| 研究課題/領域番号 |
15560592
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
無機材料・物性
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
田中 英彦 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, ディレクター (40343868)
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| 研究分担者 |
広崎 尚登 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 主席研究員 (80343838)
西村 聡之 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 主幹研究員 (50354428)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| キーワード | 環境対応材料 / 多孔体 / 炭化ケイ素 / 焼結粒成長速度 / 拡散 / 自由エネルギー理論 |
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| 研究概要 |
SiC製セラミックス多孔体は、ディーゼル廃ガス黒鉛粒子フィルター(DPF)や大気・水浄化フィルターに広く応用されようとしており、重要な対環境用材料であり、世界的に市場が拡大しつつある。固体粉末を多孔体に焼成するときの素過程は焼結と粒成長であり、多孔体は粉末の粒成長促進によって製造される。粉末の焼結と粒成長の理論は旧態依然で停滞しており、ブレークスルーが必要な次期に来ている。
本研究では、はじめに、粉末の持つ過剰自由エネルギー、すなわち表面エネルギーなどによって駆動されると仮定し、新しい物質移動の速度式を導出した。自由エネルギーを加味した理論は従来理論になく、多孔体の焼成に新しい粒成長の理論基盤ができた。
次に、第二に、粒成長と焼結を加速する助剤を探査し、新しいAl-B-C添加物を発見した。従来の焼成温度を250℃ほど低温化できた。副二次的な成果として、低温で熱間静水加圧焼結を可能にし、完全緻密化した材料も得ることが出来た。SiCの多孔体製造は高温が必要であるが、この添加物を使うことによって経済的に製造することが出来る。
第三に、粒子第二相を添加したときの焼結と粒成長を検討し、多孔体作成の可能性を調査した。金属ホウ化物には粒子分散材料として働くものと、多孔体を製造するものがあった。前者からは高靱性材料、後者からは多孔体が製造できる。
最後に、探査した添加物と転移の自由エネルギーが駆動する速度論を応用し、多孔体の合成を行った。結晶系の異なるSiC粉末とAl-B-C添加物を出発原料にしてSiC多孔体を製造した。添加物はSiC粒子の粒成長を低温で加速させた。また、異なる結晶系間に多形転移が起こった。転移エネルギーは粒成長を促した。両者の効果から、環境浄化用SiC多孔体を製造できた。多孔体の密度は50%前後、強度は高く100MPa前後で、DPFに最適な材料である。
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