2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of crystal-oriented ceramics by using composite particles added anisotropy of magnetic susceptibility in an innovative low magnetic filed
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26820299
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| Research Institution | Kanagawa Academy of Science and Technology |
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Principal Investigator |
高橋 拓実 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー, 戦略的研究シーズ育成事業, 研究員 (30715991)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 磁場配向 / 窒化ケイ素 / ガラスファイバー / 窒化ホウ素 / グラフェン / 粒子複合化 / 複合粒子 / 微構造制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は、①多層グラフェン由来の磁気異方性（Δχ）を利用した低磁場配向プロセスを用いてc軸配向Si3N4シートを連続生産するための粉体とスラリーの最適化と、②モデル材料としてガラスファイバー（GF）や窒化ホウ素（BN）を用いた本プロセスの汎用性の検証を行った。主な成果は下記の通りである。
①c軸配向Si3N4シートの作製
多層グラフェンの粒径と機械的処理後のG/D比の関係を明らかにするために、合成β-Si3N4粒子に対して、粒径が異なる多層グラフェンを機械的処理にて複合化させた。その結果、β-Si3N4粒子よりも粒径が大きな多層グラフェンを被覆させると良好なG/D比を維持できることがわかった。これを原料粉体としてスラリーを調製し、ネオジム磁石からなる0.5テスラの磁場中で成形、焼成を行った結果、磁場印加方向にc軸配向性を示す緻密なSi3N4セラミックスが得られ、c軸配向方向とこれに垂直な方向で熱伝導率異方性を示した。また、ドクターブレード成形により、所望寸法のSi3N4シートを作製できた。しかし、シートの厚さ方向へのc軸配向は未達である。これはスラリーの粘度が高く、β-Si3N4粒子の配向が不十分だったためと考えられる。
②モデル材料の低磁場配向
GFと同程度の比重で粘度が異なる水溶液中に多層グラフェン被覆GFを分散させ、配向挙動をその場観察し、画像解析から配向速度と粘度の関係を明らかにした。その結果、GFの配向に寄与する磁気異方性の大きさが、文献値から見積もられたグラファイトのΔχとオーダーで一致し、被覆された多層グラフェンがGFの配向を支配していることが明確にされた。
他方、多層グラフェンを被覆したBNの板状粒子を高粘度の樹脂中に分散させ、0.5テスラの磁場中で硬化させたところ、磁場印加方向に対してBN板状粒子の面が平行に並んだ配向構造をもつBN樹脂コンポジットが得られた。
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