2015 Fiscal Year Research-status Report
酸化物セラミックスに対する通電効果の発現機構解明と応用に向けた基礎研究
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15K06515
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森田 孝治 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (20354186)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 酸化物 / 焼結 / 高温変形 / 通電効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、セラミックスの高温現象（特に、変形、焼結や粒成長など）を対象に、第３の要素技術として現在注目されている通電効果を活用したセラミックスの次世代創製技術の構築を目的に実施するものである。具体的には、(1)高温現象に対する通電効果の発現機構を解明し、最終的には取得知見に基づき(2)通電効果を有効活用した新規通電創製プロセスへの応用を見据えた要素技術の構築を目指し、3年間での研究実施を計画している。
まず初年度は、通電効果の発現機構の解明に不可欠な評価装置の環境整備を第一の目的に実施した。セラミックスの高温変形に対する通電効果を高精度かつ広範囲に評価するための評価装置として、本研究では一般的に使用される既存の高温試験装置を採用することとし、これに別途整備した電流・電圧発生ユニットを装着し、通電プロセスを再現するテーラーメイドの評価装置の整備を行った。評価装置は、広範囲での評価を目的に、圧縮・引張試験が実施可能な２種類の高温試験機を個々に準備し、整備を行った。更に、精緻な変形機構の解明を実施する上では、サンプル温度を厳密に実測・制御することが不可欠である。しかし、試験中には通電によるサンプルの温度の上昇が懸念されることから、熱電対を用いてサンプル温度を実測・制御して、温度変化の影響を考慮した実験を行った。しかし、継続して試験するためには、高温でも安定して通電を維持できる電極の確立、特に圧縮においては、問題になることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本目的「(1)高温現象に対する通電効果の発現機構を解明」を実施するためには、高温試験中でも安定して通電を維持できる電極システムの確立が問題になることが分かった。今回は、サンプルに通電させるための電極として、白金プレート、白金ペースト、白金コーティング等を用いたが、応力付加条件下で電極は破損あるいは剥離し、通電が維持できなくなるためである。今後は、早急に電極システム、形状の工夫に加え、試験治具にも、導電特性を持つものなど、様々な可能性を調査し、最適通電試験システムを構築させ、試験実施を加速させる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、初年度に確認した通電試験法、特に電極の問題の解決を図り、モデル材を用いた高温変形に対する通電効果の検証を実施することを目的とする。
材料の変形は、その組織に依存し、単結晶、粗粒組織および細粒組織で変化する。次年度ではこの特徴を利用して、それぞれ塑性（転位）変形、拡散クリープおよび粒界すべりが支配的な高温変形機構となる「単結晶、粗粒および細粒組織を有するバルク材」についてモデル試験を実施する。種々の条件（温度、荷重、通電）下における高温変形挙動の相違を圧縮・および引張試験で精査し、個々の素過程および律速機構に対する通電効果の影響を総合的に検証する。本課題の実施に向けたモデル材としては、高温変形および物性に対し多くの蓄積データが存在する酸化物セラミックス、アルミナ(Al2O3)および正方晶と立方晶系ジルコニア (3Yと8Y-ZrO2) を用いる。材料の結晶構造・異方性、電気・イオン伝導性および拡散・変形の律速過程 (陽or 陰イオン律速) の相違は、焼結や変形機構の支配因子である転位活動や拡散機構に対する通電効果にも影響を及ぼすことが予想される。また、拡散の基礎データの取得を図るため、静的・動的粒成長挙動に対する通電効果についても同時並行で検証を行い、静的な拡散現象に対する通電効果の影響についても精査・検討する。最終的に、動的高温挙動と静的高温挙動によって得られた知見を統合して、セラミックスの高温現象に対する通電効果を検証する。また、検証結果に基づき、翌年度に予定する、通電下でのセラミックスの高温現象に対するドーパント効果の検証に向け、ドーパントの選択を行い、研究の当初目的を達成するため、研究の加速を目指す。
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| Causes of Carryover |
年度末の3月に国際会議に出席し、成果発表を行ったが、プログラムや参加費等が会議開催直前まで確定されなかった為、会議出張費および参加費を確定することができなかった。そのため、多少余裕を持った会計処理が必要になり、別紙の通り残額が発生する結果となり、次年度使用額が生じる結果となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
別紙の通り次年度使用額は少額なため、大きな計画変更は考えていない。研究の進捗が多少遅れていることもあり、研究推進に向け、研究実施に必要なサンプルおよび消耗品費に充てる計画である。
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