| 研究課題/領域番号 |
17H03149
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| 研究機関 | 千葉工業大学 |
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研究代表者 |
原 祥太郎 千葉工業大学, 工学部, 准教授 (10401134)
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| 研究分担者 |
鹿園 直毅 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345087)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 焼結 / マルチスケール / トモグラフィー / 固体酸化物形燃料電池 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は，薄膜状の電極粉末スラリーが緻密な電解質基板上で焼結する拘束焼結プロセスを対象とし，その焼結実験・焼結体の微細構造特性評価ならびに解析モデリングの開発に取り組んだ．具体的には，SOFCの空気極側を対象とし，電極材料として混合導電性材料のLSCFを，電解質材料としてガドリアドープドセリア （GDC）を用いた．拘束焼結体は，電解質基板上に電極粉末スラリーをスクリーンプリント法やテープ成形法で塗布した後，管状炉内で焼結させることによって得た．つづいて，界面近傍の微細構造をFIB-SEMを用いて三次元再構築化した．本年度，焼結条件の異なる5サンプルの拘束焼結体の再構築化に成功し，得られた再構築像を用いて界面近傍の粒径，密度，屈曲度ファクター等の微細構造パラメータの分布を取得した．その結果，自由焼結（基板のないモデル）に比べて，拘束焼結では緻密化が遅くなることを定量的に明らかにした．また拘束焼結の初期過程では，界面近傍の数ミクロン程度の領域において，基板が薄膜に及ぼす引張り応力の結果として，粒径や密度に分布が発生すること，空隙形状に異方性が生じることも明らかとなった．また，本年度新たに導入した長作動マイクロスコープレンズを用いて，自由焼結体の試料形状のリアルタイムモニタリング装置を開発し，ペレット状の試料の収縮速度の定量測定を可能にした．さらに，卓上コーターを用いて一体焼結サンプルの試作に成功した．これらの知見をもとに，次年度以降は焼結シミュレーターの改良を行う．
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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
拘束焼結現象を明らかにする上で必要不可欠であるFIB-SEMを用いた焼結体の三次元再構築化に新たに着手し，焼結体の確保と三次元再構築化に成功した．また，焼結状況のリアルタイムモニタリング装置，次年度以降の対象となる一体焼結サンプルの試作もできており，研究はおおむね順調に進展しているといってよい．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、拘束焼結現象から一体焼結現象の解明へと展開を図る。そのため，本年度、試作が可能となったサンプル製造方法をもとに，電解質／電極の一体焼結サンプルを作製し，本年度同様、FIB-SEMを用いた一体焼結体の微細構造の三次元再構築化を行い、拘束焼結との違いを明らかにする。また、微細構造だけでなく、一体焼結体の焼結中の様子をその場観察し，一体焼結体の形状変化を実施する。さらに、本年度得られた拘束焼結の三次元微細構造をもとに、拘束焼結の構造変化を予測するキネティックモンテカルロ法の簡易モデルの開発を実施する。
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