Development of Advanced Self-Healing Ceramics Including Remodeling Mechanism

• Project/Area Number: 24760093
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: National Institute for Materials Science (2013-2014); Yokohama National University (2012)
• Principal Investigator: OSADA Toshio 独立行政法人物質・材料研究機構, 構造材料ユニット, 研究員 (50596343)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2014: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2013: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2012: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 耐熱材料 / 自己治癒材料 / セラミックス / 破壊力学 / 自己治癒 / 耐熱セラミックス / 高温酸化 / 熱力学 / 有限要素解析 / イメージベース / 改変期 / マルチスケール

Outline of Final Research Achievements

Our final target in this project is to overcome the reliability issues in brittle oxide based ceramics composite by using self-crack-healing function bioinspired from human compact bone. The function allows the self-healing ceramics to be an attractive candidate for the next-generation turbine blade materials. We here try to clarify the self-healing mechanics and to propose the model for strength recovery in the oxidation-induced self-healing ceramics as an example of alumina/SiC composites. The predicted strength recovery rate showed in good agreement with experimental values. Thus, the model will be a useful to establish the design guide of next-generation self-healing ceramics for the jet engine applications.

Research Products

• [Journal Article] Structural Ceramics with Self-Healing Properties (2014)
  • Author(s): K. Ando, Koji Takahashi, T. Osada
  • Journal Title: Handbook of smart coatings for materials protection Volume: 00 Pages: 586-605
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 自己治癒セラミックスの拓く構造用セラミックスの新機軸 (2014)
  • Author(s): 中尾航, 長田俊郎
  • Journal Title: 日本ファインセラミックス協会 FC Report Volume: 32 Pages: 97-101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self crack-healing behavior in ceramic-matrix composites (2014)
  • Author(s): T. Osada, W. Nakao, K. Takahashi, K. Ando
  • Journal Title: Advances in ceramics matrix composites Volume: 14章 Pages: 410-441
  • DOI: 10.1533/9780857098825.2.410
  • ISBN: 9780857091208
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 自己き裂治癒能力に優れた高温構造用セラミックスの開発 (2013)
  • Author(s): 長田俊郎, 高橋宏治
  • Journal Title: 工業材料 Volume: 61 Pages: 31-33
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Prediction of Strength Recovery Rate in Self-Healing Ceramics Using Oxidation Kinetics and Nonlinear Fracture Mechanics (2015)
  • Author(s): Toshio Osada, Kiichi Kamoda
  • Organizer: International Conference on Self Healing Materials 2015
  • Place of Presentation: Duke University, Durham
  • Year and Date: 2015-06-22 – 2015-06-24
• [Presentation] 自己き裂治癒機能を有する耐熱セラミックスのマルチスケール構造解析 (2014)
  • Author(s): 鴨田紀一, 長田俊郎, 三留正則, 原徹, 高橋宏治
  • Organizer: 日本金属学会 秋期講演大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 酸化速度論と非線形破壊力学を用いた自己治癒セラミックスのき裂治癒速度予測 (2014)
  • Author(s): 長田俊郎，鴨田紀一
  • Organizer: 日本機械学会 2014年次大会
  • Place of Presentation: 東京電機大
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] 自己治癒セラミックスにおけるき裂治癒部のナノ-ミクロ構造解析 (2014)
  • Author(s): 鴨田紀一，長田俊郎，三留正則，原徹，高橋宏治
  • Organizer: 日本機械学会 2014年次大会
  • Place of Presentation: 東京電機大
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] 酸化速度論と非線形破壊力学を用いた自己治癒セラミックスのき裂治癒速度予測 (2014)
  • Author(s): 長田俊郎，鴨田紀一
  • Organizer: 日本機械学会 2014年度年次大会（発表確定）
  • Place of Presentation: 東京電気大学
• [Presentation] 自己治癒セラミックスにおけるき裂治癒部のナノ-ミクロ構造解析 (2014)
  • Author(s): 鴨田紀一、長田俊郎、三留正則、原徹、高橋宏治
  • Organizer: 日本機械学会 2014年度年次大会（発表確定）
  • Place of Presentation: 東京電気大学
• [Presentation] Kinetic Model for Self-Crack-Healing in Ceramics and Possibility of Turbine Blade Applications (2013)
  • Author(s): T. Osada
  • Organizer: International Conference on Self-Healing Materials 2013 Proceeding of ICSHM 2013
  • Place of Presentation: Ghent University, ベルギー
• [Presentation] 航空機エンジン用次世代耐熱材料の開発と今後の展望 (2013)
  • Author(s): 長田俊郎, 原田広史, 谷月峰, 中尾航
  • Organizer: 高温強度と組織形成の材料科学研究会 「平成25年夏の学校」
  • Place of Presentation: ホテルラフォーレ蔵王,宮城県
• [Presentation] セラミックスの自己き裂治癒における改変機構の解明
  • Author(s): 鴨田紀一（学生），長田俊郎，高橋宏治，原徹
  • Organizer: 日本金属学会春期大会
  • Place of Presentation: 東京理科大
• [Remarks] NIMS researchers Database SAMURAI
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/OSADA_Toshio-j.html
• [Remarks] 物質・材料研究機構 研究者総覧
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/OSADA_Toshio-j.html