Twinning-induced toughening forward hard and tough ceramics
| Project/Area Number |
20K15018
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
増田 紘士 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20823701)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | セラミックス / ジルコニア / TiO2 / フラッシュ焼結 / ナノインデンテーション / ナノ双晶 / ビーズミリング / 非弾性 / 粘弾性 / 擬弾性 / 双晶誘起強靭化 / 双晶誘起高靭化 |
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| Outline of Research at the Start |
セラミックス材料は，優れた硬度・耐熱性・耐食性を活かして，超高圧・超高温・超腐食などの極限環境で「構造材料」として利用されている。一方で，脆く「破壊靭性」に乏しい点は，構造材料としては致命的な欠点であり，セラミックスにおける最大の課題だといえる。そこで本研究は，幅広い温度・環境において適用可能であり，硬度を犠牲にせず靭性を向上させることが可能な「ナノ双晶強化」に着目し，(1) セラミックスにおけるナノ双晶強化の微視的なメカニズムを解明することと，(2) ナノ双晶強化を利用することで高硬度・高靭性を両立させたバルクセラミックスを創出することを目的として実施される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，材料がもつ真の力学特性を測定することが可能な「マイクロ力学試験」と準安定相をもつバルクセラミックスを合成可能と考えられる「フラッシュ焼結」を組み合わせて実施される。2022年度は，前年度にフラッシュ焼結処理を施したイットリア安定化ジルコニア (YSZ) セラミックスで発見した非弾性現象をTiO2へと展開するとともに、準安定型YSZのフラッシュ焼結に向けた粉末微細化に取り組んだ。
・フラッシュ焼結処理を行ったTiO2試料に対して、ナノインデンテーション試験によって接触弾性率の速度依存性を評価した。YSZと同様、TiO2においてもフラッシュ焼結処理によって見かけの弾性率が低下し、この傾向は押し込み速度の低下とともに顕在化する速度依存性を示した。この非弾性現象の評価は当初の計画には含まれていない内容であるが、本研究で扱うフラッシュ焼結現象を理解するうえで重要な成果である。
・溶射法を応用することで材料内部にナノ双晶を形成させた4.5 mol% YSZ粉末に対して、フラッシュ焼結を行うための試料調整を進めた。本試料は平均粒子径40 um程度の粗大粉末であり、フラッシュ焼結実験には適合しないことが明らかとなった。そのため、ビーズミリング技術を利用して粉末のナノ粒子化を試行した。しかし、溶射粉末のナノ粒子化は当初の計画通りには進んでおらず、現時点で得られている最小の平均粒子径は1.6 um程度である。この点は、粉末の強靭な性質を示唆している反面、次年度の対策が必要な課題である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
YSZ溶射粉末のナノ粒子化が当初の予定通りには進んでおらず、次年度での巻き返しが必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、ミリング条件の調整によってYSZ溶射粉末のナノ粒子化を達成し、フラッシュ焼結によって得られた試料の硬度・破壊靭性評価を目指す。
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
