研究課題
初年度に導入した超高温酸化・不活性雰囲気炉および、応力場制御プロセスとして1400℃常用の高温炉を付属させた精密万能試験機を用い、高純度Al_2O_3、Y_2O_3およびTZPに極微量のカチオンドープおよび電場・応力場・雰囲気制御下での焼結プロセスを行った。これにより、種々のナノ界面構造を有する酸化物多結晶体を捧製すると共に、ナノ界面物質輸送現象の評価を目的として高温塑性特性、イオン伝導性、拡散係数の評価、界面エネルギーの測定によりナノ界面物質輸送現象の実験的評価を行った。以上の実験の結果、電場・応力場印加焼結により、例えば従来難焼結性とされてきたY_2O_3において焼結温度を800℃以上低減させることに成功した。高分解能透過型電子顕微鏡を中心としたナノ界面における微細構造や化学組成・電子状態評価により、この低温焼成にはナノ界面固相反応に伴う点欠陥反応とイオン伝導が関連することを示唆するデータを得た。また、TZPにおいてナノ界面へのカチオンドープにより粒界化学結合状態を制御し、微細粗放観察と第一原理分子軌道計算の結果と併せて、ナノ界面電子状態とイオン伝導性および高温粒界塑性との関連を明らかにした。また、この知見を応用し、超塑性伸び1000%超のTZP単相材の製造に成功した。この延性は、単相セラミックスとしては最高の値である。従来、イオン伝導や高温機械特性は粒内の格子定数変化やイオン半径効果でのみ議論されてきたが、本研究により組織制御と機能発現に新たな指針をもたらすものと期待される。
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