2022 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of Ultra-Strong Glasses via Spatiotemporal Dissipative Structure of Singular Stress Field
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21K18837
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
篠崎 健二 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10723489)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | ガラス / ナノ粒子 / 破壊靭性 / ナノインデンテーション法 / ビッカース試験 / SPS焼結 / ゾルゲル法 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガラスの理論強度は鋼鉄やエンジニアリングプラスチックなどの他の高強度とされる材料と比べても高く、理論的には高強度である。しかし、実用に供されるガラスの強度はこれより2桁以上低い。この原因は、ガラスが引っ張り応力下で均質な弾性体として振る舞い、ひとたび亀裂が発生してしまうと亀裂先端に応力が集中し、そしてその進展を止める機構が働かないためである。発生応力を低減したり応力集中を抑制すれば、ガラス本来の高い強度に近づけられると期待される。申請研究では脆さの原因である特異応力場を時空間的に分散させ、応力集中による割れが起きにくいガラスの実現を目指す。亀裂先端への応力集中で生じる巨大な応力場を時空間的に散逸させるための新しい高強度ガラスのアプローチを提案し、超高強度ガラスを実現することを目的とする。
本年度は、ゾルゲル法を用いての薄膜適応を検討した。従来粉末の焼成であったため粒子サイズや種類の制御性が低かったが、ゾルゲル法などの液相法を適応することでもガラス膜の破壊靭性を高められることを実証した。Ag分散SiO2ガラス膜を形成することに成功し、インデンテーション破壊試験により破壊靭性の向上が見られた。これにより様々な物性、形態の粒子分散で試験を行うための準備ができており、今後様々な組み合わせで材料合成と特性評価を行っていくことができる。また、昨年度に引き続きスパークプラズマ焼結法でのナノ粒子分散ガラス合成も行った。これまでは液相でのコーティングを行っていたが、本年度はスパッタを用いる手法も開発し、より広範の適応可能性がある。また、ナノスクラッチ試験なども行い、耐スクラッチ性などについても検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、様々な粒子やガラス組成との組み合わせでの実験を可能にするため、ゾルゲル法での検討を行った。金属アルコキシドを出発原料とする液相法であれば分散させる粒子が高温でつぶれたり凝集することが防げると期待し実験を行った。その結果、Ag分散SiO2ガラス膜を形成することに成功し、インデンテーション破壊試験により破壊靭性の向上が見られた。これにより様々な物性、形態の粒子分散で試験を行うための準備ができており、今後様々な組み合わせで材料合成と特性評価を行っていくことができる。また、昨年度に引き続きスパークプラズマ焼結法でのナノ粒子分散ガラス合成も行った。これまでは液相でのコーティングを行っていたが、本年度はスパッタを用いる手法も開発し、より広範の適応可能性がある。おおむね計画通り順調に研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度、様々な物性・形態のナノ粒子分散ガラスを合成する基礎的技術が確立できた。次年度は、引き続きどのような材料が特性向上するのかを評価するとともに、シミュレーションやクラックの観察を組み合わせて実験値との比較を行い、メカニズムの理解を深める。
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