| 研究課題/領域番号 |
21K03761
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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18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 苫小牧工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
浅見 廣樹 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (00547961)
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| 研究分担者 |
末松 久幸 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30222045)
高澤 幸治 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (20331952)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 硬質セラミックス / MA-PECS / ハイエントロピーセラミックス / 機械的合金法 / パルス通電焼結法 / 超硬合金代替材料 / ハイエントロピーナイトライド / メカニカルアロイング法 / 焼結体 / オキシナイトライド / メカニカルアロイング / パルス通電焼結 / 高強度材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
「タングステン使用量の削減」と「加工の能率向上と高品質化」という2つの観点より，WC-Co系超硬合金の代替となりえる工具材料の基材として，高硬度・高靭性セラミックス材料の開発は非常に重要な研究課題である．本研究では，メカニカルアロイング法による硬質酸窒化物強制固溶相合成技術に対して，金属材料で良く知られる高エントロピー効果を適用させることで，金属元素の乱雑さが生み出す高強度化と，2つの非金属元素との化学結合状態の不安定さを機械的特性の向上に逆利用することを新たな材料強化機構とした，ハイエントロピーオキシナイトライド焼結体材料の創製を目的とする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，MA-PECSプロセスを用いることで，非金属元素についても他成分化したハイエントロピーセラミックスの開発を試みた．まず，h-AlN，TiN，CrN，ZrN，NbN粉末を原料粉末に用い，MA-PECSプロセスにより(Al,Ti,Cr,Zr,Nb)N焼結体の作製に成功した．
また，この焼結板がHV1900以上と言う優れた硬度を有することを明らかとした．さらに，この焼結体作製時の原料粉末中の一部をTiCおよびZrC粉末に置き換えることで，HV2050，Kic=4.7という非常に優れた機械的特性を有する(Al,Ti,Cr,Zr,Nb)(C,N)焼結体の作製に成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
研究者が調査した範囲において，バルク体として単相固溶体と言える(Al,Ti,Cr,Zr,Nb)N系焼結体を作製した報告例はまだなく，これが可能であることを示した点において，まず学術的な意味があると言える．また，TaやHfなどの希少性の高い元素の含まれた窒化物や炭化物を使うことなく，HV2000以上の高硬度を有するセラミックス材料が作製可能であることを明らかにしたことは，産業的にも意義が非常に高いと言える．一定の靭性値も保有しているため，結合相とのマッチングが合えば，長年の課題となっているWC-Co系超硬合金の代替としても利用していけるものであると考える．
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