ceramic Society Volume: 37 Issue: 15 Pages: 5113-5117
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.06.047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Picosecond amorphization of SiO2 stishovite under tension (2017)
  • Author(s): Misawa Masaaki、Ryuo Emina、Yoshida Kimiko、Kalia Rajiv K.、Nakano Aiichiro、Nishiyama Norimasa、Shimojo Fuyuki、Vashishta Priya、Wakai Fumihiro
  • Journal Title: Science Advances Volume: 3 Issue: 5 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1602339
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transparent polycrystalline cubic silicon nitride. (2017)
  • Author(s): N. Nishiyama, R. Ishikawa, H. Ohfuji, H. Marquardt, A. Kurnosov, T. Taniguchi, B.-N. Kim, H. Yoshida, A. Masuno, J. Bednarcik, E. Kulik, Y. Ikuhara, F. Wakai, T. Irifune
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 44755-44755
  • DOI: 10.1038/srep44755
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strength and toughness of nano crystalline SiO2 stishovite toughened by fracture-induced amorphization (2017)
  • Author(s): Kimiko Yoshida, Norimasa Nishiyama, Masato Sone, Fumihiro Wakai
  • Journal Title: Acta Materializa Volume: 124 Pages: 316-324
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2016.11.014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis of Al2O3/SiO2 nano-nano composite ceramics under high pressure and its inverse Hall-Petch behavior (2017)
  • Author(s): Gaida, N.A., Nishiyama, N., Masuno, A., Holzheid, A., Ohfuji, H., Schurmann, U., Szillus, C., Kulik, E., Bednarcik, J., Beermann, O., Giehl, C. and Kienle, L.
  • Journal Title: J. Am. Ceram. Soc. Volume: 100 Issue: 1 Pages: 323-332
  • DOI: 10.1111/jace.14551
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Transparent polycrystalline cubic silicon nitride and its physical properties (2018)
  • Author(s): N. Nishiyama, R. Ishikawa, H. Ohfuji, T. Taniguchi, F. Wakai
  • Organizer: 6th International Symposium on Advanced Ceramics (ISAC-6)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 割れにくいシリカと透明なシリコンナイトライド (2018)
  • Author(s): 西山 宣正
  • Organizer: 第10回ナノ物質集積複合化技術研究会
  • Invited
• [Presentation] Exploration of super-hard material : laser-shock compression of transparent nanocrystalline high-pressure phases (2017)
  • Author(s): Norimasa Nishiyama
  • Organizer: Mini-workshop on high energy density science with XFELs
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ultra high pressure sintering and synthesis of transparent polycrystalline cubic silicon nitride (2017)
  • Author(s): N. Nishiyama, R. Ishikawa, H. Ohfuji, H. Marquardt, T. Taniguchi, B. Kim, A. Masuno, Y. Ikuhara, F. Wakai, T. Irifune
  • Organizer: International Conference on Sintering 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] スピネル型窒化ケイ素・透明多結晶体の合成とその物性 (2017)
  • Author(s): 西山宣正, 金谷航葵, 若井史博
  • Organizer: 第58回高圧討論会
• [Presentation] Transformation toughening in silica and transparent polycrystalline cubic silicon nitride (2017)
  • Author(s): Norimasa Nishiyama
  • Organizer: 3rd International Symposium on Metastable Materials Science & Technology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 立方晶窒化ケイ素の透明多結晶体の高温高圧下における焼結 (2017)
  • Author(s): 西山 宣正
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] A very tough hardest oxide : nanopolycrystalline Si02 stishovite (2017)
  • Author(s): Norimasa Nishiyama
  • Organizer: International Workshop on Giant Straining Process for Advanced Materials (GSAM2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] スピネル型窒化ケイ素透明多結晶体の合成とその物性 (2017)
  • Author(s): 西山 宣正
  • Organizer: 先進セラミックス第124委員会 第153回会議
  • Invited
• [Presentation] Transparent polycrystalline silicon nitride with spinel structure (2017)
  • Author(s): Norimasa Nishiyama
  • Organizer: 9th International Symposium on Nitrides (ISNT2017) & 5th International Symposium on SiAIONs and Non-oxides (ISSNOX5)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication of Transparent polycrystalline Spinel-type Silicon Nitride and its Physical Properties (2017)
  • Author(s): Norimasa Nishiyama
  • Organizer: 10th International Conference in the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Transparent polycrystalline spinel-type silicon nitride (2017)
  • Author(s): Norimasa Nishiyama, Ryo Ishikawa, Hiroaki Ohfuji, Hauke Marquardt, Takashi Taniguchi, Byung-Nam Kim, Atsunobu Masuno, Takashi Taniguchi, Byung-Nam Kim, Yuichi Ikuhara, FUMIHIRO WAKAI, Tetsuo Irifune
  • Organizer: PACRIM Symposium 19 : Transparent Ceramic Materials and Devices
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東工大
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2017/037704.html
• [Remarks] ドイツ電子シンクロトロン
  • URL: http://www.desy.de/news/news_search/index_eng.html?openDirectAnchor=1200
• [Remarks] 物質・材料研究機構
  • URL: http://www.nims.go.jp/news/press/2017/03/201703161.html
• [Remarks] 愛媛大学
  • URL: http://www.grc.ehime-u.ac.jp/archives/1972
• [Remarks] Yahoo Japanニュース
  • URL: https://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20170322-00000102-it_eetimes-sci
• [Remarks] EETimesJapan
  • URL: http://eetimes.jp/ee/articles/1703/22/news084.html
• [Remarks] マイナビニュース
  • URL: http://news.mynavi.jp/news/2017/03/17/388/
• [Remarks] 経済.biz
• [Remarks] 日経産業新聞、日刊工業新聞、科学新聞、河北新報など新聞報道多数。