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結晶塑性学を適用した長寿命耐熱セラミックスコーティングの創製

研究課題

研究課題/領域番号 18H05944
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分補助金
審査区分 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

増田 紘士  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 若手国際研究センター, ICYS研究員 (20823701)

研究期間 (年度) 2018-08-24 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードセラミックス / コーティング / 結晶塑性 / 転位 / ナノインデンテーション / 電子顕微鏡 / 熱遮蔽コーティング / マイクロ力学試験
研究実績の概要

本研究は,航空機用タービンブレードの熱遮蔽コーティングに用いられるジルコニアセラミックスの塑性変形能を最大限に引き出し,耐剥離性に優れたコーティングを創製することを目的として行われた。過去のコーティング剥離の研究は,破壊力学・構造力学によるところが大きく,「結晶塑性学」を適用する試みはほぼ皆無であった。というのも,セラミックスは脆く塑性変形を生じないと考えられてきたためである。ところが近年,数マイクロメートル以下の微小スケールでは,セラミックスでも塑性変形による延性を示すことが知られており,そのミクロな変形特性を理解することは,「単結晶マイクロコラム構造」からなる熱遮蔽コーティングの耐久性向上にも有用であると考えられる。
そこで本研究では,立方晶型のジルコニアセラミックスに対し,室温から500℃までの温度範囲における単結晶領域でのナノインデンテーション試験と,圧痕直下での電子顕微鏡観察を行い,単結晶のミクロな変形特性と,それを担う結晶欠陥および変形機構の温度・結晶方位依存性を明らかにした。ここから得られた主な知見は以下の通りである。(1) 結晶欠陥: いずれの温度・結晶方位においても,変形は{001}面上の転位運動によって生じた。(2) 温度依存性: 変形を支配する因子として,室温付近では原子面せん断の寄与が大きく,温度の上昇とともに原子振動の寄与が増加した。(3) 結晶方位依存性: <001>方位の近傍では,比較的低応力で塑性降伏し滑らかな加工硬化を伴う弾塑性遷移,それ以外の方位では,比較的高応力で「pop-in」を伴ったバースト的な塑性降伏が現れた。これらの知見は,熱遮蔽コーティングのミクロ構造における結晶塑性制御に対して有用であると考えられる。
なお,以上の成果をもとに次年度はコーティング組織の設計を行う計画であったが,次年度は課題辞退のため,これは行われない。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] Nanoscopic plasticity in cubic zirconia ceramics2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Masuda, Koji Morita, Takahito Ohmura
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 立方晶ジルコニアセラミックスにおける微小領域変形機構の温度・結晶方位依存性2019

    • 著者名/発表者名
      増田 紘士,森田 孝治,大村 孝仁
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ナノインデンテーションによる立方晶ジルコニアの結晶塑性解析2019

    • 著者名/発表者名
      増田 紘士,森田 孝治,大村 孝仁
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2019年年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ナノインデンテーションによる立方晶ジルコニアの低温塑性変形2018

    • 著者名/発表者名
      増田 紘士,森田 孝治,大村 孝仁
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期(第163回)講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-08-27   更新日: 2019-12-27  

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