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Superheating and formation of SiC/Al4SiC4 phases originated from metal/ceramic mixed powders

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of Materials by Super Thermal Field: Neo-3D printing by Manipulating Atomic Arrangement through Giant Potential Gradient
Project/Area Number 22H05290
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionKagawa University

Principal Investigator

松本 洋明  香川大学, 創造工学部, 教授 (40372312)

Project Period (FY) 2022-06-16 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Keywordsレーザ粉末床溶融結合法 / Al基セラミックス複合体 / レーザ吸収率 / Al4SiC4相 / 温度勾配 / 結晶配向 / SiC/Al4SiC4相 / 界面反応 / アルミ基炭化ケイ素複合材料 / 過昇温化 / 非平衡Al4SiC4 / 機械的特性
Outline of Research at the Start

AlSi10Mg/SiC複合体をモデル材料として,複合粉体(出発)においてSiCの粒度および体積率を変化させレーザ粉末床溶融結合法を実施する。ここでは金属粉体(Al)とセラミックス粉体(SiC)でのレーザ吸収率の大きな差異(AlSi10Mg:0.07 SiC:0.78)を起点した超温度場生成に由来した複合粒子間における界面反応を律速した非平衡組織形成(SiC/Al4SiC4ハイブリッド相)を図る(セラミックス形成を促進し,Alはそれを促進・緻密化するための媒介の役割として転化)。並行して有限要素解析(計算)・機械学習も援用して温度解析およびプロセスと組織形成をリンクする作用機構を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではAl-10Si-0.35Al(wt%)(AlSi10Mg)-SiC(0~20vol%)複合体をLPBFで製造した。本複合粉体は両者でレーザ吸収率が異なり,SiC粒子がAl粒子(マトリックス)に比べて昇温化し溶融池自体を昇温化される事が推察される。そのために,この複合粉体由来で(ア)溶融地自体がより昇温化され固液界面で高い温度勾配が生成する点,および(イ) SiC粒子界面で局所に高い負の温度勾配が生成する点が期待でき,特異な温度場が生成される事が期待される。(ア)について,溶融池は平均で1500℃以上の温度までに昇温される事が計算結果より明らかとなった。製造された複合体の組織においてもSiC粒子を複合化した造形体にてαAl柱状晶は強い<001>結晶配向を呈すことが観察されており,これは溶融池における温度増加に伴う固液界面での高い温度勾配,もしくは凝固速度の低速化に起因して<001>の結晶配向性が強くなった事が推察される。他方で上述した(イ)について,興味深い事にSiC粒子界面周辺ではランダムな結晶配向で等軸状の結晶粒組織を呈していることが観察された。一般的な凝固過程(液相で温度が高く,固相で温度が低い状態)で凝固は平滑界面成長が支配的に起き,デンドライト凸部が形成されても先端は過冷が小さく成長速度は平滑部より遅く平滑性は安定される。一方で温度分布が逆の場合(負の温度勾配),結晶成長において固液界面の平滑性は保てずデンドライト凸部での過冷度は大で固液界面の安定性は乱れる事が知られている。この点からも,SiC粒子界面近傍では離れた内部の状態とは異なることが明らかとなった。これらの結果はSiC粒子を複合化した複合粒子を起点とした温度場を制御する事が可能であり,結晶成長の配向性およびランダムな等軸組織形成の両面から組織制御できる可能性を見出すことができた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Effect of Laser Re-Melting Scan Strategy on Microstructure and Mechanical Properties of AlSi10Mg/SiC Composite Fabricated by Laser Powder Bed Fusion2023

    • Author(s)
      宮内創,松本洋明,横田耕三
    • Journal Title

      Journal of the Japan Institute of Metals and Materials

      Volume: 87 Issue: 12 Pages: 319-326

    • DOI

      10.2320/jinstmet.J2023016

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • Year and Date
      2023-12-01
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hierarchical Analysis of Phase Constituent and Mechanical Properties of AlSi10Mg/SiC Composite Produced by Laser-Based Powder Bed Fusion2023

    • Author(s)
      Y. Yanase, H. Miyauchi, H. Matsumoto, K. Yokota
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 64 Issue: 6 Pages: 1125-1134

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-ME2022003

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2023-06-01
    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] レーザ粉末床溶融結合法で製造されたアルミニウム基セラミックス(SiC)複合体の製造と特性2023

    • Author(s)
      天野 登太,宮内 創,松本洋明,横田耕三
    • Organizer
      日本鉄鋼協会・日本金属学会 中国四国支部 鉄鋼第66回・金属第63回 合同講演大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザ粉末床溶融結合法で製造されたアルミニウム基セラミックス(SiC)複合体の組織と力学特性および母材が異なる影響2023

    • Author(s)
      天野 登太,宮内 創,松本洋明,横田耕三
    • Organizer
      第15回 軽金属学会 中国四国支部 講演大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] LPBFにより製造されたAlSi10Mg-SiC複合体における多様な初期条件(プロセス・粉末)の緻密化・組織に及ぼす影響2023

    • Author(s)
      松本洋明,宮内 創,横田耕三
    • Organizer
      日本金属学会 秋期講演大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザ粉末床溶融結合法により製造されたAlSi10Mg/SiC複合体の緻密化・組織に及ぼすSiC量の影響2022

    • Author(s)
      橋本大二郎、宮内創、松本洋明、横田耕三
    • Organizer
      日本金属学会 第171回春期講演大会(福岡工業大学)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザ粉末床溶融結合法によるAlSi10Mg/SiC複合体の製造およびAl4SiC4の界面反応2022

    • Author(s)
      松本洋明、柳瀬裕太、橋本大二郎、宮内創、横田耕三
    • Organizer
      日本金属学会 第171回春期講演大会(福岡工業大学)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザ粉末床溶融結合法により作製されたAlSi10Mg/SiC複合体の組織と機械的性質に及ぼすスキャンストラテジーの影響2022

    • Author(s)
      宮内創、横田耕三、橋本大二郎、松本洋明
    • Organizer
      軽金属学会 秋期講演大会(東京工業大学)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 香川大学 創造工学部 松本研究室ホームページ

    • URL

      https://www.eng.kagawa-u.ac.jp/~matsu_h/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-06-20   Modified: 2024-12-25  

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