Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では、通電支援焼結技術を駆使し、①酸化物セラミックスにおいて硬質層と軟質層をサブミクロンの層間距離で積層させ、これを高度に配向させたミルフィーユ構造を創製すること、②ミルフィーユ構造においてキンクを導入し塑性変形能または破壊靱性を向上せしめることを目的とし、さらに③セラミックスにおけるキンク形成後の強度上昇、すなわちキンク強化を目指す。
セラミックスの通電支援焼結法とその関連技術を利用した、酸化物セラミックス複合材料における異方性配向組織の創製技術の確立を図った。その結果、材料の組成制御と合わせた、通電焼結技術および応力印加による効率的な物質輸送促進により、共晶組織を材料の融点よりも500℃以上低温でも実現することを見出した。例えばAl2O3-Gd2O3二元系という、昨年度よりもよりシンプルな系でも、層間距離170nm程度と微細な二相配向組織を形成することができ、炉温の加熱も1400Cで十分であった。通常の高温溶融から冷却する場合には1850Cからの冷却が必要で、材料が破壊しないような冷却速度を採った場合層間距離は500-600nm程度である。通電支援焼結がこうした微細組織の形成に非常に有利であることが明らかとなった。さらに、A02公募班・増田紘士博士との共同研究により、製造した異方性配向組織をFIBを用いてナノピラーに加工し、ナノインデンターを利用して、配向組織に対して様々な方向から圧縮機械試験を行った。その結果、殆どの試料は通常のセラミックスと同様、脆性的な変形挙動を示した。その変形および破壊挙動は、硬質相の転位すべり系を基に理解することが可能であった、一方、ある特定の方位では、降伏挙動（ストレインバースト）を示しつつ変形が進行し、変形応力が増加する加工硬化を示唆する挙動が認められた。また、変形後の試料形状にも通常の脆性破壊した試料とは異なる特徴が認められ、極めて興味深い力学応答を示すことが示唆された。この変形挙動は従来の構造セラミックスではほとんど報告例は無いと思われ、変形のメカニズム、また変形後の材料の機械特性に興味が持たれる。今後、ミルフィーユ構造を有する構造セラミックスの特異な変形挙動、また変形後の詳細な微細組織観察を行うことで、ミルフィーユ材料科学の構築に貢献できると期待される。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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