| 研究領域 | ミルフィーユ構造の材料科学-新強化原理に基づく次世代構造材料の創製- |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00087
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
池田 賢一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20335996)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | キンク強化 / キンク変形 / MAX相セラミックス / 配向制御 / 高温変形 / MAX相 / ポーラス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ミルフィーユ構造を有するMAX相セラミックスは、Mn+1AXnの化学式で示される三元層状炭化物もしくは窒化物である。研究代表者は、磁場中スリップキャストと放電プラズマ焼結を用いてTi3SiC2配向焼結体を作製し、力学特性の配向方位依存性を評価してきた。近年の計算科学による研究より、ポーラス焼結体がキンク強化機構の解明ならびにキンク強化型焼結体の創製に繋がると考えた。そこで本研究では、MAX相セラミックスを研究対象として、配向ポーラスおよび緻密焼結体を用いて種々の温度におけるキンク強化機構を解明するとともに、キンク強化型層状ミルフィーユ材料創製のための設計指針を提案することを目指している。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、MAX相セラミックスを研究対象として、配向焼結体を用いて種々の温度における力学特性およびキンク強化機構を解明することを目的として研究を実施した。今年度の成果の概要を示す。
(1)配向Ti3SiC2焼結体のキンク強化に及ぼす諸因子の影響
これまでに確立した手法を用いて配向Ti3SiC2焼結体を作製し、キンクが発生しやすい方向からの一軸圧縮によりキンク帯を試験片内に導入した後、底面すべりが活動しやすい方向となるように圧縮試験片を作製した。焼結体の気孔率ならびに一次圧縮率を変化させることで、高温圧縮挙動に及ぼすこれらの因子の影響について検討した。その結果、0.2%耐力は気孔率と線形関係を有することがわかった。一方、一次圧縮率を変化させたところ、高温圧縮変形において加工硬化挙動に違いが生じることがわかった。ただし、一次圧縮率が高いほど加工硬化指数が大きくなるわけではなく、内部に導入されるキンク帯の性格によって変化することが示唆された。
(2)配向Ti2AlC焼結体の力学特性に及ぼす配向方位の影響
配向Ti2AlC焼結体を用いて、圧入方向と配向方位を変化させた試験片を作製し、ビッカース硬さの違いや圧痕形状の違いを評価した。その結果、荷重軸とc軸のなす角度が大きくなるほど圧痕形状に異方性が生じることがわかった。圧痕近傍を観察したところ、なす角度が0°では圧痕先端から4方向に等方的に亀裂が進展するが、45°では底面トレースと垂直方向の片側に、90°は両側にpile-upが確認され、亀裂進展が抑制されることが明らかになった。Pile-upの領域を詳細に観察したところ、キンク変形時に形成される座屈構造と層間剥離が確認された。Ti3SiC2配向焼結体での研究においても同様の傾向が生じていることから、MAX相セラミックスでは破壊靭性の向上にキンク変形が大いに影響を及ぼすことが示された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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