| 研究課題/領域番号 |
21K04669
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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26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 福島工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
赤尾 尚洋 福島工業高等専門学校, 機械システム工学科, 教授 (70335503)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 構造用セラミックス材料 / 正方晶ジルコニア多結晶体 / 析出強化 / パイロクロア相 / マルテンサイト変態靱化機構 / 酸化還元雰囲気熱処理 / セラミックス材料 / 非平衡雰囲気 / マルテンサイト変態強化 / 粒内複合化 / ジルコニアセラミックス / 酸化還元処理 / 平衡状態 / ナノ複合化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，構造用セラミックス材料の中でも高い靱性を有するジルコニアをナノサイズの複合構造によりさらに強靱化することを目的としている．
通常正方晶ジルコニア多結晶体（TZP）と呼ばれる高靱性ジルコニアは応力誘起マルテンサイト変態を生じる組成に調整され，単一相にて利用されているが，本研究では焼成中において，その場での酸化還元（レドックス）雰囲気制御により，母相中に意図的に微細な析出相を発生させることで複数の靱化機構を同時に発現させ，さらなる強靭化を図るものである．
この手法によりこれまでは母相粒内への微細な介在物の導入が困難であったTZPに対し，マルチ靱化機構によるさらなる強靱化が期待される．
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| 研究実績の概要 |
2021年度（初年度）は急速なコロナ感染拡大のため，主に必要な機材の調達および実験環境の整備を行った．
2022年度より実質的な研究活動をスタートしたが，引き続きコロナ禍であったため実験環境の整備や予備実験などの下準備を行うのにとどまった．
本研究では構造用セラミックス材料の中でも高い靱性を有するジルコニアをナノサイズの複合構造によりさらに強靱化することを目的としており，2021-2022年度に行った機材調達や予備実験の結果，本機関において本研究で対象としているセリア（CeO2）安定化ジルコニアセラミックス試料の作製が可能であることは確認できている．2023年度は導入した雰囲気制御イメージ炉を用いてセリア安定化ジルコニアセラミックスに対し非平衡雰囲気（5%水素還元）における熱処理（1200℃）を行い，還元処理中に酸素量が不定比となりパイロクロア相が析出する事を確認した．しかしながら2022年からの役職に伴う管理業務が過多となり，系統的に実験を遂行する事ができなかった．
今後の研究展開として，セリア濃度と還元温度を広範囲に変化させることで還元雰囲気下での平衡相であるパイロクロア相の析出量と分布を制御し，さらに母相のセリア濃度が変態誘起靱化機構を発揮するのに適したセリア濃度となるよう，出発原料組成および還元処理条件の探索を行う．最終的にはジルコニア由来の変態誘起機構と，還元雰囲気下で導入された析出相による強化機構の両立を実現し，ジルコニアセラミックスのさらなる高靱化の可能性の実証を目指していく．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
2021年度（初年度）はコロナ禍のため，研究環境を整えるのが困難となり，主に必要な機材の調達に費やすこととなった．
2022年度より実質的な研究活動をスタートする状況であった．しかしながら，コロナ禍に加えて，当初予定されていなかった学内役職（寮務担当副校長）を拝命したこともあり，研究を遂行する余裕がなく，実験環境の整備や確認などの下準備を行うのにとどまった．
コロナ禍もほぼ終息した2023年度より，研究遂行の進捗を期していたが，2022年からの役職が継続となり，それに伴う管理業務が過多のため，系統的に実験を遂行する事が困難であった．2024年度は現状況下における最大限の努力をもって，本研究の成果をまとめる予定である．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，本年度が最終年度であることに留意し，研究成果が最大限に得られるように最適な研究計画を立案し，鋭意遂行していく．特に化学組成（CeO2濃度）においては戦略的に組成範囲を絞りつつ最適化を狙う．またパイロクロア相の析出を意図している高温還元環境（1000～1350℃，5%H2-Ar雰囲気）においては，その析出相の体積分率と粒径を制御するプロセス条件を確立する．その後，得られた2相セラミックス試料において析出強化機構とマルテンサイト変態誘起靱化機構が複合的に作用した場合，どの程度高靱化に寄与するかを確認し，時間があればさらなる高靱化を目指して可能な限り各種プロセスパラメータの最適化を試みる．
最終的に，本研究で目指しているセラミックス材料における複合靱化機構の有効性および課題を明確にし，それら成果を公表することで将来的な実用化研究に役立つ知見とすること計画している．
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