Intergranular damage and failure mechanisms in high-strain-rate superplastic nanoceramics

• Project/Area Number: 25420700
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: Hiraga Keijiro 北見工業大学, 工学部, 教授 (80354190)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KIM Byung-Nam 国立研究開発法人・物質・材料研究機構, 主席研究員 (50254149) ; MORITA Koji 国立研究開発法人・物質・材料研究機構, 主幹研究員 (20354186)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2013: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 超塑性 / 高ひずみ速度 / 粒界損傷 / 微視き裂 / 引張破断 / 偏析 / 粒子分散 / 複合化 / ジルコニア / 分散相 / 破断 / ドーピング効果

Outline of Final Research Achievements

The relationship was investigated between intergranular cavitation damage and tensile failure in tetragonal-zirconia-based materials: doped and undoped high-purity materials and composite materials dispersed with second and/or third phases. The results showed that microcracks caused from extensive cavity coalescence led to superplastic tensile failure, independently of the compositional and microstructural varieties in the present materials. The results also showed that the effects of the doping and dispersed phases depended strongly on the strain rate. The doping or the second- and/or third-phase-dispersion that enhanced ordinary superplasticity at strain rates at around 1E-4～1E-3 /s was rather found to lower the tensile elongation at strain rates higher than 1E-2 /s. The present study indicated that such strain-rate dependence may arise from the strong strain-rate dependence of cavity formation in the doped or the composite materials.

Research Products

• [Journal Article] Fabliacation of dense nano-structured bulk ceramics by means of spark-plasma-sintering (SPS) processing (2016)
  • Author(s): K. Morira, B.-N. Kim, H. Yoshida, K. HIraga, Y. Sakka
  • Journal Title: Materials Science Forum Volume: 838-839 Pages: 225-230
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dynamic grain growth during low-temperature spark plasma sintering of alumina (2014)
  • Author(s): Byung-Nam Kim, Keijiro Hiraga, Koji Morita, Hidehiro Yoshida, Young-Jo Parkc, Yoshio Sakka
  • Journal Title: Scripta Materialia Volume: 80 Pages: 29-32
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2014.02.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-strain-rate superplasticity and tensile failure in cation-doped zirconia (Y-TZP) (2013)
  • Author(s): K. Hiraga, B.-N. Kim, K. Morita, Y. Sakka, M. Tabuchi
  • Journal Title: Proceedings of 8thJapan-China Bilateral Symposium on High Temperature Strength of Materials Volume: 1 Pages: 1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Grain-boundary sliding model of pore shrinkage in late intermediate sintering stage under hydrostatic pressure (2013)
  • Author(s): B.-N. Kim, K .Hiragaa, K. Morita, H. Yoshidaa, Y.Sakkaa, Y.-J. Park
  • Journal Title: Acta Materialia Volume: 61 Issue: 18 Pages: 6661-6669
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2013.07.014
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 金属および酸化物材料の組織組成制御による機能性構造材料の創成に関する研究 (2016)
  • Author(s): 平賀啓二郎
  • Organizer: 日本金属学会2016年春期講演大会
  • Place of Presentation: 東京理科大学 葛飾キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-23
  • Invited
• [Presentation] 酸化物系セラミックスにおける低温・高速超塑性発現の可能性 (2015)
  • Author(s): 平賀啓二郎、古瀬裕章、森田孝治、金 炳男, 吉田英弘, 目 義雄
  • Organizer: 日本セラミックス協会平成27年度北海道地区セミナー
  • Place of Presentation: 北見工業大学屈斜路研修センター
  • Year and Date: 2015-10-02
  • Invited
• [Presentation] 第２相分散型超塑性セラミックの高ひずみ速度引張破断 (2015)
  • Author(s): 平賀啓二郎, 古瀬裕章, 金 炳男, 森田孝治, 吉田英弘, 目 義雄
  • Organizer: 日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] High-Strain-Rate Superplasticity in Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia (Y-TZP) with and without Cation Doping (2015)
  • Author(s): K. Hiraga, K. Mortita, B.-N. Kim, H. Yoshida, Y. Sakka
  • Organizer: 12th internatonal Conference on Superplasticity in Advanced Materials
  • Place of Presentation: 東京大学伊藤国際学術研究センター
  • Year and Date: 2015-09-07
• [Presentation] 分散複合型正方晶ZrO2の高速超塑性における破断延性 (2015)
  • Author(s): 平賀啓二郎, 古瀬裕章, 金 炳男, 森田孝治 吉田英弘, 目 義雄
  • Organizer: 日本金属学会・高温変形の組織ダイナミクス研究会/第158回超塑性研究会
  • Place of Presentation: 弘前市 星と森のロマントピア
  • Year and Date: 2015-08-23
• [Presentation] 無加圧二段焼結による正方晶ジルコニアの微細粒緻密化と高速超塑性特性 (2015)
  • Author(s): 平賀啓二郎, 古瀬裕章, 森田孝治, 金 炳男, 目 義雄
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会平成27年度春季大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学国際会議場
  • Year and Date: 2015-05-26
• [Presentation] 常圧焼結したジルコニア基微細粒材料の高速超塑性 (2014)
  • Author(s): 平賀啓二郎
  • Organizer: NIMS先端プロセスユニットセミナー
  • Place of Presentation: （独）物質・材料研究機構
  • Year and Date: 2014-12-12
  • Invited
• [Presentation] 二段焼結を用いた微細粒酸化物複合材料の作製 (2014)
  • Author(s): 印藤佑一、平賀啓二郎、古瀬裕章、森田孝治、金 炳男、吉田英弘、目 義雄
  • Organizer: 弟24回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市情報文化センター
  • Year and Date: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [Presentation] 添加および無添加の正方晶ジルコニアにおける高速超塑性引張変形と破断 (2014)
  • Author(s): 近藤翔一、平賀啓二郎、古瀬裕章、森田孝治、金 炳男、吉田英弘、目 義雄
  • Organizer: 弟24回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市情報文化センター
  • Year and Date: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [Presentation] SiO2をドープした正方晶ジルコニア（3Y-TZP）の高速超塑性 (2014)
  • Author(s): 清水直樹、平賀啓二郎、古瀬裕章、森田孝治、金 炳男、吉田英弘、目 義雄
  • Organizer: 弟24回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市情報文化センター
  • Year and Date: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [Presentation] SiO2ドープ3Y-TZPにおける高速超塑性と破断 (2014)
  • Author(s): 平賀啓二郎、古瀬裕章、 森田孝治、金 炳男、吉田英弘、目 義雄
  • Organizer: 日本金属学会2014年秋期(第155回)講演大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 高純度正方晶ジルコニアにおける 高速超塑性と引張破断 (2014)
  • Author(s): 平賀啓二郎、古瀬裕章、森田孝治、金 炳男、吉田英弘、目 義雄
  • Organizer: 高温強度と組織形成の材料科学研究会 「平成 2 6 年度夏の学校」 超塑性研究会第 1 5 5 回研究会
  • Place of Presentation: 北見工業大学屈斜路研修所
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-23
• [Presentation] 高速超塑性ジルコニア(3Y-TZP)の 引張破断挙動に及ぼす添加効果 (2014)
  • Author(s): 平賀啓二郎，古瀬裕章, 金 炳男，森田孝治，吉田英弘, 目 義雄
  • Organizer: 日本セラミックス協会2014年年会
  • Place of Presentation: 慶応大学日吉キャンパス
• [Presentation] 正方晶ジルコニア（Y-TZP)の高速超塑性と粒界偏析 (2013)
  • Author(s): 平賀啓二郎，物材機構 金 炳男， 森田孝治，吉田英弘、目 義雄
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2013年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学
• [Presentation] High-strain-rate superplasticity and tensile failure in cation-doped zirconia (Y-TZP) (2013)
  • Author(s): K. Hiraga, B.-N. Kim, K. Morita, Y. Sakka, M. Tabuchi
  • Organizer: 8thJapan-China Bilateral Symposium on High Temperature Strength of Materials
  • Place of Presentation: 藤田観光旭川ワシントンホテル
• [Presentation] SiO2ドープ3Y-TZPの高速超塑性特性 (2013)
  • Author(s): 平賀啓二郎, 福西康平, 森田孝治, 金 炳男, 吉田英弘, 目 義雄
  • Organizer: 日本セラミックス協会弟26回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 信州大学長野キャンパス
• [Presentation] High-ｓtrain-ｒate ｓuperplasticity in a ｔetragonal ｚirconia (3Y-TZP) ｄoped with Ti and Ge (2013)
  • Author(s): S. Kondo, K. Hiraga, H Furuse1, H. Yoshida, K. Morita, B.-N. Kim, Y. Sakka
  • Organizer: 弟23回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念館
• [Presentation] High-ｓtrain-ｒate ｓuperplasticity in ｚirconia-ｂase ｃomposites ｄispersed with a ｓpinel ｐhase (2013)
  • Author(s): Y. Indo, K. Hiraga, H Furuse1, K. Morita, B.-N. Kim, H. Yoshida, Y. Sakka
  • Organizer: 弟23回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念館