| 研究課題/領域番号 |
19H02033
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
長田 俊郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (50596343)
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| 研究分担者 |
尾崎 伸吾 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20408727)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 自己治癒材料 / セラミックス / 界面制御 / 破壊靭性 / 強度 / 有限要素法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，自己治癒性を格段に高度化する「治癒活性相」を配向性やアスペクト比を制御した結晶粒の粒界/界面に配置しき裂を誘導することで，強度-靱性-自己治癒を兼ねそろえた革新的セラミックス基複合材料を創生することを目的としている．特に，き裂誘導-治癒-き裂再誘導機能を新規着眼点とし，特性評価・予測手法の開発を同時に実施する．2020度は、前年度構築した、アコースティックエミッションAE＋DIC＋き裂進展試験を組み合わせた新規装置を用い、市販のアルミナを対象にき裂進展試験を実施した。また、共同研究者である横浜国大にて有限要素解析を実施し、亀裂進展情報から強度と破壊靭性値、特にR挙動の抽出を実施し、これら特性を逆解析可能であることを確認した。また、新材料の作製に関しては、強度-靱性-自己治癒が共生する新規自己治癒セラミックスの作製を実施した。ゼータ電位を制御した、高アスペクト比粉末を含む複数の原料粉末において強磁場環境において磁場配向を実施し、グリーン体を作製した。その後、SPS焼結を実施することで、高密度・高配向性を有する新規自己治癒セラミックスを作製した。作製した新材料の特性は、強度＝約700MPa、き裂発生に対応する破壊靭性値＝約8.0MPam0.5程度であり、市販のアルミナやベンチマーク材に対して極めて高い特性を示した。顕著な特徴として、平滑試験片の曲げ試験においても、亀裂の分岐による大きな伸びを確認できた。最終年度である2021年度は治癒活性相である微量MnOの界面分散状況を三次元SEMおよびSTEM-EDS等で解析し、さらなる特性改善を目指す。最終的には繰返し治癒能力の評価を実施し、世界最大の繰返し治癒回数の達成を目指す。
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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
今年度は新規自己治癒セラミックスの作製に成功し、優れた機械的特性を有することを確認した。また、有限要素法との連携も進め、市販のアルミナを例題に破壊靭性値（R挙動含む）の解析手法を確立した。以上の観点から「おおむね順調に進展している」と自己評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度は開発した自己治癒セラミックスに対し、強度-靭性-自己治癒が共生することを実証することを第一義の目的としている。そのために、2020年度作製した自己治癒セラミックスに対し、①微量MnOの界面分散状況の確認、②SiCやアルミナの複合率の調整、③破壊靭性（R挙動含む）の調査・ベンチマーク材との比較、④予き裂に対する自己治癒現象、及び繰り返し自己治癒現象の評価、を実施予定である。これにより、「繰返し治癒を可能とするき裂誘導-治癒-き裂再誘導機能の決定因子は何か？」という学術的「問い」に回答することを目指す。
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