| 研究課題/領域番号 |
20K05082
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
金 炳男 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, グループリーダー (50254149)
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| 研究分担者 |
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)
古瀬 裕章 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, 独立研究者 (50506946)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 焼結 / 粒成長 / 緻密化 / 透明セラミックス / アパタイト / 焼結緻密化 / 気孔サイズ分布 / シミュレーション / レーザーセラミックス / レーザー発振 / ナノセラミックス / レーザー / 通電加圧焼結 / 微細組織 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
「通電加圧焼結法を用いた透明ナノセラミックスの作製」と同手法を活用した「非立方晶系レーザーセラミックスの高品質化」に関する研究を行う。ナノセラミックスの焼結においては、ナノ粉体を緻密に焼結するための粒径や気孔など組織要因を理論的に探求すると共に、その要因を満たす粉体の合成および新規電源装着の焼結法を駆使し、cm単位の透明ナノセラミックスを作製する。そして、レーザー特性の向上においては、散乱源、蛍光寿命など光学的条件を評価・解明し、上記焼結手法の活用により、非立方晶系レーザーセラミックスの高品質化を目指す。
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| 研究成果の概要 |
焼結中の多孔体に対する力学解析を行い、緻密化挙動をシミュレーションした。気孔サイズに分布がある多孔体をモデル化し、気孔間の力学的な相互作用を解析することによって、個々の気孔が収縮する速度と巨視的な緻密化過程などをシミュレーションした。その結果は、微細粒Al2O3およびナノZrO2における実際の焼結緻密化挙動と非常に良い一致を示した。この緻密化に対する知見を活用し、微細組織のフッ化アパタイトセラミックスを作製した。微細結晶粒と緻密化を両立するため、微粉体の液相合成と通電加圧法による低温焼結を行い、無添加材およびNd/Yb添加材において、理論透過率に近い高品質なセラミックスを作製できた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
焼結は緻密化と粒成長を伴う非常に複雑な現象であるが、従来は単純化した気孔に対する解析が行われ、実際の緻密化挙動を再現することは出来なかった。気孔のサイズ分布を取り入れた本研究結果は実際の緻密化挙動のみならず緻密化過程における力学特性も精度よく再現でき、焼結現象の実態解明に大きく近づいた。本研究から得られた知見は焼結における組織制御にも活用できると考えられる。また、知見の活用により、従来困難とされてきた異方性アパタイトセラミックスに対する透明焼結手法の開発は、他の異方性材料にも有効に適用できると考えられ、多くの新しい光学材料の開発と、それに伴うフォトニクス分野への波及効果が期待される。
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