セラミックス/金属/有機系の融合材料創生に関する基礎研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450262
• 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: 楠瀬 尚史 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (60314423) ; 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, 助教授 (20226658)
• キーワード: ナノ複合材料 / 分子レベル複合化 / セラミックス / 高分子材料 / 感圧センシング機能 / 機械的性質 / 電気的性質 / 融合材料

研究概要

これまでの2年間の本研究成果として、セラミックスに第2相金属やソフトな物質をナノレベルで分散させる組織制御により、種々の力学的性質が顕著に改善されることを見いだしてきた。本年度はさらにナノ〜分子レベル複合化プロセスを検討すると共にこれを有機系材料へも展開し、以下の新たな知見を得た。
(1))セラミックス粉末表面に超音波を用いてナノサイズ金属を自己組織化して形成する室温ソノケミカルプロセスを新たに見いだした。得られたナノ粒子の粒径は均一であり、表面に強固にコートされていた。処理条件を変化させることで任意の厚さのナノ粒子コーティングが可能であることを見いだした。
(2)高分子中に種々の導電性無機粒子を均一分散させることで、圧力に対して導電率を変化させることに成功した。この結果、感圧センサー機能をもつ有機/無機複合材料の開発に成功した。また、これにナノサイズセラミックス粒子を分散化させることで、機械的強度に優れ、数満開以上の繰り返し圧縮によっても導電率変化が少ない高信頼性感圧センサーの開発に成功した。
(3)ゾルゲル方などの溶液プロセスを用いることで、有機/無機ハイブリッド多層膜の作製方法を新たに見いだした。これは作成条件を制御する事で有機相と無機相がナノオーダーで2次元配向自己組織化したものであり、熱処理により無機相内に2次元配向ナノ結晶を生成可能な事も見いだした。
(4)極微量の金属酸化物をセラミックスに添加することで、種々の物理的性質が顕著に向上することを明らかにした。特に安定化ジルコニアに1mol%以下の酸化物を添加することで、相変態能を任意に制御可能であり、この結果破壊靭性が飛躍的に向上した。こうした微量添加の場合、クラスターレベルでドーパントが分散することで、局所構造が変化していることを高分解能電子顕微鏡観察等で明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 新原,関野,左,楠瀬: "これからのナノマテリアル"バウンダリー. 15・11. 20-27 (1999)
• [文献書誌] K. Niihara: "Development of high performance ceramic base nanocomposites"Metal Powder Report. 54・3. 37 (1999)
• [文献書誌] K. Niihara, N. Bamba, Y. H. Choa, and T. Sekino: "Mechanical and Electrical Properties of 3Y-TZP/SiC and 8YSZ/SiC Nanocomposites"Ceramic Transaction. 96. 197-208 (1999)
• [文献書誌] K. Niihara, Y. K. Jeong, T. Sekino, and Y.-H. Choa: "Plessureless Sintered Alumina/Silicon Carbide Nanocomposites"Ceramic Transactions. 96. 185-196 (1999)
• [文献書誌] K. Niihara and Y. Suzuki: "Strong monolithic and composite MoSi2 materials by nanostructure design"Mat. Sci. Eng. A. 290・1-2. 6-15 (1999)
• [文献書誌] 新原、左、フセイン、浜橋、河原、岡本、西田: "所しい有機/無機感触センサー"マテリアルインテグレーション. 12・5. 47-53 (1999)
• [文献書誌] Y. Hayashi, Y. H. Choa, J. P. Singh, K. Niihara: "Mechanical and Electrical Properties of ZnO/Ag Nanocomposites"Ceramic Transaction. 96. 209-218 (1999)
• [文献書誌] 名和正弘、新原皓一: "新しい双方向ナノ構造を持つ耐衝撃特性に優れたセリア系ジルコニアナノ複合セラミックスの開発"セラミックス. 34・5. 393-396 (1999)
• [文献書誌] J. F. Yang, Y.-H. Choa, T. Sekino and K. Niihara: "Densification and Mechanical Properties of Si3N4/SiC Nanocomposite Using Si Nitrided Si3N4 Powder"J. Mater. Sci. Lett.. 18 ・ 7. 505-507 (1999)
• [文献書誌] 名和、関野、新原: "新しい双方向ナノコンポジットの設計・開発と応用"マテリアルインテグレーション. 12・5. 11-17 (1999)
• [文献書誌] H. Kondo, T. Sekino, Y.-H. Choa and K. Niihara: "Effect of Nickel Addition on Microstructure and Some Properties For Tetragonal Zirccnia"Ceramic Transactions. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] 関野、左、中乎、新原: "金属分散セラミックスナノコンポジットの力学特性と磁気特性"まてりあ. 38・5. 425-428 (1999)
• [文献書誌] T. Sekino,H.Kondo, Y.-H. Choa, N. Bamba. K. Niihara: "Development of Zirconia/Nickel Nanocomposites using Chemical Processing"Proc. of 3rd Int. Nano Ceramic Forum & 2nd Int. Symp. on Intermaterials. 29-35 (1999)
• [文献書誌] R. Nowak, T. Sekino and K. Niihara: "Non-linear Surface Deformation of the ( 1010) Plane of Sapphire : Identification of the Linear Features Around Spherical Impressions"Acta Materialia. 47 ・ 17. 4329-4338 (1999)
• [文献書誌] Y.-H. Choa, N. Bamba, H. Hayashi, H. Kondo, T. Sekino and K. Niihara: "Effect of Pure-Solvents without Deflocculants for Finer SiC Particle Dispersed MgO Based Composite"J. Mater. Sci.. 34 ・ 15. 3789-3793 (1999)
• [文献書誌] Yong-Ho Choa, T. Nakayama, T. Sekino and K. Niihara: "Fabrication of Nano-sized Metal Dispersed Magnesia Based Composites and Related Mechanical and Magnetic Properties"The Korean Journal of Ceramics. 5・4. 395-399 (1999)
• [文献書誌] M. Yoshimura, S.-T. Oh, M. Sando and K. Niihara: "Crystallization and Microstructural Characterization of ZrO2 (3 mol% Y203) Nano- sized Powders with Various Al203 Contents"J. Alloy and Metal Compound. 290 ・ 1-2. 284-289 (1999)
• [文献書誌] Hae Jin Hwang, M. Yasuoka, M. Sando, M. Toriyama, K. Niihara: "Fabrication, sinterability, and mechanical properties of lead zirconate titanate/silver composites"J. Am. Ceram. Soc.. 82 ・ 9. 2417-2422 (1999)
• [文献書誌] Jianfeng Yang. Tohru Sekino and Koichi Niihara: "Effect of Grain Growth and Measurement on Fracture Toughness of Silicon Nitride Ceramics"J. Mater. Sci.. 34 ・ 22. 5543-5548 (1999)
• [文献書誌] T. Kusunose, Y.-H. Choa, T. Sekino and K. Niihara: "Strong Machinable Nano-composite Ceramics"Ceramic Transactions. 94. 443-454 (1999)
• [文献書誌] T. Sekino, J.H. Yu, Y.-H. Choa, J.S. Lee and K. Niihara: "Reduction and Sintering of Alumina/Tungsten Nanocomposites : Powder Processing, Reduction Behavior and Microstructural Characterization"J. Ceram_ Soc. Japan. 108 ・ 6(印刷中). (2000)
• [文献書誌] Y. H. Choa, A. Nakahira, K. Niihara: "Microstructure and Mechanical Properties of SiC-platelet Reinforced Al203/SiC Nanocomposites"J. Mater. Sci.. (印刷中). (2000)