| 研究課題/領域番号 |
22K14494
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 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 |
大熊 学 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究センター, 主任研究員 (70838945)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022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 | 不均質構造 / き裂/欠陥 / セラミック積層体 / セラミックス基複合材料 / 放射光X線CT / 亀裂・欠陥 / 焼結 / 複合材料 / セラミックス / 高温変形・破壊 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
セラミックス基複合材料(CMC)の力学機能発現のためには, マトリックスの気孔/空隙や繊維とマトリックスに沿った初期亀裂から進展する主亀裂と繊維の3次元的な空間分布を完全に把握し, 特定のマトリックス亀裂と繊維の破壊の相関を理解する必要がある. 本研究では, SPring-8のマイクロCTとナノCTを組み合わせた放射光マルチスケールCTを複合材料(SiC/SiC)へ適用し, 破壊機構の解明と高信頼性材料設計の手がかりを得ることを目的とする. CMC内部で径10μmの繊維表面を進行する剥離現象を世界で初めて３次元的に観察し, 得られた知見を理論解析, 数値解析などに取り入れ, 新たな最適界面設計基盤の構築を目指す.
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| 研究実績の概要 |
令和5年度は, SPring-8の放射光X線CT実験を年2回実施した. 微構造の不均質性および欠陥変化の根底にある基本的なプロセスを理解するために, 最適化されていない条件下で, 積層セラミックス焼結体モデル材料の作製を行った.放射光X線CTでは, テープキャストで作製したアルミナ積層体の焼結中の微構造変化を観察し, 機械的信頼性に影響を及ぼすプロセスに起因した様々な欠陥を検出できた. またSEM観察を組み合わせることにより, 欠陥は単純な楕円形の空隙やクラックではなく, 複雑な多孔質構造をもつことが明らかとなった. これらの欠陥は製造プロセスの様々な段階で生じたことが分かった. 焼結の初期段階では空隙や亀裂は見られず, 不均質構造由来の速度差焼結によって, 特に層境界の界面において空隙や亀裂状欠陥が形成された. 多面体アルミナ結晶がフレーク状のシートに自己組織化する現象は, 制御された厚さの2Dマイクロシートの設計および製造に革新的な知見をもたらす. アルミナ粒子の独自の界面特性によって駆動される自己組織化プロセスでは, 均一な微構造と欠陥を最小限に抑えることができ, 多層セラミック複合材料の生産に革新をもたらすかもしれないことを提唱した.
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
順調に学会発表および論文発表を実施できているため. 一部未発表の成果があるが, 現在, 論文投稿準備中である.
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| 今後の研究の推進方策 |
現在, 実際のセラミックス基複合材料のミニコンポジットの解析を進めている. 画像解析においてはセグメンテーションに多大な時間を要するため, 機械学習を用いて効率化を図りたいと考えている.
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