2021 Fiscal Year Annual Research Report
MAX相セラミックスの力学特性の原理解明とキンク組織制御に向けた研究
Publicly Offered Research
| Project Area | Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle- |
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| Project/Area Number |
21H00110
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森田 孝治 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (20354186)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | MAX相 / キンク境界 / セラミックス / キンク強化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Ti3SiC2(TSC)系MAX相を対象に、1)キンク構造の形成条件の解明とその最適化、2)キンク構造と機械的特性の相関を解明し、高機能MAX相の実現に向けた支配因子の解明と制御指針の構築を目指した。
１）においては、反応焼結法で創成した数十μm程度の結晶粒組織を有するTSCから圧縮試験片を作製して、種々の条件下で高温圧縮試験を実施した。得られた温度－応力－組織変化の相関関係を評価することで、キンク組織の形成機構を解明するとともに、キンク形成に最適な変形条件の解明を目指した。転位クリープが支配的と推察される高応力域でのみキンク変形帯が確認できた。このことから，TSCMAX相セラミックスにおけるキンク帯の形成は，変形機構と密接に関連しており，高応力域において転位運動が支配的になる条件下で形成が促進されることが確認できた。
また、２）においては、上記1)項の高温変形試験においてTSC中に形成された個々のキンク構造に対して、ナノインデンテーションを実施し、単粒子スケールでMAX相におけるキンク強化機構の解明を行った。その結果、キンク境界近傍においてナノ硬さが上昇することが確認できた。このナノ硬さ変化に加え、転位運動と密接に関連したpop-in挙動の変化から，TSC-MAX相中に形成されるキンク境界は，ナノ硬さ試験において圧子直下に形成される転位活動にともなう塑性変形の障壁となっていること確認できた。このことは、MAX相においても，LPSO型Mg合金のキンク強化と同様，キンク境界が強化機構となり得ると考えられる。
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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
本研究は、所属機関外の研究者と連携して実施した。コロナ禍の影響も有り、相互の研究機関を訪問しての研究が困難な状況が生じたものの、個々の所属機関において可能な研究を計画的に実施するとともに、サンプルを共同研究者に送り、そこで評価を実施して頂くことで、概ね目的を達したと判判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、前年度実施した2)キンク構造と機械的特性の相関関係の解明を引続き実施するとともに、共同研究機関のテーマと連携させることで、高機能MAX相の実現に向けて３）配向組織とキンク構造の制御指針の構築を目指す。
具体的には、共同研究者のテーマである配向組織を有するTSC-MAX相の結果との連携を通じ、多結晶MAX相におけるキンク組織の発達過程とキンク強化機構の解明を「粗粒⇔微細」、「ランダム⇔配向組織」、「室温⇔高温試験」、「数nN⇔数kNの荷重範囲」、および「単粒子スケール⇔多結晶バルク体」で実施する。ミクロ～サブミクロスケールの各階層における微細形成過程と力学特性評価を通じて、MAX相の機械特性に対する配向組織とキンク組織の影響を解明し、高機能MAX相の実現に向けた支配因子解明と制御指針の構築を目指す。
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