2023 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-scale 3D microstructural control of composite materials via powder assembly
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22H01790
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
武藤 浩行 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20293756)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
TAN WAIKIAN 豊橋技術科学大学, 総合教育院, 准教授 (10747695)
小林 正和 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20378243)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 複合材料 / 複合顆粒 / ３D組織制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案では、従来の複合材料作製プロセスを一新させる新たな概念を確立することで、複合材料の内部デザイン(広い意味での微構造)に「どれだけの自由度を与えることができるのか?」、これにより「どれだけ材料のポテンシャルを引き出すことができるのか?」を学術的に問うものであり、加えて世界シェア約50%を誇る日本のセラミックス産業を維持、拡大、発展させるための「次の一手」として革新的な粉末冶金プロセスを展開することを目的とする。 本申請では、材料内部が3D制御されたスマート部材を作製するためのVoxel Architect Concept (VAC)を提案する。単純に考えれば、内部構造の3D制御には、異なる種類の立方体体積要素「ボクセル(Voxel)」を任意に積み上げて配置(Architect)すれば良い。この概念を粉末冶金法によるモノづくりに展開し、基本要素であるVoxelをナノ粒子の集積体(球状複合顆粒)とし、「レゴブロック」のように所望の位置に配置することで圧粉体の3D構造をあらかじめ決定し、これを焼結することで、目的とする内部構造が3次元的にデザインされたスマート部材を作製する手法を確立する。
本年度は、特に顆粒の形成メカニズムの詳細な調査を行い効果的な顆粒作製条件に関しての知見を得ることができた。具体的には、顆粒化プロセスに用いる回転型攪拌容器内部形状に幾何学的工夫を施すことによって、サスペンションの攪拌効率を向上させた。その結果、顆粒形成時間の短縮、および得られる顆粒の単分散性を改善させることに成功した。さらに、複数種の顆粒を目的の位置に配列させ、焼結体を作製することで任意の内部３D組織を精度良く導入した巨視領域が制御された複合材料をデザインすることができることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
顆粒形成機構が明確になりつつあり、この知見に基づく効果的な顆粒化操作を提案することができた。その結果、概ね予想した結果が得られつつあることから、当初目的を達成している。
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| Strategy for Future Research Activity |
想定した顆粒化機構に基づく作製プロセスが確立しつつある。これにより、顆粒作製速度の大幅な改善、および品質の向上を達成しつつある。今年度は、これに加え、材料内部の３D構造の「解像度」を向上させるために、顆粒径の制御法に関する検討を行う計画である。
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