| 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 |
21H00094
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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 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉田 英弘 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80313021)
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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 |
11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2021年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
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| キーワード | ミルフィーユ構造 / セラミック / マイクロピラー / 通電支援焼結 / フラッシュ現象 / キンク / 塑性変形 / 通電焼結 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、フラッシュ現象を中心とした通電支援焼結技術を駆使し、高強度構造セラミックスにおいて高度に制御されたミルフィーユ構造を創製すると共に、そのキンク変形帯の導入および力学特性を調査し、変形帯の導入に伴う機械特性の向上を目指す。特に本研究では、様々な酸化物を組み合わせたミルフィーユ構造セラミックスの創製とあわせて、キンク変形帯の導入メカニズムを解明を図る。本研究により、MFS 材料科学をセラミックスに展開し、当該研究分野の発展に大きく寄与するのみならず、構造セラミックス材料の実用を拡大するものと期待される。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、フラッシュ現象を中心とした通電支援焼結技術を駆使し、高強度構造セラミックスにおいて高度に制御された異方性微細積層構造、いわゆるミルフィーユ構造を創製すると共に、その微構造にキンク変形帯を導入し、その力学応答を調査することで変形帯導入に伴う機械特性の向上を目指した。
硬質層として高強度・高硬度を有するAl2O3、軟質層として比較的塑性変形が容易なGdAlO3（GAP）ペロブスカイト構造相を中心に取り扱った。強電場を印加することで発現するフラッシュ現象下において、共晶反応により一方向に成長した、微細な擬似ミルフィーユ構造を有する試料を得た。また比較材として通常の溶融・急冷により得られるAl2O3-GAP共晶材料、また上記強電場下で得られる共晶材料から切り出されたAl2O3単結晶も併せて用意した。これらの試料から、FIB加工によって圧縮方向と結晶方向をさまざまに変化させたマイクロピラー試験片を作製し、室温においてナノインデンタ内で圧縮変形挙動を系統的に調査した。その結果、結晶成長方向に対して15°程度以上傾いた圧縮方位では降伏挙動ならびにその後に続く塑性変形および加工硬化が認められた。変形途上の試料について、FIB加工によって薄片化させTEM観察したところ、微細共晶組織を有する試料では、本来室温では活動しないbasal転位が多数認められた。また、この転位活動に伴い、Al2O3およびGAP相がその異相界面で界面剥離を起こさずに屈曲するという、高強度酸化物としては非常に珍しい微細組織を呈していることが判明した。こうした結果から、セラミックス材料においては、ミルフィーユ構造に類する微細構造を作り込むことにより、主すべり系以外のすべり系が活動し、思想界面剥離を起こさずに塑性変形を起こし、且つ加工硬化する（すなわち塑性変形に伴う強度上昇）ことを初めて実証するに至った。
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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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