Development of novel reactive-templated grain growth method using self-orientation

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05658
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: 荒川 修一 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (90278391)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 反応性テンプレート粒成長法 / 結晶配向 / アパタイト型ランタンシリケート

Outline of Annual Research Achievements

反応性テンプレート粒成長法（Reactive-Templated Grain Growth，以下，RTGG法）は，テンプレート粒子を種結晶としたトポタクティック固相反応を用いるセラミックスの優れた結晶配向化手法の1つである．一方で，テンプレート粒子と目的物質の間の良好な格子整合性を前提としているため，適用できる物質が限られる．本研究は，この短所を克服するため，アパタイト型ランタンシリケート（以下，LSO）をモデル物質として，自己配向現象を適用した新しいRTGG法を開拓することを目的としている．今年度も引き続き，主として，LSO結晶のc軸高配向化を実現する諸因子の検討を実施した．具体的には，反応性テンプレートを石英ガラス基板，組成補完粒子を基板上に化学溶液法で成膜したランタン含有酸化物薄膜に見立て，それらの熱処理で生じるLSO結晶のc軸配向性について，基礎的検討を行った．組成補完粒子に相当するランタン含有薄膜としては，c軸配向性の出現に一定の不安定性を有するランタン酸化物に加え，新たにLa/Si=2組成の酸化物も検討した．La源およびSi源となる原料や溶媒の選択，溶液濃度および混合時間などの前駆体調整条件の最適化を行った．その結果，La/Si=2組成の酸化物薄膜から得られるLSO薄膜では，ランタン酸化物からのものと比較して，安定的に良好なc軸配向性が出現することが明らかになった．この結果は，バルクへの展開において，La/Si=2組成の酸化物を組成補完粒子とすることの有効性を示唆する．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初の計画では，薄膜での基礎的検討の結果を基にしてバルクへの展開を実施し，研究を終了する予定であった．しかし，La酸化物から形成されるLSO薄膜のc軸配向性の出現に一定の不安定性が存在することが明らかになり，再検討が必要になった．さらに，機器の修理用交換部品の納品が進まないなど，新型コロナ感染症流行の影響も受け，バルクへの展開に至らなかった．

Strategy for Future Research Activity

c軸完全配向を得る調製条件を明らかにするところまでは達成できていないが，一定程度のc軸配向が得られる条件はわかったため，基礎的検討を補完しながら，バルクへの展開を実施していく．

Causes of Carryover

現在までの達成度の項目で述べたように，主として，実験上の問題と新型コロナ感染症対応のために進捗が遅れた．特に，詳細な結晶配向性評価のための極点測定など，依頼分析が予定通りに進められなかったこと，およびバルクへの展開に着手できなかったことが直接的な理由である．また，研究成果発表のための旅費が発生しなかったことも理由の1つである．延長期間を利用し，当初計画に基づいて，発生した次年度使用額を全額消費する．