2009 Fiscal Year Annual Research Report
強磁場中電気泳動堆積法を用いた配向積層セラミックスにおける亀裂進展制御技術の確立
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21560705
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
鈴木 達 National Institute for Materials Science, ナノセラミックスセンター, 主幹研究員 (50267407)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
打越 哲郎 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 (90354216)
目 義雄 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, センター長 (00354217)
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| Keywords | セラミックス / コロイドプロセス / 強磁場 / 電気泳動堆積 / 配向 / 積層 / アルミナ / 亀裂進展 |
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| Research Abstract |
セラミックスなどの材料の微構造組織制御において、機能に即した構造をデザインするために層状構造と結晶方位を組み合わせることは有用であり、特に結晶方位は重要な因子となる。本研究においては、(1)熱膨張係数の異方性に依存した残留応力を導入することによる亀裂偏向の制御、(2)亀裂進展時における亀裂進展方向と劈開面の方位関係の制御、(3)粒界性格の違いによる界面強度を考慮した亀裂進展性の制御、の3点に着眼した亀裂進展過程の解析により、単一組成での靭性などの機械特性を改善するための微構造組織をデザインすることを目指す。
コランダム構造のアルミナにおいては磁場によりc軸を一方向に揃えることが可能であることを既に見出している。さらにこの磁場配向と電気泳動堆積(EPD)を重畳して行うことで、アルミナを積層させるときに、各層での結晶方位を揃えることによりアルミナ単相にもかかわらず層として堆積させることが可能となる。このときc軸方向の熱膨張係数がa,b軸方向のそれよりも大きいために結晶配向した場合には各層内において引張りと圧縮の残留応力が発生することを既に確認している。この手法を用いることで、層厚と各層における配向方位関係を調整することにより残留応力の大きさを任意に制御できると期待できる。この時、層厚はEPDの堆積条件により制御可能であるが、通常の電流や電圧というパラメーターに加えて基板方位も考慮すべき因子となるため、今年度においては、EPD時における基板方位も含めた堆積条件が配向層の層厚に及ぼす影響について検討し、さらに各層での配向性の解析を行い、高い配向制御性が可能であることを示した。また、配向積層体に亀裂を導入して、積層界面での亀裂偏向があることを確認した。
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