2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of biocompatible functionally graded materials considering creation of bimaterials-interphase in spark plasma sintering
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15H03891
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
東郷 敬一郎 静岡大学, 法人本部, 理事 (10155492)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島村 佳伸 静岡大学, 工学部, 教授 (80272673)
藤井 朋之 静岡大学, 工学部, 准教授 (30377840)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 生体適合傾斜機能材料 / 放電プラズマ焼結 / 異材界面相 / 材料試験 / 材料設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．放電プラズマ焼結（SPS）における粉末焼結過程の推定 SPSより得られる加圧パンチの変位、電流、電圧、グラファイト・ダイの温度計測の結果をインプットデータとして、有限要素法によるSPS装置全体の電流解析・伝熱解析を行い、焼結中の粉末試料の諸量の推定を行った。解析結果より、粉末試料の温度はダイの温度とほぼ一致し、粉末のジュール発熱よりもダイからの熱伝導が支配的であることが明らかとなった。ただ、粉末間のプラズマ発生などの影響は考慮していない。
２．アルミナAl2O3とチタン純Tiによる界面相形成機構の解明 Al2O3と純Tiからなる小型二相界面焼結試験片を作成し、焼結状態の走査電子顕微鏡観察、界面相の電子線マイクロアナライザーによる元素分析、X線回折法による反応生成物の分析を行い、AlがTi相に拡散し界面相にAlTi、Ti2Oを形成していることが明らかになった。また、界面相の曲げ強度は約20MPaで脆性的に破壊した。
３．アルミナAl2O3とチタン純Tiからなる複合材料及び傾斜機能材料の作製と評価 Al2O3と純Tiを用いて体積割合の異なる複合材料および傾斜機能材料を作製し、機械的特性の評価を行った。複合材料の曲げ強度はTi体積率の増加とともに減少し、脆性的に破壊した。また、傾斜機能材料のAl2O3表面からのき裂進展に対する破壊靭性試験では、き裂は傾斜層を脆性的に進展し、Ti基材で安定成長した。
なお、２．、３．に対して純Tiの代わりに水素化Tiを用いた材料作製、評価も行ったが、焼結性、脆化は改善されなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度は、主として部分安定化ジルコニアPSZと純Tiの組合せに対して、焼結性、界面強度、複合材料、FGMの強度評価を行ったが、平成28年度はアルミナAl2O3と純Tiの組合せについて検討を行った。PSZとTiおよびAl2O3とTiの組合せに対して焼結可能でFGMを作製することができた。ただ、Tiの代わりにステンレス鋼SUS316Lを用いた場合はPSZやAl2O3の焼結条件ではSUS316Lが溶融し、FGMを作製できなかった。TiとSUS316Lとの組合せについては、平成29年度に明らかにしたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
部分安定化ジルコニアPSZ、アルミナAl2O3、純チタンTi、ステンレス鋼SUS316Lの組合せによる複合材料、傾斜機能材料の焼結性、機械的特性に関する実験結果および界面相を考慮した三相複合材料の力学モデルによる考察に基づき、傾斜機能材料の強度特性に及ぼす材料組合せ、形成される界面相、破壊形態の影響、さらには放電プラズマ焼結法による傾斜機能材料の創生指針を明らかにしたい。
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