2020 Fiscal Year Research-status Report
チタン接合界面における反応相とボイドの生成を抑止する焼結接合
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19K05043
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| Research Institution | Nagaoka National College of Technology |
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Principal Investigator |
青柳 成俊 長岡工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70231785)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸化処理 / 元素拡散 / 反応相 / 界面 / 組織 / 強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
接合材に脆弱な界面反応相を形成させることなく、かつ強固な界面強度を実現する生体医療材料用チタン/酸化物セラミックスの焼結接合プロセスを開発した。特に焼結前のチタン基材表面への酸化処理が、接合界面でのボイド抑制と反応相生成に及ぼす影響を明らかにした。酸化処理は界面強度の劣化を抑止制御する。昨年度は純Ti/TiO2と純Ti/ZrO2の焼結接合材を評価し、後者の接合材はレーザー照射の酸化処理でボイドの生成を抑止できることが分かった。この原因をさらに追究するため、本年度は純チタン表面を酸素雰囲気中で加熱しながら酸化させ、その後にジルコニア粉末を焼結接合した。これは、純チタン表面に酸素を固溶させつつ酸化チタン膜を形成させて，ジルコニア粉末を焼結することを意図した。その組織と界面強度を調べた結果、900℃あるいは1000℃でチタン表面を酸化処理すれば界面反応の抑制が可能であることが分かった。900℃および1000℃の酸化処理は、チタン表面を完全な酸化チタンにした。チタン表面を酸化処理しない焼結接合材は、界面に厚さ8.3μm程度の反応相が認められ、800℃および900℃の酸化処理材では各々約11.7μm、2.5μm厚さの反応相が生じた。一方、1000℃の酸化処理材では反応相はほぼ生じないことが分かった。以上のことから、900℃あるいは1000℃でチタン表面を酸化処理すれば反応を抑制することが可能で、界面特性を向上できることを明らかにした。酸化チタンの存在がジルコニアとの反応を抑制したと考えられた。今後さらに詳細な組織分析を行う必要がある。
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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
研究実績の概要で記載した研究成果を、日本金属学会、日本材料学会で発表しており、成果とその学術公表においてはおおむね順調に進展している。
学会での研究発表の結果、2020年12月には日本金属学会日本鉄鋼協会主催の支部連合講演大会において優秀講演賞として表彰された。また2021年3月には日本材料学会生体医療部門委員会の研究発表でも優秀講演発表賞として表彰された。
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| Strategy for Future Research Activity |
純チタンとジルコニアの接合界面における元素拡散挙動を電子顕微鏡等で詳細に分析する。具体的には、チタン/酸化チタン/ジルコニアの複層から構成される各界面の原子レベル組織の観察と解析、チタン中の酸素の固溶状態、ジルコニア側の酸素欠損状況を調べる。元素の拡散を抑止している原因を原子レベルの挙動から解明する。純チタン中の酸素がジルコニアとの元素拡散抑止に及ぼす効果を解明し、チタン合金接合体への知見としたい。
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Research Products
(2 results)
