| Project/Area Number |
21K04683
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | Kyoto Municipal Institute of Industrial Technology and Culture |
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Principal Investigator |
KOHAMA Kazuyuki 地方独立行政法人京都市産業技術研究所, 京都市産業技術研究所, 次席研究員 (00710287)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 低温接合 / 高温強度 / 接合機構 / 物質移動 / 相変態 / 熱力学 / 自由度 |
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| Outline of Research at the Start |
セラミックスの低温接合と接合体の高温使用を両立するため，接合時には低い温度で融け，接合後には高い温度でも融けなくなるという，新機能を有したフィラー（接合時に間に挟み込む材料）の開発研究を行っている。その機能の根源は，フィラーに含まれる添加元素の一部を蒸発させたり化学反応させたりすることで，フィラーの融点を制御する点にある。
一方で，このような添加元素の特殊な振る舞いが十分に理解されていないため，接合界面に出現する気体・液体・固体が関与する複雑な接合機構（ダイナミクス）が明らかになっていない。本研究では，そのダイナミクスに関する知見を体系化することで，プロセス設計の指導原理の確立をめざす。
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| Outline of Final Research Achievements |
The principal investigator recently developed the novel composite fillers for low-temperature joining of ceramics that maintained high-temperature joint reliability. The filler composition is specially designed to utilize evaporation and chemical reactions of additive elements in the filler to control the melting point, allowing the filler to melt at relatively-low temperatures during bonding, while the resultant joints can endure even temperatures higher than the bonding temperature. This study aimed to investigate the detailed joining dynamics for practical application of the fillers to formation of heat-resistant ceramic joints. In summary, major ceramics such as alumina, silicon nitride and silicon carbide were joined to themselves using the fillers. The interfacial microstructure characterization and thermo-mechanical property evaluation results revealed some important principles of the filler material design for joining various ceramics.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
ろう付によるセラミックス接合では、通常はフィラーの融点より低温でしか接合体を使用できず、セラミックスの高い耐熱性をいかせない。本研究で提案するフィラーは、接合時には基材元素と添加元素の共晶反応により低い温度で融けるため接合しやすくなる一方、接合後には基材元素の固有の融点まで融けなくなるため耐熱性の高い接合体が得られる。このダイナミクス解明により、各種セラミックスを低温で接合し、かつ接合後の耐熱性を維持できるという、これまでにない画期的な技術的提案につながる。また、フィラー中の添加元素を蒸発させて相変態を誘起するという極めて独創的な原理に基づいており、学術的な波及効果が高い。
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