電磁加熱による機能材料プロセシングに関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07045027
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 三宅 正司 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40029286)
• 研究分担者: SAMANDI Maso ウォロンゴン大学, 材料工学科, 講師 ; DUNNE Druce ウォロンゴン大学, 材料工学科, 教授 ; 村川 英一 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (60166270) ; 節原 裕一 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (80236108) ; 巻野 勇喜雄 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20089890) ; 池内 健二 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (10030058)
• キーワード: 電磁エネルギー / 機能材料 / セラミックス焼結 / 異材接合 / 複合化 / 傾斜構造化

研究概要

大阪大学接合科学研究所とオーストラリアのウォロンゴン大学との大学間協力研究として、大出力マイクロ波やプラズマあるいはイオンを利用した新しい電磁加熱プロセスの研究を遂行した。本研究で得られた成果を以下にまとめる。1.周波数28GHzのミリ波帯電磁波を用いて、窒化珪素ならびにジルコニアの焼結実験を行い、従来の電気炉よりも低温かつ短時間の内に緻密化が進行し、著しい粒成長を伴うことなく緻密な焼結体を作製することが可能であることを示した。2.高融点で且つ仕事函数が低く、さらに酸素あるいは塩素などの反応性ガスを含む雰囲気における耐消耗性に優れたプラズマ用新電極材料としてTaCおよびHfCに注目し、アルゴン高周波プラズマによる焼結と、得られた焼結体の電極特性を調べた。その結果、プラズマパラメータのうち、2-5kWの範囲内の高周波入力では、焼結密度および結晶粒度にほとんど影響を及ぼさず、高周波入力の増加が試験片温度の上昇に有効に作用していないことが示唆された。3.高強度の電磁場中で加熱されたセラミックス試料から放射される赤外線スペクトルの計測により試料の温度ならびにその誘電特性を予測する手法の開発を行い、従来の2色放射温度計等に比べ温度計測の精度が向上することを示すと共に、焼結過程での電磁波の吸収特性の予測にも有効であることが示された。4.異種材料薄膜を基材に形成する際における剥離のメカニズムを力学的に解明することを目的として、ひずみエネルギー開放率に基づいて残留応力と座屈を考慮した有限要素法を開発した。
さらに、2ヶ年の共同研究全体のまとめと国際的学術討論を目的として、オーストラリア側研究者に加えて米国、ロシア、ドイツから本研究に関する著名な研究者を招へいし、平成9年2月3日から2日間にわたって大阪大学接合科学研究所において国際共同シンポジウムを開催した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Setsuhara,M.Kamai,S.Kinoshita,N.Abe,S.Miyake and T.Saji: "ADVANCED CERAMICS SINTERING USING HIGH-POWER MILLIMETER-WAVE RADIATION" Materials Research Society Symposium Proceedings. Vol.430. 533-538 (1996)
• [文献書誌] J.Q.Zhang,Y.Setsuhara,T.Ariyasu and S.Miyake: "Characterization of helicon wave plasma designed for direct current sputtering" Journal of Vacuum Science and Technology A. Vol.14. 2163-2168 (1996)
• [文献書誌] S.Miyake: "Application of millimeter-wave radiation for advanced materials processing" Proceedings of International Symposium on Microwave,Plasma and Thermochemical Processing of Advanced Materials. (掲載予定). (1997)
• [文献書誌] Y.Makino,K.Kamai,T.Ohmae and S.Miyake: "Evakuaiton of current path and effect of sintering in pulsed high current process" Proceedings of International Symposium on Microwave,Plasma and Thermochemical Processing of Advanced Materials. (掲載予定). (1997)
• [文献書誌] M.Ushio,K.Ikeuchi and M.Tanaka: "Sintering of TaC and TaC-HfC electrodes by rf plasma" Proceedings of International Symposium on Microwave,Plasma and Thermochemical Processing of Advanced Materials. (掲載予定). (1997)
• [文献書誌] R.Donnann and M.Samandi: "Broadband infrared reflectance spectroscopy(BIRS)of advanced ceramics" Proceedings of International Symposium on Microwave,Plasma and Thermochemical Processing of Advanced Materials. (掲載予定). (1997)
• [文献書誌] S.Sano,T.Banno,K.Oda,S.Kinoshita,Y.Setsuhara and S.Miyake: "Sintering of yttria partially stabilized ziroconia by using 28 GHz millimeter wave" Proceedings of International Symposium on Microwave,Plasma and Thermochemical Processing of Advanced Materials. (掲載予定). (1997)
• [文献書誌] X.Li,M.Samandi and D.P.Dunne: "Structural characterization of metallic and ceramic surfaces modified by ion implantation materials" Proceedings of International Symposium on Microwave,Plasma and Thermochemical Processing of Advanced Materials. (掲載予定). (1997)
• [文献書誌] H.Murakawa: "Simulation of fracture in materials with transient and residual stresses" Proceedings of International Symposium on Microwave,Plasma and Thermochemical Processing of Advanced Materials. (掲載予定). (1997)
• [文献書誌] S.Sano,T.Banno,K.Oda,S.Kinishita,Y.Setsuhara and S.Miyake: "Effct of Calcination Temperature and Atmospher in 2.45 GHz Microwave Sintering of Yttria Partially Stabilized Zirconia" First World Congress on Microwave Processing. 170-171 (1997)
• [文献書誌] S.Miyake,Y.Setsuhara,M.Kamai,S.Kinoshita,T.Ohmae and N.Abe: "Study on Ceramics Heating and Sintering by High-Power Millimeter-Wave Radiation within JWRI at Osaka University" First World Congress on Microwave Processing. 90-91 (1997)
• [文献書誌] Y.Setsuhara,T.Suzuki,Y.Makino,S.Miyake,T.Sakata and H.Mori: "PHASE VARIATION AND PROPERTIES OF(Ti,Al)N FILMS PREPARED BY ION BEAM ASSISTED DEPOSITION" Surface and Coatings Technology. (掲載予定). (1997)