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Investigation of Kink Strengthening Mechanism of Textured MAX Phase Ceramics

Publicly Offered Research

Project AreaMaterials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle-
Project/Area Number 21H00087
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

池田 賢一  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20335996)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywordsキンク強化 / キンク変形 / MAX相セラミックス / 配向制御 / 高温変形 / MAX相 / ポーラス
Outline of Research at the Start

ミルフィーユ構造を有するMAX相セラミックスは、Mn+1AXnの化学式で示される三元層状炭化物もしくは窒化物である。研究代表者は、磁場中スリップキャストと放電プラズマ焼結を用いてTi3SiC2配向焼結体を作製し、力学特性の配向方位依存性を評価してきた。近年の計算科学による研究より、ポーラス焼結体がキンク強化機構の解明ならびにキンク強化型焼結体の創製に繋がると考えた。そこで本研究では、MAX相セラミックスを研究対象として、配向ポーラスおよび緻密焼結体を用いて種々の温度におけるキンク強化機構を解明するとともに、キンク強化型層状ミルフィーユ材料創製のための設計指針を提案することを目指している。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、MAX相セラミックスを研究対象として、配向焼結体を用いて種々の温度における力学特性およびキンク強化機構を解明することを目的として研究を実施した。今年度の成果の概要を示す。
(1)配向Ti3SiC2焼結体のキンク強化に及ぼす諸因子の影響
これまでに確立した手法を用いて配向Ti3SiC2焼結体を作製し、キンクが発生しやすい方向からの一軸圧縮によりキンク帯を試験片内に導入した後、底面すべりが活動しやすい方向となるように圧縮試験片を作製した。焼結体の気孔率ならびに一次圧縮率を変化させることで、高温圧縮挙動に及ぼすこれらの因子の影響について検討した。その結果、0.2%耐力は気孔率と線形関係を有することがわかった。一方、一次圧縮率を変化させたところ、高温圧縮変形において加工硬化挙動に違いが生じることがわかった。ただし、一次圧縮率が高いほど加工硬化指数が大きくなるわけではなく、内部に導入されるキンク帯の性格によって変化することが示唆された。
(2)配向Ti2AlC焼結体の力学特性に及ぼす配向方位の影響
配向Ti2AlC焼結体を用いて、圧入方向と配向方位を変化させた試験片を作製し、ビッカース硬さの違いや圧痕形状の違いを評価した。その結果、荷重軸とc軸のなす角度が大きくなるほど圧痕形状に異方性が生じることがわかった。圧痕近傍を観察したところ、なす角度が0°では圧痕先端から4方向に等方的に亀裂が進展するが、45°では底面トレースと垂直方向の片側に、90°は両側にpile-upが確認され、亀裂進展が抑制されることが明らかになった。Pile-upの領域を詳細に観察したところ、キンク変形時に形成される座屈構造と層間剥離が確認された。Ti3SiC2配向焼結体での研究においても同様の傾向が生じていることから、MAX相セラミックスでは破壊靭性の向上にキンク変形が大いに影響を及ぼすことが示された。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Orientation Dependence of Plastic Deformation Behavior and Fracture Energy Absorption Mechanism around Vickers Indentation of Textured Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> Sintered Body2023

    • Author(s)
      Yuji Shirakami, Ken-ichi Ikeda, Seiji Miura, Koji Morita, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 64 Issue: 3 Pages: 650-656

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-Y2022006

    • NAID

      130007939844

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2023-03-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Kink Deformation and The Possibility of Kink Strengthening in Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> MAX Phase Ceramics2022

    • Author(s)
      池田賢一
    • Journal Title

      Materia Japan

      Volume: 61 Issue: 9 Pages: 572-575

    • DOI

      10.2320/materia.61.572

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • Year and Date
      2022-09-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of Textured Porous Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> by Slip Casting under High Magnetic Field and Microstructural Evolution through High Temperature Deformation2022

    • Author(s)
      Hashimoto Nana、Ikeda Ken-ichi、Miura Seiji、Morita Koji、Suzuki Tohru S.、Sakka Yoshio
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 63 Issue: 2 Pages: 133-140

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2021207

    • NAID

      130008144039

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2022-02-01
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Kink Formation through Creep Deformation and Possibility of Kink Strengthening in Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub>-MAX Phase2021

    • Author(s)
      Matsui Daiki、Morita Koji、Terada Daisuke、Ikeda Ken-ichi、Miura Seiji
    • Journal Title

      Journal of the Japan Institute of Metals and Materials

      Volume: 85 Issue: 12 Pages: 439-448

    • DOI

      10.2320/jinstmet.J2021031

    • NAID

      130008120194

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • Year and Date
      2021-12-01
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of Textured Porous Ti<sub>3</sub>SiC<sub>2</sub> by Slip Casting under High Magnetic Field and Microstructural Evolution through High Temperature Deformation2021

    • Author(s)
      Hashimoto Nana、Ikeda Ken-ichi、Miura Seiji、Morita Koji、Suzuki Tohru S.、Sakka Yoshio
    • Journal Title

      Journal of the Japan Institute of Metals and Materials

      Volume: 85 Issue: 7 Pages: 256-263

    • DOI

      10.2320/jinstmet.J2021001

    • NAID

      130008056613

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • Year and Date
      2021-07-01
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Ti3SiC2-MAX相セラミックスの力学特性に及ぼす気孔率とキンク導入量の影響2023

    • Author(s)
      清英一、池田賢一、三浦誠司、森田孝治、鈴木達、目義雄
    • Organizer
      日本金属学会2023年春期(第172回)講演大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁場配向されたTi2AlC-MAX相セラミックスの室温変形と酸化挙動の異方性の評価2023

    • Author(s)
      村岡丈太朗、池田賢一、三浦誠司、森田孝治、鈴木達、目義雄
    • Organizer
      日本金属学会2023年春期(第172回)講演大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-Al-C 系 MAX 相の磁場配向法の確立と異方性の評価2022

    • Author(s)
      村岡丈太朗、池田賢一、三浦誠司、森田孝治、鈴木達
    • Organizer
      2022年度日本鉄鋼協会・日本金属学会両北海道支部合同サマーセッション
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-Al-C系とTi-Si-C系 MAX相セラミックスの磁場による配向組織制御とその力学特性2022

    • Author(s)
      村岡丈太朗、池田賢一、三浦誠司、森田孝治、鈴木達、目義雄
    • Organizer
      日本金属学会 2022年度高温材料の変形と破壊研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ミルフィーユ構造を有する MAX 相セラミックスの キンク変形の特徴とキンク強化について2022

    • Author(s)
      池田賢一、橋本菜々、白紙悠之、三浦誠司、森田孝治、鈴木達、目義雄
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ナノインデンテーション法によるTi3SiC2MAX相セラミックス中のキンク境界近傍の機械特性評価2022

    • Author(s)
      森田孝治、松井大輝、寺田大将、池田賢一、三浦誠司、大村孝仁
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] MAX相セラミックスの変形組織の評価2022

    • Author(s)
      池田賢一、橋本菜々、白紙悠之、三浦誠司、森田孝治、鈴木達、目義雄
    • Organizer
      東北大学金属材料研究所 大洗・アルファ合同研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 強磁場印加による配向ポーラスTi3SiC2-MAX相セラミックスの作製とその変形組織2022

    • Author(s)
      池田賢一、橋本菜々、三浦誠司、森田孝治、鈴木達、目義雄
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会2022年度秋季大会(第130回講演大会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti2AlC-MAX相セラミックスの強磁場印加による配向制御とその特性の結晶方位依存性2022

    • Author(s)
      村岡丈太朗、池田賢一、三浦誠司、森田孝治、鈴木達、目義雄
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会2022年度秋季大会(第130回講演大会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti3SiC2-MAX相セラミックスにおけるキンク境界の形成とその機械特性評価2022

    • Author(s)
      森田孝治、松井大輝、寺田大将、池田賢一、三浦誠司
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会2022年度秋季大会(第130回講演大会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of Kink Boundaries on High Temperature Deformation Behavior of Textured Ti3SiC2 MAX Phase Sintered Body2022

    • Author(s)
      Ken-ichi Ikeda, Nana Hashimoto, Yuji Shirakami, Seiji Miura, Koji Morita, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order and Mille-feuille Structure (LPSO/MFS2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Nanoindentation Examination of Kink Boundary Hardness in Ti3SiC2 MAX Phase2022

    • Author(s)
      Koji Morita, Daiki Matsui, Daisuke Terada, Ken-ichi Ikeda, Seiji Miura, Takahito Ohmura
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order and Mille-feuille Structure (LPSO/MFS2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Orientation dependence of various properties of textured MAX phase ceramics fabricated by slip casting under strong magnetic field2022

    • Author(s)
      Jotaro Muraoka, Ken-ichi Ikeda, Seiji Miura, Koji Morita, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Long-Period Stacking/Order and Mille-feuille Structure (LPSO/MFS2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] The Effects of RE-RE Elements on the Phase Stability and Mechanical Properties of LPSO Phase in Mg-TM-RE-RE Quaternary Alloys2021

    • Author(s)
      K. Ikeda, S. Miura, F. Miyakawa, S. Takizawa, T. Horiuchi, S. Minamoto, T. Itoi
    • Organizer
      The 12th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications (Mg 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ti3SiC2MAX相セラミックス焼結体の力学特性とキンク強化・強靱化の可能性について2021

    • Author(s)
      池田賢一, 橋本菜々, 白紙悠之, 三浦誠司, 森田孝治, 鈴木達, 目義雄
    • Organizer
      日本金属学会2021年秋期(第169回)講演大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Ti3SiC2-MAX相におけるキンク境界のナノインデンテーション挙動への影響2021

    • Author(s)
      松井大輝, 森田孝治, 寺田大将, 池田賢一, 三浦誠司
    • Organizer
      日本金属学会2021年秋期(第169回)講演大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti3SiC2MAX相セラミックスにおける高温キンク強化の検討2021

    • Author(s)
      橋本菜々, 池田賢一, 三浦誠司, 森田孝治, 鈴木達, 目義雄
    • Organizer
      日本金属学会2021年秋期(第169回)講演大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] MAX相セラミックスTi3SiC2配向焼結体の力学特性に及ぼす配向方位の影響2021

    • Author(s)
      池田賢一, 橋本菜々, 白紙悠之, 三浦誠司, 森田孝治, 鈴木達, 目義雄
    • Organizer
      日本金属学会第4回金属・無機・有機材料の結晶方位解析と応用技術研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 配向制御したMAX相セラミックス焼結体の力学特性2021

    • Author(s)
      池田賢一
    • Organizer
      日本金属学会 2021年度高温材料の変形と破壊研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノインデンテーション法を用いたTi3SiC2MAX相セラミックスにおけるキンク強化の検証2021

    • Author(s)
      松井大輝, 森田孝治, 寺田大将, 池田賢一, 三浦誠司
    • Organizer
      日本金属学会 微小領域の力学特性評価とマルチスケールモデリング第三回研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2023-12-25  

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