| 研究課題/領域番号 |
21K04899
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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30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山田 類 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40706892)
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| 研究分担者 |
才田 淳治 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 教授 (20359540)
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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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021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 | 金属ガラス / ガラス状態傾斜 / 高靭性化 / 熱的手法 / 緩和状態傾斜 / ランダム構造傾斜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
金属ガラスはランダム構造を有し優れた諸特性を示すことから、今日、その実用化への展開が大いに期待されている。しかしながらこれまで、ガラス材料全般に見られる「脆性」の問題がそれを大きく妨げてきた。本研究課題ではランダム構造傾斜に着目し、それを通じた脆性改善を試みる。まず、水あめ状態となる過冷却液体温度域に試料を加熱後、1側面のみを急冷することで、1試料内に冷却速度差を戦略的に形成する。その際、様々な方向にランダム構造の傾斜をつけ、試料内に異方性を自由にデザインすることに挑戦する。ランダム構造傾斜形成を通じて、破壊時の亀裂の進展経路を制御し、最終的にアモルファス相単相での高靭性化の達成を図る。
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| 研究実績の概要 |
金属ガラスは、室温にて高強度特性を示す一方、応力負荷時の最終段階において突発的に破断が生じ脆性特性を示す。これまでこの脆性特性が金属ガラスの実用化への大きな課題となっていた。
本研究課題ではランダム構造の異方性(ガラス状態傾斜)という概念を用いて、アモルファス相単相での高靭性化を図った。広く研究に用いられているZr50Cu40Al10金属ガラスを用いて、過冷却液体温度域まで加熱後、試料の一部分を選択的に冷却することを通じて1試料内にガラス状態傾斜の形成を試みた。様々な角度に試料を保持できるサンプルホルダーと急冷装置機構を新たに構築し、金属ガラスロッド試料に熱処理を行った。ロッド軸方向が水平面と平行になるように試料を保持できるホルダーを用いて熱処理を行ったところ、ロッドの断面方向に2次元的にガラス状態傾斜を形成することに成功した。またこの傾斜形成には、金属ガラス試料自身の熱伝導率の低さとサンプルホルダー間のギャップの存在が重要であることを明らかにした。
最終年度には当該試料の破壊試験ならびにDIC解析を行い、前者においては圧縮試験時にわずかではあるが伸びが発現していることが明らかとなった。またDIC解析の結果と併せて、破壊時の亀裂進展がガラス状態に沿って屈曲し、その間マルチシアバンドが発現することで、脆性改善が達成されていることが明らかとなった。
さらにサンプルホルダーを変え、ロッド軸方向を水平面より24°傾斜させたものを用いることで、2次元だけでなく3次元的にもガラス状態傾斜を形成することに成功した。
本研究課題を通じて、熱的手法によりガラス状態を所望にデザインし、それが高靭性化につながる可能性を示すことができた。
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