| 研究課題/領域番号 |
16H04211
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
後藤 孝 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60125549)
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| 研究分担者 |
且井 宏和 東北大学, 金属材料研究所, 特任准教授 (70610202)
キテワン メタヤー 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90780528)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 放電プラズマ焼結 / 相分離 / 非酸化物 / 微細組織 / 機械的特性 / 高温材料 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の最終目的は、放電プラズマ焼結（SPS）法による遷移金属基非酸化物の完全焼結と、熱時効にともなう相分離機構を明らかにし、高融点セラミックス材料の自己組織化によるナノ構造制御プロセスを開発することである。このために、「TiC-ZrCの焼結固溶挙動」、「熱時効による相分離メカニズム」、「遷移金属置換と窒素置換の影響」および「ナノ構造と機械的特性の相関」の4点を重点課題とする。これらの課題に対し、SPSによる高速焼結と微細構造の直接観察を通して、TiC-ZrC系を主軸とした一連の遷移金属基炭窒化物の固溶-相分離ダイナミクスを解明する。
平成28年度はTiC-ZrCの焼結・固溶挙動に焦点を当て、金属助剤を使用せずに高密度化するための焼結条件や相分離を生じるための熱時効条件を明らかにしてきた。TiC-ZrCにおいて幅広い組成や焼結条件が格子定数や構成相、微細組織、密度、機械的特性に及ぼす影響を詳細に調べた。TiCリッチ組成では、比較的低温（2000 K）のSPSで相対密度95%以上に高密度化するのに対し、ZrCリッチ組成では2373 Kでも相対密度は90%に達しなかった。焼結過程において、緻密化が著しく進行する温度領域では、TiCやZrCの格子定数も変化し、焼結と同時に固溶を進行することが示唆された。相対密度が95%以上のTiZrC固溶体のビッカース硬さは20 GPaを超え、仕込みTiC組成が80mol%以上で高密度化したTiZrC固溶体のビッカース硬さは最大26 GPaに達した。また、高密度化したTiZrC固溶体を熱時効処理することで、Tiリッチ組成とZrリッチ組成の二相に分離することを実験的に明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成28年度は当初より重点課題の一つとして挙げた「TiC-ZrCの焼結固溶挙動」に焦点を当てる予定であり、TiC-ZrCの幅広い組成域および焼結条件を精査することで、焼結挙動と固溶体形成過程の詳細を明らかにし、それらの相関を検討した点は、本研究課題が順調に進行したものと考える。また、２番目の重点課題として挙げた「熱時効による相分離メカニズム」についても、既にTiZrC固溶体における熱時効による相分離を実験的に捉えており、29年度も当初の計画通りに進行する目途を立てている。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度は、重点課題として挙げた「熱時効による相分離メカニズム」に焦点を当て、高密度化たTiZrC固溶体の相分離機構の解明を目的とする。幅広いTi/Zr組成域の緻密な固溶体に対し、熱時効時間や温度が相分離挙動に及ぼす影響を精査する。既に、熱時効・相分離によりサブミクロンサイズのノジュール組織が形成することを捉えており、この自己組織化挙動・様式を時間スケールおよび温度スケールに対して系統的に整理する。これらの微細組織・界面構造はナノ～サブミクロンとなるため、透過型電子顕微鏡による直接観察を中心とした構造解析を丹念に行うことで、相分離メカニズムを検討する。同時に、構成相や格子定数、機械的特性を調べ、熱時効による相分離がこれらに及ぼす影響を明らかにする。
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