傾斜機能材料の物理・化学「傾斜機能材料の傾斜化プロセス」

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08243102
• 研究種目: 重点領域研究
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 平井 敏雄 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50005865)
• 研究分担者: 福本 昌宏 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (80173368) ; 横尾 俊信 京都大学, 化学研究所, 教授 (90158353) ; 大柳 満之 龍谷大学, 理工学部, 講師 (30213888) ; 渡辺 龍三 東北大学, 工学部, 教授 (20005341)
• キーワード: 傾斜機能材料 / 材料合成プロセス / 材料設計 / 放電プラズマ法 / 粒子制御配列法 / 加圧燃焼合成法 / ゾル-ゲル法 / メカニカルアロイング

研究概要

理論的に設計された傾斜機能分布関数に従った組成あるいは組織の傾斜化を実現するための各種材料創製技術を開発しそのプロセス原理を確立することを目的として、放電プラズマ焼結法、粒子制御配列法、加圧燃焼合成法、ゾル-ゲル法およびMA-プラズマ溶射法などによる傾斜機能材料の合成を行った。(1)最近注目されている放電プラズマシステムは、焼結温度の傾斜化を比較的容易に形成できる特徴を有し、焼結温度の異なるセラミックス/金属、高分子/金属などの様々な物質系の傾斜機能材料合成に適していることが判明した。具体的にはZrO_2(3Y)/Ni、ZrO_2(3Y)/SUS、ポリイミド/Cu系傾斜機能材料を合成した。(2)粒子制御配列法は、形状やサイズにあるいは性状を制御した粒子(特に単一粒径のもの)を、三次元的に設計されたパターンに従って配列することによって、傾斜機能化による新しい機能を発現させるプロセスである。平成8年度は本法を実現するための単分散粒子の作製と粒子配列制御装置の設計を行った。パルス圧力付加オリフィス噴射法を用いて、粒径、表面性状および内部組織をコントロールしながら、熱電変換用傾斜機能材料に用いるBi-Sd系球形単分散粒子を作製し、さらに、生成粒子の焼結接合条件を明らかにした。(3)粒状固体を加圧媒体とする加圧燃焼合成法は、長時間の高温処理により相転移あるいは化学反応が引き起こされるような非平衡物質の傾斜化に適していることが分かった。本法により、ダイヤモンド/サ-メット系傾斜機能材料を合成した。(4)ゾル-ゲ法を傾斜機能光半導体薄膜電極の作製に適用して傾斜機能材料合成の有効性を確認できた。チタニアコロイドを合成し、ネサガラス基板への塗布と熱処理を行うことにより、粒径がそれぞれ0.6及び0.2ミクロンのチタニア粒子からなる多孔質薄膜電極を作製した。光電極特性を評価した結果から、チタニア粒子には充分なバンド傾斜が形成されていることが分かった。(5)メカニカルアロイング(MA)により微細かつ均質に混合された複合熱電材料粉末をプラズマ溶射する、いわゆるMA-プラズマ溶射法により、傾斜機能熱電厚膜素子を作製した。MA-プラズマ溶射法のプロセスを検討し、Fe-Si/Si/Ge系についてのドープ元素傾斜化と積層化を実現した。

研究成果

• [文献書誌] 張 聯盟: "熱応力緩和型梯度材料的結構優化方法" 中国有色金属学報. 5. 620-623 (1996)
• [文献書誌] L. M. Zhang: "High-temperature ductility of TiC by MSP and the effect of Cr_3C_2 additive" Comp. Eng.,. S664-S667 (1996)
• [文献書誌] L. M. Zhang: "Cylic thermal shock resistnce of TiC/Ni_3AlFGMs" Comp. Eng.,. (1997)
• [文献書誌] 川崎 亮: "金属/セラミックス系焼結傾斜機能材料の熱衝撃き裂伝播機構" 粉体および粉末治金. 43. 295-299 (1996)
• [文献書誌] A. Kawasaki: "Concept and P/M fabrication of functionally gradient materials" Ceramics International. 24. 73-83 (1997)
• [文献書誌] 渡辺龍三: "傾斜機能材料の組織学" 金属. 67. 31-36 (1997)
• [文献書誌] M. Shibuya: "Simultaneous Synthesis and Densification of TiN/Ti-Ni Composites by SHS Nitridation" International J. Self-propagating Hith Temp. Synthesis. 5. 77-82 (1996)
• [文献書誌] M. Ohyanagi: "TiC/TiAl Composite Fabricated by SHS/Dynamic Pseudo Isostatic Compaction through Snad Medium" Proc. of the Int. Conf. on Host Isostatic Pressing, 20-22May 1996, Andover, UK. 289-294 (1996)
• [文献書誌] M. Ohyanagi: "Graded Dispersion of Diamond in TiB2-Based Cermet by SHS/Dynamic Pseudo Isostatic Compaction (DPIC)" Proc. 4th Int. Symp. Functionally Graded Mtaterials, Oct. 21-24, 1996, Tsukuba, Japan. (in press).
• [文献書誌] P. Innocenzi: "Dimer-to Monmer Transfomation of Rhodamine 6G in Sol-Gel Sillica Films" J. Non-Cryst. Solids. 201. 26-36 (1996)
• [文献書誌] Gao Lin Zhao: "Photoelectrochemicl Properties of Metal Particle Doped TiO_2Films Prepared by Sol-Gel Method" Thin Solid Films. 277. 147-154 (1996)
• [文献書誌] T. Yoko: "Photoelectrochemical Properties of TiO_2Coating films Prepared Using Different solvetns by Sol-Gel Method" Thin Solid Films. 283. 188-196 (1996)
• [文献書誌] 福本昌宏: "Ni-Al系メカニカルアロイ粉末のDCプラズマ溶射による金属間化合物皮膜の作製" 溶接学会論文集. 14. 609-614 (1996)
• [文献書誌] Y. Huang: "Effect of substrate material on flattering behavior of plasma sprayed Ni particles" Proc. 6th Int. Symp. JWS. 2. 731-736 (1996)
• [文献書誌] 黄 亜輝: "種々の平滑基材上でのNi溶射粒子の偏平" 日本金属学会誌. 60. 1215-1221 (1996)