多機能調和型の新規セラミックス基ナノコンポジットに関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08044150
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 新原 晧一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (40005939)
• 研究分担者: 丁 徳珠 韓国KIST, セラミックス部, 主席研究員 ; CASTRO D. 米国MIT, 化学工学科, 助手 ; YING J.Y. 米国MIT, 化学工学科, 助教授 ; 山口 俊郎 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (40167698) ; 左 容昊 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (10283805) ; 関野 徹 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (20226658) ; 上田 智 大阪大学, 産業科学研究所, 講師 (20029870) ; 菅沼 克昭 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (10154444)
• キーワード: ナノ複合材料 / 耐クリープ性 / 微細組織 / セラミックス / 金属系 / 高分子基ナノ複合材料 / 多機能調和型材料 / 機械的特性 / 電磁気的性質

研究概要

酸化物セラミックス基ナノコンポジットである、Al_2O_3/SiCナノ複合材料を作製し、その高温特性を評価したところ、破壊強度の向上に加えて、高温構造材料として重要な耐クリープ性が3〜4桁以上も改善できることを見出した。このような改善はナノサイズ第2相粒子が粒内或いは粒界に均一に分散されたためであることが明らかになった。特に耐クリープ性の向上は粒界に存在するナノサイズSiCがマトリックスの高温でのすべりを止めるくさび効果によりもたらさせることが電子顕微鏡観察によって明らかにされた。
一方、セラミックス/金属系ナノ複合材料では、Al_2O_3/Ni系において室温での機械的特性が大幅に改善できるだけではなく、磁気的特性も改善され高保磁力化が達成された。これは、ナノサイズで強磁性Niを均一に分散したためであることが示され、新規な多機能調和型ナノコンポジットの創製が可能であることが示された。なお、電子セラミックス基ナノコンポジットでは誘電的特性と機械的特性が調和したBaTiO_3基ナノコンポジットの作製に成功し、金属の添加によって高誘電率化が可能であることが明らかになった。
また、セラミックス基ナノ複合材料の材料設計コンセプトを高分子系材料に応用し、エポキシマトリックスにナノサイズのセラミックスを添加したポリマー/セラミックナノコンポジットの開発に成功した。ナノサイズ分散粒子の添加によって高分子材料の破壊強度を向上できるのみならず、この材料を繊維強化ポリマーのマトリックスとして用いた場合、繊維との有効な相互作用を発現できる結果、非常に高靱性で優れた特性を持つ材料の作製に成功した。
以上の研究から、ナノ複合材料の工学的応用の可能性が導き出されたが、一部の力学特性や電磁気的特性の発現機構についてはまた明らかではなく、今後はさらに適切なプロセスの開発と、材料のナノレベルでの構造・特性の解析を積極的に行う計画である。

研究成果

• [文献書誌] T.Hirano: "Effects of ball-milling time on the properties of low purity beta-phase silicon nitride powder and the hot-pressed body" J.Ceram.Soc.Jpn.104. 348-353 (1996)
• [文献書誌] M.Hussain: "Effects of coupling agents on the mechanical properties improvement of the TiO_2 reinforced epoxy system" Materials Letters. 26. 299-303 (1996)
• [文献書誌] K.Suganuma: "Strength and microstructure of tin-silver/copper interface" Proc.lst.Pan pacific Microelectronics Symposium. 179-185 (1996)
• [文献書誌] J.Y.Ying: "Synthesis of Stable Hexagonally-Packed Mesoporous Niobium Oxide Molecular Sieves Through a Novel Ligand-Assisted Templating Mechanism" Angew.Chem.Int.Ed.Engl.35. 426-430 (1996)
• [文献書誌] Kwang-Taek Hwang: "Influence of SiC particle size and drying method on mechanical properties and microstructure of Si_3N_4/SiC nanocomposite" Materials Letters. (in print). (1997)
• [文献書誌] Young-Keun Jeong: "Effect of milling conditions on the strength of alumina-silicon carbide nanocomposite" J.Amer.Ceram.Soc.(in print). (1997)
• [文献書誌] K.Niihara: "In-situ Fabrication of Tungsten Nanocrystal Encapsulated Carbon Ball in TEM" Materials Letters. 27. 121-124 (1996)
• [文献書誌] T.Ohji: "Particle/matrix interface and its role in creep inhibition in alumina/silicon carbide nanocomposites" J.Am.Ceram.Soc.79. 33-45 (1996)
• [文献書誌] T.Sekino: "Mechanical and Magnetic Properties of Nickel Dispersed Alumina-Based Nanocomposite" Materials Letters. 29. 165-169 (1996)
• [文献書誌] T.Sekino: "Fabrication and Mechanical Properties of Fine-Tungsten-Dispersed Alumina-Based Composites" J.Mater.Sci.(in print). (1997)
• [文献書誌] T.Sekino: "Reduction and Sintering of Nickel Dispersed Alumina Composite and its Properties" J.Amer.Ceram.Soc.(in print). (1997)
• [文献書誌] T.Hirano: "Effects of matrix grain size on the mechanical properties of Si_3N_4/SiC nanocomposite densified with Y_2O_3" Materials Letters. 27. 53-58 (1996)
• [文献書誌] 新原晧一: "エネルギー分野における新材料" 資源エネルギー学会(印刷中), (1997)