酸化物の粒界共偏析と不定比性の制御による低温・高速超塑性セラミックスの創製

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360328
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 平賀 啓二郎 National Institute for Materials Science, ナノセラミックスセンター, グループリーダー (80354190)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金 炳男 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, 主席研究員 (50254149) ; 森田 孝治 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, 主幹研究員 (20354186) ; 吉田 英弘 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, 主幹研究員 (80313021)
• Keywords: 高速超塑性 / 微結晶粒酸化物 / 粒界偏析 / 不定比性 / 局所応力緩和

Research Abstract

以下の[1]～[3]について研究を実施して各項記載の結果を得た。
[1]粒界ドープ・偏析に起源する現象の制御
3Y-TZPに2～4価の陽イオンを単独・同時添加し、拡散(緻密化速度)・粒成長(偏析ドラッグ)と超塑性への効果を検討した。とくに4価のTiとGeでは、低温で超塑性を促進する効果について検討し、それがTi・Geイオンの偏析によって引き起こされる周囲イオンの結合性と拡散ならびに粒界エネルギーの変化に起因することを明らかにした。
[2]局所緩和機構を促進するための不定比性の制御
まず基本系である無添加の3Y-TZPの高ひずみ速度変形の挙動を明らかにするとともに、以下の[3]項の手法で微細粒緻密化すると、高純度・無添加状態で高速超塑性(10^<-2>s^<-1>で延性>200%)を発現することを見出した。
[3]新たな微細粒緻密化手法の適用
基本系の3Y-TZP、複合化・緩和促進が期待されるMgAl_2O_4相、立方晶ZrO_2を対象として、常圧2段焼結や放電焼結法によって微細粒で緻密化するための条件を明らかにするとともに、微細粒と低欠陥密度の効果を即時破断強度によって迅速的に評価した。

Research Products

• [Journal Article] Fracture toughness of a silica-doped cubic zirconia (8Y-CSZ) (2010)
  • Author(s): K.Hiraga, K.Morita, B.-N.Kim, H.Yoshida
  • Journal Title: Materials Science Forum 638-642 Pages: 3846-3851
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Doping-amount and temperature dependence of superplastic flow in tetragonal ZrO_2 polycrystal doped with TiO_2 and/or GeO_2 (2009)
  • Author(s): H.Yoshida, K.Morita, B.N.Kim, K.Hiraga, T.Yamamoto
  • Journal Title: Acta Materialia vol.57 Pages: 3029-3038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of high-strength transparent MgAl_2O_4 spinel polycrystals by optimizing spark-plasma-sintering (SPS) conditions (2009)
  • Author(s): K.Morita, B.-N.Kim, H.Yoshida K.Hiraga
  • Journal Title: J.Mater.Res. 29 Pages: 2863-2872
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 超塑性セラミックス (2009)
  • Author(s): 平賀啓二郎、金炳男、森田孝治、吉田英弘、目義雄
  • Journal Title: J.Soc.Inorganic Mater.Jpn. 16 Pages: 467-473
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 酸化物セラミックスのナノ粒界制御と高温物質輸送現象 (2010)
  • Author(s): 吉田英弘, 森田孝治, 金炳男, 平賀啓二郎
  • Organizer: 日本金属学会2010年春期(第146回)大会
  • Place of Presentation: 筑波大学(つくば市)
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] 高速超塑性セラミックスのナノ材料科学 (2010)
  • Author(s): 平賀啓二郎、吉田英弘、森田孝治、金炳男
  • Organizer: 日本金属学会2010年春期講演大会
  • Place of Presentation: 筑波大学(つくば市)
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] 無添加3Y-TZPにおける高速超塑性と破断 (2010)
  • Author(s): 平賀啓二郎、金炳男、森田孝治、吉田英弘、田淵正明
  • Organizer: 日本セラミックス協会2010年年会
  • Place of Presentation: 東京農工大学(東京都)
  • Year and Date: 2010-03-22
• [Presentation] 酸化物セラミックス材料の新たな機能創製 (2010)
  • Author(s): 吉田英弘, 平賀啓二郎
  • Organizer: 日本学術振興会第133委員会第204回研究会
  • Place of Presentation: 東京理科大学森戸記念館(東京都)
  • Year and Date: 2010-01-22
• [Presentation] セラミックスの粒界偏析と高温変形 (2010)
  • Author(s): 吉田英弘
  • Organizer: 第140回超塑性研究会
  • Place of Presentation: 物質・材料研究機構(つくば市)
  • Year and Date: 2010-01-19
• [Presentation] 超塑性ジルコニアにおける粒界損傷と引張破断 (2009)
  • Author(s): 平賀啓二郎、金炳男、森田孝治、吉田英弘、田淵正明
  • Organizer: 第53回日本学術会議材料工学連合講演会
  • Place of Presentation: 京大会館(京都市)
  • Year and Date: 2009-10-20
• [Presentation] Grain Boundary Nanostructure and High Temperature Plastic Flow in Polycrystalline Oxide Ceramics (2009)
  • Author(s): H.Yoshida, K.Morita, B.-N.Kim, K.Hiraga
  • Organizer: 6^<th> Int.Conf.on Processing and Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC'2009)
  • Place of Presentation: Maritim Hotel Berlin国際会議場(ベルリン),ドイツ
  • Year and Date: 2009-08-29
• [Presentation] Fracture toughness of a silica-doped cubic zirconia (8Y-CSZ) (2009)
  • Author(s): K.Hiraga, K.Morita, B.-N.Kim, H.Yoshida
  • Organizer: 6^<th> Int.Conf.on Processing and Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC'2009)
  • Place of Presentation: Maritim Hotel Berlin国際会議場(ベルリン),ドイツ
  • Year and Date: 2009-08-26
• [Presentation] Superplastic flow in tetragonal ZrO2 polycrystal doped with TiO2 and/or GeO2 : grain boundary chemistry-related matter transport (2009)
  • Author(s): H.Yoshida, K.Morita, B.-N.Kim, K.Hiraga
  • Organizer: 15th International Conference on the Strength of Materials
  • Place of Presentation: Technische Universitat Dresden(ドレスデン),ドイツ
  • Year and Date: 2009-08-20
• [Presentation] Cavitation failure during superplastic tensile loading in oxide ceramics (2009)
  • Author(s): K.Hiraga, K.Morita, B.-N.Kim, H.Yoshida, M.Tabuchi
  • Organizer: 15^<th> Int.Conf.on the Strength of Materials
  • Place of Presentation: Technische Universitat Dresden(ドレスデン),ドイツ
  • Year and Date: 2009-08-18
• [Presentation] High Strength Transparent MgAl2O4 Spinel Fabricated by Low Heating Rate Spark-Plasma-Sintering (SPS) Processing (2009)
  • Author(s): K.Morita, K.Hiraga, B.-N.Kim, H.Yoshida
  • Organizer: 15th International Conference on the Strength of Materials
  • Place of Presentation: Technische Universitat Dresden(ドレスデン),ドイツ
  • Year and Date: 2009-08-17
• [Presentation] 放電プラズマ焼結(SPS)法を用いた微細粒スピネルの創製 (2009)
  • Author(s): 森田孝治、金炳男、吉田英弘、平賀啓二郎
  • Organizer: (共催)第139回超塑性研究会、金属学会・先進材料の高温強度と組織研究会
  • Place of Presentation: 有馬温泉(神戸市)
  • Year and Date: 2009-08-09
• [Presentation] Doping amount and temperature dependence of superplastic flow in tetragonal ZrO2 polycrystal doped with TiO2 and/or GeO2 : grain boundary chemistry-related matter transport phenomena (2009)
  • Author(s): H.Yoshida, K.Morita, B.-N.Kim, K.Hiraga
  • Organizer: International Conference on Superplasticity in Advanced Material
  • Place of Presentation: Bell Harbor International Conference Center(シアトル),米国
  • Year and Date: 2009-07-02
• [Presentation] High-Strain-Rate Superplastic Flow Mechanism in ZrO2-30vol% Spinel Two-Phase Composite (2009)
  • Author(s): K.Morita, K.Hiraga, B.-N.Kim, H.Yoshida
  • Organizer: International Conference on Superplasticity in Advanced Material
  • Place of Presentation: Bell Harbor International Conference Center(シアトル)、米国
  • Year and Date: 2009-06-30
• [Book] 超の技術 (2009)
  • Author(s): 平賀啓二郎、金炳男、森田孝治、吉田英弘、目義雄
  • Total Pages: 9
  • Publisher: 無機マテリアル学会