2016 Fiscal Year Annual Research Report
Preparation of Novel Silicon Nitride Ceramics Using Non-oxide Sintering Agents and Their Applications for Structural/Functional Materials
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16H04228
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
橋田 俊之 東北大学, 工学研究科, 教授 (40180814)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 剛 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30436159)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 材料設計 / プロセス / 物性 / 評価 / セラミックス / 焼結助剤 / 高温特性 / トライボロジー特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究（１）非酸化物系焼結助剤の物質探索と焼結性能評価：非酸化物焼結助剤開発を目的として，まず物質調査に基づく候補化合物の選定を行った．考案した物質調査の方法は，LnN, SiC, ならびにSi3N4の出発化合物の反応生成物に関する化学量論的考察に基づき，非酸化物焼結助剤のみの焼結実験を行うことにより最適材料を選択するものである．ここで，LnはYおよびScを表記している．まず，化学量論的組成を満足するように秤量したLnN, SiC, ならびにSi3N4の混合物を，アルゴンガス雰囲気において，1900℃までの温度域で焼結実験を行った．多くの混合物で1800℃を超えた温度域で反応ガスの生成したことに基づき， 1750℃を焼結温度とする実験を行った．X線解析により所定の化合物が形成されており，かつ未反応物は微量であること，ならびに粒径は100μm以下に調整できることを示している．
研究（２）酸素欠陥フリーのSi3N4系セラミックスの作製法開発と合成パラメータの影響解明：焼結助剤Y2Si4N6CとSi3N4の混合粉末を用いてSi3N4系セラミックスの焼結実験を放電プラズマ（SPS）焼結法を用いて，温度1500℃から1750℃の範囲，圧力200MPaの条件で行った．焼結助剤の添加量は10mol%とした．相対密度98.5%以上の緻密体を作製することに成功した．曲げ試験法により評価した室温における曲げ強度ならびに破壊靭性値は，それぞれ約1000MPaならびに10MPam1/2であった．
研究（３）試作したSi3N4系セラミックスの基礎特性評価：高温破壊特性評価試験法の整備を目的として，アルミナ製負荷治具の作製ならび変位計測治具の改良を行った．次年度以降，系統的な焼結実験とともに高温特性評価を展開する．
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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
系統的な物質探査を実施することにより，非酸化物焼結助剤としていくつかの物質を既に合成することに成功し，X線等の特性評価試験により目的としている物質合成が達成されていることを確認している．この成功は，当該分野における世界の研究に先んじた成果である．また，非酸化物焼結助剤を用いてSi3N4系セラミックスの焼結にも成功し，予備的な機械的特性評価試験により良好な強度ならびに破壊靭性特性を有することを示している．これらの成果は極めて重要な成果であり，セラミックス系材料開発においてインパクトを与える成果であると言える．焼結助剤作製，Si3N4系セラミックスの焼結体作製ならびにそれらの特性評価試験実施のいずれにおいても計画を達成できており，研究は順調に進展しているものと判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度でカバーした非酸化物焼結助剤に対してより広範な種類について合成実験ならびにSi3N4セラミックスの焼結を系統的に実施する予定である．また，焼結材の機械的特性評価を本格化させ，特に高温特性評価に重点を置く．研究推進において，特に問題点はない．
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