硬さと割れにくさを兼ね備えたガラスの合成と構造解析

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03121
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 増野 敦信 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (00378879)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 無容器法 / ビッカース硬度 / クラックレジスタンス

研究成果の概要

本研究では，無容器法を用いて，従来ガラス化しないと思われていた組成域において，新規高充填密度ガラスを合成し，その機械特性の評価や，構造解析を行った．Al2O3-Ta2O5系，やAl2O3-SiO2系をベースとした組成では，ヤング率150GPaを超える硬さを有する超高硬度ガラスが得られた．MgO-SiO2-P2O5系でも新たに合成したMgO高含有ガラスが，MgO低含有ガラスの約2倍の硬度を示すことを見いだした．構造解析の結果から，これらのガラスの局所構造は，一般的なガラスとは大きく異なっており，より充填密度を上げられるような原子配列となっていることがわかった．

自由記述の分野

固体化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

無容器法を用いることで，従来ガラス化しないと思われていた組成域において，これまでのガラスの常識を超える機械的強度をもつ新たな材料，すなわち「本質的に」硬いガラス，割れないガラス，そして，硬くて割れないガラスを開発することに成功した．多角的な構造解析の結果から，これらのガラスの局所構造が従来のネットワークガラスとは大きく異なること，そしてそのことが充填密度を上げ，硬さと割れにくさの向上に寄与していることを明らかにした．硬くて割れないガラスの組成設計指針の確立に資する，構造と物性の相関に関する情報が得られた．