2021 Fiscal Year Annual Research Report
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19K14868
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
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Principal Investigator |
大久保 智 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部物理応用技術部機械技術グループ, 副主任研究員 (30757349)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | フラッシュ焼結 / Additive Manufacturing |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では局所的なフラッシュ焼結法を応用したバインダーレスのパウダーベッド方式（PBF）セラミックスAdditive Manufacturing （AM）の開発を行った．リング状電極と針電極を組み合わせた電極機構において，FEM解析から針電極の先端から1mmの範囲内で1000V/cm以上に到達することが予測された．これは従来のフラッシュ焼結条件と比べて十分に高い電界強度である．この実験環境を構築し，3%イットリア添加安定化ジルコニア粉末（3YSZ）を1－10mmの厚さに積層し，温度700－1000℃の大気雰囲気下にて局所フラッシュ焼結実験を行った．しかし，リング電極と針電極の電極機構ではフラッシュ焼結は発現しなかった．これは電場が焼結の活性化エネルギーを下げる効果よりも，通電による抵抗加熱の効果が大きいことに起因する．そこで，リング電極を板電極に変え，同様の実験を行った．圧粉した積層厚さ10－3mmの粉末層において局所フラッシュ焼結が生じ，緻密な焼結体を得ることに成功した．一方，圧粉しなった無加圧の粉末層では，フラッシュ焼結が生じなかった．これは加圧により嵩密度が増加することで，十分な導電パスが得られることを示唆している．また，積層厚さ1mmの粉末層では電極間で大気放電が生じ，電極も溶融したため，継続してフラッシュ焼結を進行させることができなかった．さらに，10%イットリア添加安定化ジルコニア粉末においても同様の実験を行ったが，3YSZと同様の結果となった．PBF方式のAMでは少なくとも1mm以下の積層厚さで焼結可能にならなければ実用性は低いため，局所フラッシュ焼結法の応用は困難と考えられる．
本研究では，従来，圧粉成形体を試料としていたフラッシュ焼結において，加圧した粉末層でもフラッシュ焼結が可能であることを見出した．しかし，フラッシュ焼結法のAMへの適用には課題が残った．
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