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起靭性・超強度セラミックス/金属系双方向ナノコンポジットの開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 06555195
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分試験
研究分野 複合材料・物性
研究機関大阪大学

研究代表者

新原 晧一  大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (40005939)

研究分担者 名和 正弘  松下電工(株), 中央研究所, 主査(研究職)
左 容昊  大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (10283805)
関野 徹  大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (20226658)
中平 敦  京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (90172387)
上田 智  大阪大学, 産業科学研究所, 講師 (20029870)
大島 健司  ノリタケカンパニー(株)開発本部, 副主事
研究期間 (年度) 1994 – 1996
研究課題ステータス 完了 (1996年度)
配分額 *注記
13,700千円 (直接経費: 13,700千円)
1996年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
1995年度: 4,300千円 (直接経費: 4,300千円)
1994年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円)
キーワードナノコンポジット / 破壊靭性 / 破壊強度 / ナノ粒子 / 双方向ナノコンポジット / セラミックス基複合材料 / 界面構造 / 複合材料 / 破壊靱性 / セラミックス / ナノ複合材料 / 機械的性質 / 磁気的性質 / セラミックス複合材料
研究概要

本研究者らのこれまでの研究成果を基礎にして、(1)ナノサイズのセラミックス、金属が第2相としてセラミックス及び金属の結晶粒内に相互に分散したセラミックス/金属ナノ複合材料を焼結法で作製し、(2)これら材料のミクロ及びナノ構造を高分解能電子顕微鏡などで観察すると共に、(3)製造したナノ複合材料の強度・靭性等の機械的特性を測定評価する。これをもとに(4)ナノ分散したセラミックスや金属の役割を明確にし、(5)最終的には、超靭性・超強度を示すセラミックス/金属双方向ナノ複合材料の開発が可能であることが示された。
以下、その結果を報告する。ナノメーターサイズの金属をセラミックスマトリックスの粒子内あるいは粒界に分散させた粒界及び粒内型傾斜機能ナノ複合材料を、種々のプロセスにより作製することに成功した。これら材料では、数10〜100nmの微細な金属が均一に分散しており、室温での破壊強度、硬度などの機械的性質が単相材料に比較して著しく改善されることが示された。セラミックス/金属の界面には反応相などは無いものの、金属の種類やそのサイズによって構造の乱れが存在することが示された。また、このようなセラミックス/金属ナノ複合材料をさらに、制御することによってMo/Zirconiaでは、セラミックス/金属と金属/セラミックスの相互ナノ複合材料を作製することができた。この相互ナノ複合化の効果を用い作製した材料の機械的特性は、強度、靭性とも大幅に改善された。これらの特性は、従来、転移強化セラミックスでは限界と考えられて来た強度、靭性のトレードオフを打破するものと位置付けられる。これらの優れた特性の発現は、ジルコニアの変態強化機構に加え、金属相添加によるクラック近辺での応力緩和機構に基づく本質的な靭性の改善、及び、相互ナノ複合化によろ組織の微細化などの相乗効果に起因するものと想定される。以上の一連の研究を通じて、従来にないレベルでの傾斜機能材料の開発に繋がるナノレベルの組織制御や界面制御によるセラミックス/金属ナノ複合材料の作製とその機械的特性の改善に成功した。この様なセラミックス/金属ナノ複合材料では機械的特性の改善のみならず、電気的・磁気的な新たな機能を付与することも将来的に可能であると考えられ、最終的には機械的特性と何らかの機能性を合わせもった機能性構造材料が具現できるものと期待される。

報告書

(4件)
  • 1996 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1995 実績報告書
  • 1994 実績報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (41件)

  • [文献書誌] K.Niihara: "In-situ Fabricatin of Tungsten Nanocrystal Encapsulated Carbon Ball in TEM" Materials Letters. .27. 121-124 (1996)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nawa: "A New Type of Nanocomposite in Tetragonal Zirconia Polycrystal-Molybdenium System" Materials Letters. 20. 299-304 (1994)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 新原 晧一: "高次機能調和材料の開発-セラミックス系ナノコンポジットを中心にして-" エネルギー・資源. 18・31. 251-259 (1997)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Sekino: "Microstructural Characteristics and Mechanical Properties for A1203/Metal Nanocomposites" NanoStructured Materials. 6. 663-666 (1995)

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    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ohji: "Particle/matrix interface and its role in creep inhibition in alumina/silicon carbide nanocomposites" J.Am.Ceram.Soc.79. 33-45 (1996)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Sekino: "Mechanical and Magnetic Properties of Nickel Dispersed Alumina-Based Nanocomposite" Materials Letters. 29. 165-165 (1996)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 新原 晧一: "Proceedings of NEPTIS-IV Nano-Sezed Powder and Related Composite Materails" NEPTIS-4委員会及び日精エンジニアリング, 83 (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.HIRANO,A.NAKAHIRA,T.SEKINO and K.NIIHARA: "High Temperature Creep Behavior of Al203/SiC and Si3N4/SiC Nanocomposites." J.High Temp.Soc.21. 97-103 (1995)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kitayama, M.Inoue and K.Niihara: "Effects of absorbed species on microstructure and mechanical properties of Al203" Ceramic Transactions. 44. 435-444 (1994)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Sekino, A.Nakahira, K.Niihara: "Relationship between Microstructure and High-Temperature Mechanical Properties for Al203/W Nanocomposites" Advanced Materials '93, III. Vol.B. 1513-1516 (1994)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.NIIHARA,T.HIRANO,K.Izaki and F.WAKAI: "High Temperature Creep/Deformation of Si3N4/SiC Nanocomposites" Ceramic transactions. 42. 207-219 (1994)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Sekino and K.Niihara: "Microstructural Characteristics and Mechanical Properties for Al203/Metal Nanocomposites" Nanostruct.Mater.Vol.6, No.5-8. 663-6 (1995)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] X.pan, J.Mayr, M.Ruhle, K.Niihara: "Silicon nitride based ceramic nanocomposites" J.Am.Ceram.Soc.Vol.79, no.3. 585-90 (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.J.Hwang, T.Sekino, K.Ota and K.Niihara: "Perovskite-type BaTi03 ceramics containing particulate SiC.Part I : Structure variation and phase transformation" J.Mater.Sci.vol.31, no.17. 4617-24 (1996)

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      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Sekino, T.NAKAJIMA and K.NIIHARA: "Mechanical and Magnetic Properties of Nickel Dispersed Alumina-Based Nanocomposite" Materials Letters. Vol.29, Nos.1-3. 165-169 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nawa, K.Yamazaki, T.Sekino, K.Niihara: "Microstructure and Mecancial Behavior of 3Y-TZP/Mo Nanocomposite Possessing a Novel Interpenetrated Intragranular Nicrostructure" J.Mat.Sci.Vol.31, No.11. 2849-2858 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ohji, T.Hirano, A.Nakahira, K.Niihara: "Particle/matrix interface and its role in creep inhibition in alumina/silicon carbide nanocomposites" J.Am.Ceram.Soc.vol.79, no.1. 33-45 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Niihara, T.sekino, A.Nakahira, T.Kamino, T.Yaguchi: "In-situ Fabrication of Tungsten Nanocrystal Encapsulated Carbon Ball in TEM" Materials Letters. Vol.27, No.3. 121-124 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nawa, S.Nakamoto, K.Yamazaki, T.Sekino, K.Niihara: "abrication and Mechcnical Properties of Ce02 Stabilized Tetragonal Zirconia Based Nanocomposites Incorporating Al203 Dispersions" J.of Japan Soc.of Powd.and Powder Metall.vol.43 [4]. 415-420 (1996)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Niihara, A.Nakahira, T.Sekino and Y.-H.Choa: "Development of Ceramic Based Nanocomposites with High Performance" J.of Japan Soc.of Powd.and Powd.Metall.44 [10]. 887-896 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1996 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Niihara: "In-situ Fabrication of Tungsten Nanocrystal Encapsulated Carbon Ball in TEM" Materials Letters. 27. 121-124 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] M.Nawa: "A New Type of Nanocomposite in TGetragonal Zirconia Polycrystal-Molybdenium System" Materials Letters. 20. 299-304 (1994)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] M.Nawa: "Microstructure and Mechanical Properties of Y203 Stabilized Tetragonal Zieconia based Nanocomposites Incorporating Metal Dispersions" Journal.of Jp.Powder and Powder Metallurgy. 41. 1220-1225 (1994)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] T.Sekino: "Microstructural Characteristics and Mechanical Properties for Al203/Metal Nanocomposites" Nano Structured Materials. 6. 663-666 (1995)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ohji: "Particle/matrix interface and its role in creep inhibition in alumina/silicon carbide nanocomposites" J.Am.Ceram.Soc.79. 33-45 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] T.Sekino: "Mechanical and Magnetic Properties of Nickel Dispersed Alumina-Based Nanocomposite" Materials Letters. 29. 165-169 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 新原 晧一: "Proceedings of NEPTIS-IV Nano-Sized Powder and Related Composite Materails" NEPTIS-4委員会及び日精エンジニアリング, 83 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 新原 晧一: "エネルギー分野における新材料" 資源、エネルギー学会(印刷中),

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] T.Sekino: "Interface Structure of Alunina/Hetal Nanoconposites" 13-oc.of 4th Japan International Sampe Symposium. 269-274 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] K.Niihara: "Nanoccmposite Structural Ceramics with Advnced Properties" Prcc.ct 4th Japan InternationalSampe Symposium. 394-399 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] K.W.Chae: "Improvemeut in the meckanical prcperties of T.C by the dispersion offine Sic partides" Journal of Materials Science Letters. 14. 1332-1334 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] K.W.Chae: "Sintering of Al_2O_3 -T.C composite in the presence of liquid phrase" Jcunal of Ameriean Ceramic Society. 78. 257-259 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] T.Hirano: "Microstructure and mechanicel preperties of S_<13>N_4-S_1C composites" Materials Letters. 22. 249-254 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ohji: "Porticle/matrix interface and its rotes in alumina/silrcon carbide nanocemposites" Jcunae of Ameriean Ceramic society. 79. 33-45 (1996)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] K.Niihara: "Proc of 4th Nisshin Engineeringparticle Technolcgy Internatioral Seminar" Nisshin Engineering Co.Ltd.,andNEPTIS-IV Committee, 88 (1995)

    • 関連する報告書
      1995 実績報告書
  • [文献書誌] M.Nawa 他3名: "A new type of nanocomrposite intetragonal zirconia-maybleram syste" Mater.Lett.20. 299-304 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] H.J.Hwang 他2名: "Investigation of structural variation in perovskite-type BaTiO_3-based ceramics byelasticpropety measurements" Mater.Lett.21. 179-183 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] 中平敦 他1名: "セラミックス分散Ti-Al基複合材料の製造と微細組織" 粉体および粉末治金. 41. 1367-1372 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] T.Koyama 他2名: "Effecti of grain morphology and grain size on the mechanical properties of Al_2O_3 ceramics" J.Mater.Sci.29. 3946-3954 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] K.Niihara他2名: "Hightemperature creep/deformation of Si_3N_4/SiC nanocomposites" Ceramic Transaction.42. 207-219 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ohji 他3名: "Tensile creep behavior of alumina/silicon carbide nanocomposite" J.Amer.Ceram.Soc,. 77. 3259-3262 (1994)

    • 関連する報告書
      1994 実績報告書

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公開日: 1994-04-01   更新日: 2016-04-21  

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