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2021 年度 実績報告書

金属ホウ化物中間相を利用した粉末冶金的手法による熱電ホウ素化合物の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K14030
研究機関東京都市大学

研究代表者

丸山 恵史  東京都市大学, 理工学部, 准教授 (40780573)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード熱電発電 / ホウ素系複合材料 / 粉末冶金法
研究実績の概要

本研究課題は、反応ホウ化焼結法を利用した粉末冶金的手法を通してホウ素系複合材料を作製し、金属-ホウ素間の共晶現象を利用した相組織構造制御および熱電特性の高性能化に取り組んでいる。本年度は特に組織形成過程と熱物性の精査を行った。
3d遷移金属系の二元系ホウ素化合物を炭化ホウ素の原料粉末に添加し焼結体を作製した。添加する金属相中の金属元素種により熱電特性は大きく変化した。ホウ素化合物の濡れ性の良いNiは炭化ホウ素合成を促進しつつ、炭化ホウ素粒子間に濡れ拡がったため、炭化ホウ素粒子が微細化し熱伝導率が低減した。金属的性質であるNiB系が微細ではあるものの、組織内に均一に分散したため、電気伝導率は添加量の増加に伴い向上した。ホウ素化合物と濡れ性の良くないMnは、中間相が局在化し今のところ熱伝導率への影響はあまりみられなかった。
中間相の導入は、ホウ素化合物の生成を促進し、特に炭化ホウ素など、高温材料の合成においても非常に有効な手法であった。また、熱電的性質はホウ素ー金属間の濡れ性にも依存しており、特に微細組織の影響を受けやすい熱伝導率、そして金属相のパーコレーションによって伝導パス形成が示唆された電気伝導率は、添加する金属元素種に依存しやすいことが明らかになった。
今回、特異な挙動となったMnにおいて、炭素ホウ素比を変更して試料を合成し、熱電的性質を評価した。炭素含有量の多い領域(B/C=4.5)においては、Mn-B系化合物が局在することなく均一に分散したため、Ni添加時と同様に、金属添加量の増加に伴い電気伝導率は向上した。しかし、炭素含有量の多い領域ではMn添加に関わらず、熱起電力の増加はみられなかった。ホウ素量の増加に伴い、Mn-B化合物の局在化、粒成長が生じたため、Mn粉の微細化、粉体混合並びに焼結の最適化により、局在を解くことができれば、さらに熱電的性質が向上すると見込まれる。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Fabrication and Mechanical Properties of Cr, V Doped Mo<sub>2</sub>NiB<sub>2</sub> Hard Materials Based on Crystallographic Approaches2021

    • 著者名/発表者名
      WATANABE Junya、KOYAMA Ryuichiro、MARUYAMA Satofumi
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy

      巻: 68 ページ: 278~285

    • DOI

      10.2497/jjspm.68.278

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 炭化ホウ素系複合材料の液相焼結と熱電的特性2021

    • 著者名/発表者名
      小山柳一郎,平井凌,太田俊樹,長田祐貴,丸山恵史
    • 学会等名
      第18回日本熱電学会学術講演会
  • [学会発表] Fabrication and Thermoelectric Properties of Boron Carbide Based Hard Materials Sintered by SPS2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichiro Koyama, Satofumi Maruyama
    • 学会等名
      The 1st Japan-France Virtual Workshop on Thermoelectrics
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of Boron Carbide Based Hard Materials Using Reaction Boronizing Sintering2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichiro Koyama, Ryo Hirai, Ryoma Sato, Toshiki Ota, Satofumi Maruyama
    • 学会等名
      Material Research Meeting 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and mechanical properties of the AlN added AlMgB142021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Hirai, Ryuichiro Koyama, Satofumi Maruyama
    • 学会等名
      The 8th International Congress on Ceramics
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of metal added boron carbide based hard materials2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichiro Koyama, Toshiki Ota, Junya Watanabe, Ryo Hirai, Ryoma Sato, Satofumi Maruyama
    • 学会等名
      The 8th International Congress on Ceramics
    • 国際学会
  • [学会発表] Mo2NiB2系硬質材料の液相焼結とMo過剰添加効果2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋枝里, 佐藤良磨, 渡辺順也, 丸山恵史
    • 学会等名
      第15回日本フラックス成長研究発表会
  • [学会発表] MoAlB系硬質材料の合成と結晶構造2021

    • 著者名/発表者名
      野村知司, 渡辺順也, 西村聡之, 丸山恵史
    • 学会等名
      第15回日本フラックス成長研究発表会
  • [学会発表] Co置換したMo2NiB2系硬質材料の合成2021

    • 著者名/発表者名
      林亜佑美, 渡辺順也, 西村聡之, 丸山恵史
    • 学会等名
      第15回日本フラックス成長研究発表会
  • [学会発表] Effect of Ni Content on the Mechanical Properties for Mo2NiB2-Ni Cermets2021

    • 著者名/発表者名
      Ryoma Sato, Junya Watanabe, Satofumi Maruyama
    • 学会等名
      Material Research Meeting 2021
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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