1991 Fiscal Year Annual Research Report
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03555157
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
新原 晧一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (40005939)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 博 三菱鉱業セメント(株), 中央研究所, 副部長
関野 徹 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (20226658)
中平 敦 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (90172387)
田中 功 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (70183861)
上田 智 大阪大学, 産業科学研究所, 講師 (20029870)
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| Keywords | 高温強靭性セラミックス / ナノコンポジット / ナノ複合化プロセス / 超強度セラミックス / ナノ粒子分散強化 / ナノ構造制御 / セラミックス系ナノ複合材料 / 高強度セラミックス |
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| Research Abstract |
各種の方法でセラミック系ナノ複合体を作製し、ナノ構造と各種機械的特性との相関、ナノ分散した粒子の役割りを明確にし、高温強靭性ナノ複合セラミックスの開発に成功した。主な成果は以下の通りである。
1)ホットプレス法、常圧焼結法を駆使してAl_2O_3/SiC、Al_2O_3/Si_3N_4、MgO/SiC、Si_3N_4/SiC、ムライト/SiCナノ複合材料の作製に成功した。
2)以上のナノ複合材料のミクロ・ナノ構造の電子顕微鏡観察の結果、マトリックスの結晶粒内に取り込まれるナノ粒子のサイズは約50〜100nmであることが判明した。また、ナノ粒子とマトリックスとの界面には、焼結助剤を使用した場合でも不純物は存在せず、両相は原子レベルで直接結合していることが明らかになった。更に、焼結プロセスを電子顕微鏡を駆使して調べ、ナノ複合化の機構を明らかにした。
4)何れのナノ複合系でも、当初の予想どうり、5〜10Vol%のナノ粒子の分散で、強度が2.5倍〜5倍も向上することが明らかになった。
5)ナノ複合化で、強度等のバラツキが異常に少なくなり、強度向上のみでなく、信頼性が2倍以上も改善可能であることが分かった。これはマトリックスの粒内に転位の集積した亜粒界が生成する為であることが判明した。なお、強度の向上もこの亜粒界の生成と関係している。
6)ナノ複合化で、高温高負荷下での最高使用温度を、Al_2O_3系では約400℃、ムライト系では約200℃、MgO系では約700〜800℃、Si_3N_4系では約300℃も改善可能であることが判明した。
7)酸化物系ナノ複合系の場合は、ナノ複合化により水中に急冷した時の熱衝撃破壊抵抗が200〜400℃も向上することが判明した。
8)Si_3N_4にSiCを30%以上ナノ複合化させると、Si_3N_4に金属のような超塑性変形能を付与することが、また、粒界ナノ複合化技術により金属のような快削性の付与が可能であることが判明した。
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[Publications] 新原 晧一: "Si_3N_4-SiCナノ複合体の耐酸化性" 粉体及び粉末冶金、. 38. 357-360 (1991)
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[Publications] K.Niihara: "New Design Concept of Structural Ceramics-Nanocomposites-" J.Ceram.Soc.Japan. 99. 974-982 (1991)
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[Publications] K.Niihara: "High Temperature Creep of Sic/MgO Nanocomposite" Proc.1st Int.Symp.Sci.of Eng.Ceram.,. 431-436 (1991)
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[Publications] K.Niirara: "Ceramic Composites with Hybrid Matrix via Polymer Pyrolysis" Proc.1st Int.Symp.Sci.of Eng.Ceram.387-391 (1991)
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[Publications] K.Niihara: "Superplasticity of Si_3N_4/SiC Composites" Proc.1st Int.Symp.Sci.of Eng.Ceram.437-442 (1991)
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[Publications] K.Niihara: "Particulate Strengthed Oxide Ceramics-Nanocomposites-" Advanced Structural Inorganic Composites. 637-643 (1991)
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[Publications] 新原 晧一: "セラミックス強化複合セラミックス" (株)産業技術サ-ビスセンタ-, 402
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[Publications] K.Niihara: "First International Symposium on Science of Engineering Ceramics" The Ceramic Society of Japan, 615
