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Developing MAX phase materials with novel microstructures for superior mechanical characteristics

Research Project

Project/Area Number 20KK0109
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
Research InstitutionTokyo Institute of Technology (2023)
Saitama University (2020-2022)

Principal Investigator

荒木 稚子  東京工業大学, 工学院, 教授 (40359691)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 荒居 善雄  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (70175959)
栗田 大樹  東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40643226)
山田 典靖  埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (60850881)
Project Period (FY) 2020-10-27 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
KeywordsMAX相 / 力学的特性 / 分子動力学法 / 機械的特性 / 力学特性 / 耐熱材料 / 酸化機構 / 強度 / 靭性 / 酸化
Outline of Research at the Start

金属とセラミクスの特長を併せ持つ「MAX相」は,新たな超耐熱材料として世界的に注目されている.本共同研究では,複雑微細構造を有するMAX相の酸化・高強靭化機構を解明した上で,超耐熱・高強靭MAX相を実現する新規微細構造の創成を目指す.

Outline of Annual Research Achievements

金属とセラミクスの特長を併せ持つ「MAX相」は,新たな超耐熱材料として世界的に注目されている.近年代表者と共同研究者は,多孔質のような複雑微細構造を有するMAX相に極薄い酸化被膜を形成することで,その機械的特性を飛躍的に向上させることに成功している. 一方で,不適切な酸化微細構造は特性の著しい劣化を招くことを確認している.本共同研究は,代表者の力学・拡散挙動複合評価による構造設計技術と共同研究者のMAX相に関する革新作製技術の融合により超耐熱・高強靭MAX相を実現する新規微細構造の創成を目指すとともに,MAX相のさらなる応用分野開拓を狙うものである.
本年度は,前年度まで実験を行ってきたCr系MAX相材料について,分子動力学法を用いた解析手法を確立した.構造および力学特性の再現に成功するとともに,熱機械的特性についても一部再現に成功した.さらに,キンク変形~破壊現象の一部再現にも成功した.さらに本年度は,コロナ禍等で暫く行うことができていなかった対面での打合せを行い,これまでの進捗報告と情報交換を行うとともに,今後の展開について議論を交わし,研究展開について一致する見解を得た.また,他の関連研究者とも今後の共同研究の可能性について意見交換を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

様々なMAX相材料系について分子動力学法を用いた解析が可能となったため.

Strategy for Future Research Activity

本共同研究によって,本年度までに,各種材料構成・温度範囲,さらに多孔材~複合材など,様々なMAX相材料の構造・力学特性の実験・解析が進み,挙動理解が深まった.そこで翌年度は,一部実験で進めていた拡散現象に関する分子動力学解析手法を確立し,今後のMAX相研究開発の発展のための研究基盤を構築する.さらに,これまで得られた成果を学会・論文等で積極的に発表するとともに,新たな共同研究スキーム発足のための準備を行う.

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 5 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ユーリッヒ研究所/アーヘン工科大学(ドイツ)

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] Juelich Forschungszentrum/RWTH AACHEN UNIVERSITY(ドイツ)

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] Effect of Friction on Buckling Behavior in Shallow Spherical to Hemispherical Shells in Contact with Rigid Boundaries under Uniform External Pressure2024

    • Author(s)
      Nguyen Xuan Cuong、Arai Yoshio、Araki Wakako
    • Journal Title

      Advances in Science and Technology Research Journal

      Volume: 18 Issue: 1 Pages: 10-25

    • DOI

      10.12913/22998624/175377

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lithium-ion diffusion in microdomains with an ordered configuration of lithium lanthanum titanate2023

    • Author(s)
      Araki Wakako、Wenbo Miao、Arai Yoshio
    • Journal Title

      Solid State Ionics

      Volume: 399 Pages: 116286-116286

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2023.116286

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Energy-harvesting and mass sensor performances of magnetostrictive cobalt ferrite-spattered Fe-Co alloy plate2023

    • Author(s)
      Kurita Hiroki、binti Fakhruddin Siti Masturah、Inoue Kumi Y.、Nakaki Takeru、Kuroda Shotaro、Wang Zhenjin、Araki Wakako、Shiku Hitoshi、Narita Fumio
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 951 Pages: 169844-169844

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2023.169844

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Plastic deformation of AA6061-T6 at elevated temperatures: experiments and modeling2022

    • Author(s)
      Biplov Kumar Roy, Yannis P Korkolis, Yoshio Arai, Wakako Araki, Takafumi Iijima, and Jin Kouyama.
    • Journal Title

      International Journal of Mechanical Sciences

      Volume: 216 Pages: 106943-106943

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2021.106943

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of oxygen deficiency on mechanical and thermo-mechanical properties of ferroic La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ2022

    • Author(s)
      Wakako Araki, Keiyu Ikeda, Naoto Otomo, Yoshiki Nakazato, Shota Yokoyama, and Yoshio Arai.
    • Journal Title

      Advanced Engineering Materials

      Volume: NA Issue: 5 Pages: 2101204-2101204

    • DOI

      10.1002/adem.202101204

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Zr+4 on Mechanical and Structural Properties of BaFeO3-δ2022

    • Author(s)
      Ali Akbari-Fakhrabadi, Javier Quintana, Gaspar Fabrega, Sagarkumar Zalavadiya, Wakako Araki, Viviana Meruane, Paulina Valenzuela, William Gacitua.
    • Journal Title

      Journal of the European Ceramic Society

      Volume: 42 Issue: 15 Pages: 7081-7081

    • DOI

      10.1016/j.jeurceramsoc.2022.08.052

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子動力学法による Cr2AlC の構造・力学解析2023

    • Author(s)
      鎌田 遥人,荒居 善雄,荒木 稚子
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2023 材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] La-Li-Ti-O の構造秩序と力学的特性2023

    • Author(s)
      西牧 悠希,荒居 善雄,荒木 稚子
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2023 材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] レーザー超音波法による肉厚測定に及ぼす表面凹凸の影響(熱弾性効果とアブレーションの比較)2023

    • Author(s)
      韮塚 和葵,荒居 善雄,荒木 稚子
    • Organizer
      日本機械学会 2023年度年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] レーザー超音波法による厚さ測定に及ぼす熱機械特性の影響2023

    • Author(s)
      小野 祥輝,荒居 善雄,荒木 稚子
    • Organizer
      日本機械学会 2023年度年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 温度変化を受ける複合圧力容器におけるCFRP/Al界面のき裂進展評価2023

    • Author(s)
      宮川 柚月,Md. Rahat Al Hassan,荒居 善雄,荒木 稚子,黒澤 彬元,佐々木 教行,大淵 智之,飯島 孝文
    • Organizer
      日本機械学会 2023年度年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] CFRP複合圧力容器のAlライナーの座屈と繰り返し変形2022

    • Author(s)
      井上 竣太,荒居 善雄,荒木 稚子
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2022 材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] レーザー超音波法によるテーパを有する板の厚さと弾性係数の測定2022

    • Author(s)
      中山 舞風,荒居 善雄,荒木 稚子
    • Organizer
      日本機械学会 2022年度年次大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] MAX相Cr2AlCの酸化被膜と機械的特性2021

    • Author(s)
      岡田 康希,荒木 稚子, Sylvain Badie, 山田 典靖,荒居 善雄,Jesus Gonzalez-Julian
    • Organizer
      日本機械学会 M&M 2021 材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Compressive Strength of Cr2AlC Composites2021

    • Author(s)
      Koki Okada, Wakako Araki, Teresa Go, and J. Gonzalez-Julian
    • Organizer
      The 7th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2020-10-29   Modified: 2024-12-25  

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