| 研究課題/領域番号 |
22K18892
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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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 |
谷口 尚 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 拠点長 (80354413)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 超高圧焼結 / スパークプラズマ焼結 / 立方晶窒化ホウ素 / ダイヤモンド / SPS焼結 / バインダーレス焼結体 / 超硬質材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
パルス通電による電磁エネルギー、原料粒子間に生じる放電プラズマエネルギーを焼結の駆動力として活用するSPS焼結法をベルト型高圧発生装置と組み合わせ、5～8万気圧力領域において展開する。SPS焼結では透光性焼結体を得るのに必要な焼結温度が通常のホットプレス等と比較し3～500℃程度低減する効果などが報告されており、現在の先端的なセラミックス合成技術として注目を集めている。本研究ではSPS焼結では未踏の超高圧力領域で、難焼結性材料の頂点とも言える立方晶窒化ホウ素(cBN)とダイヤモンドの高品位バインダーレス焼結体の合成に挑む。
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| 研究実績の概要 |
近年、各種金型やCFRPの接合部材(Ti-Al合金)等の構造材料、難削材の更なる高強度化に応じた加工工具として、超硬質材料である立方晶窒化ホウ素(cBN)びダイヤモンドの焼結体の高品位化が急務である。本研究ではパルス通電による電磁エネルギー、原料粒子間に生じる放電プラズマエネルギーを焼結の駆動力として活用するSPS焼結法をベルト型高圧発生 装置と組み合わせ、5～8万気圧力領域において展開する。
2022年度は5-6万気圧領域において、各種粒径のcBN粒子のSPS直接焼結を行った。はじめに高圧下での放電プラズマ焼結においてもブローアウト等を伴わずに1800℃領域での安定な焼結条件を確立した。高圧SPS焼結により焼結助剤を一切含まずに自立したcBN焼結体が得られ、投入電力に応じた硬度（ビッカース硬度）の相関が得られている。最適と見込まれる条件で得たcBN焼結体の硬度は45GPa程度であり、8万気圧、2000℃で得られる高品位焼結体の硬度の2割程度低い値となった。原料cBN粒子は電気的に絶縁体であるため、粒子界面で所望のスパークプラズマが放電焼結時に生じていない可能性がある。
Beドープによる導電性を付与したcBN粒子（p型半導体）を5万気圧領域で合成し、相当量の精製に着手した。ホウ素ドープダイヤモンド粒子も合わせて調整し、SPS焼結原料としての準備も進めた。
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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
ベルト型高圧装置による6万気圧領域でのスパークプラズマ焼結のための安定な試料構成を確立し、実際種々の粒子径のcBNバインダーレス焼結体を合成した。スパークプラズマ焼結の高圧合成条件の獲得がなされ、経過は概ね順調である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度に検証したcBN粒子の高圧下スパークプラズマ焼結体の硬度は理想値よりも2割程度低く、更なる高品位化を目指してBeドープによる導電性を付与したcBN粒子（p型半導体）の調整と、そのスパークプラズマ放電焼結に挑む。
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