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2010 Fiscal Year Annual Research Report

セキュアマテリアルを目指すセラミックス構造設計

Research Project

Project/Area Number 20360326
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

若井 史博  東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (30293062)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 赤津 隆  東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (40231807)
篠田 豊  東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教 (30323843)
Keywords焼結 / セラミックス / 緻密化 / 焼結応力 / 異方性 / 収縮速度
Research Abstract

一軸プレス、射出成形、ドクターブレード法などによって粒子を配向させたアルミナなどの多孔体の焼結において、異方的な収縮の支配要因となる巨視的粘性係数を微視的な局所構造と粒界すべりなど微視的な機構をもとに推定する手法を開発した。焼結における巨視的な収縮は焼結応力テンソルと粘性係数テンソルの関数として表された。粘性係数テンソルは相対密度とともに増加し、粒界エネルギーと表面エネルギーの比とともに減少した。粘性係数の偏差成分は体積要素の辺の長さのアスペクト比の対数に比例して増加した。異方的な収縮は、焼結応力テンソルよりも、粘性係数テンソルの異方性に強く支配された。異方的な収縮は、異方的な微構造がより等方的となる方向に起こった。これらの3次元の数値計算結果は2次元の厳密な理論解析の結果とよく一致した。
拘束焼結や共焼結など収縮速度の異なる材料を焼結する場合、内部に応力が発生し、「そり」やねじれ、場合によっては剥離が起こる。内部応力を予測するためには粘性ボアソン比を決定することが必要である。等方的な構造をもつ多孔体の粘性ボアソン比に及ぼす粒界すべりの微視的な粘性係数の影響を明らかにした。粒界すべりの微視的な粘性係数は定数ではなく、焼結中の微構造形成につれて変化した。ある相対密度における粘性ボアソン比は局所構造ならびに粒界エネルギーと表面エネルギーの比によっても変化した。実験的に計測された異方的収縮を、微視的な局所構造から理論的に予測できることを明らかにした。

  • Research Products

    (9 results)

All 2011 2010

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Effect of grain boundary sliding on shear viscosity and viscous Poisson's ratio in macroscopic shrinkage during sintering2011

    • Author(s)
      F.Wakai, Z.S.Nikolic
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 59 Pages: 774-784

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anisotropic viscosities and shrinkage rates in sintering of particles arranged in a simple orthorhombic structure2010

    • Author(s)
      F.Wakai, T.Akatsu
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 58 Pages: 1921-1929

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Computer study of liquid phase sintering - Three-dimensional rearrangement2010

    • Author(s)
      Z.S.Nikolic, F.Wakai
    • Organizer
      3^<rd> International Congress on Ceramics
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      2010-11-16
  • [Presentation] Mechanical Principles of Sintering in Micro- and Macro Scale2010

    • Author(s)
      F.Wakai
    • Organizer
      3^<rd> International Congress on Ceramics
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      2010-11-15
  • [Presentation] 膜-基板拘束焼結/同時焼成における異方的収縮の構成方程式2010

    • Author(s)
      若井史博
    • Organizer
      第1回セラミックスエンジニアリング ワークショップ
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2010-11-14
  • [Presentation] Macroscopic Shrinkage Predicted from Local Structures and Microscopic Dynamics in Sintering2010

    • Author(s)
      F.Wakai
    • Organizer
      Materials Science & Technology 2010 Conference
    • Place of Presentation
      Houston, Texas, U.S.A.
    • Year and Date
      2010-10-18
  • [Presentation] Effect of Anisotropic Local Structure on Sintering Stress Tensor and Viscosities for Macroscopic Shrinkage in Sintering2010

    • Author(s)
      F.Wakai, Y.Shinoda, T.Akatsu
    • Organizer
      12^<th> International Ceramics Congress
    • Place of Presentation
      Montecatini Terme, Italy
    • Year and Date
      2010-06-07
  • [Presentation] Interpretation of superplastic flow of non-oxides in terms of threshold stress2010

    • Author(s)
      F.Wakai
    • Organizer
      3^<rd> International Symposium on Sialons and Non-Oxides
    • Place of Presentation
      Cappadocia, Turkey
    • Year and Date
      2010-06-02
  • [Book] セラミックス機能化ハンドブック2011

    • Author(s)
      若井史博(分担)
    • Total Pages
      593
    • Publisher
      NTS

URL: 

Published: 2012-07-19  

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