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2020 年度 実績報告書

非平衡プロセスの動力学開拓による焼結力学の体系化

研究課題

研究課題/領域番号 19K05093
研究機関東京工業大学

研究代表者

若井 史博  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30293062)

研究分担者 吉田 道之  岐阜大学, 工学部, 助教 (70431989)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード焼結 / 連続体力学 / トモグラフィー / 強度 / 信頼性 / セラミックス / ナノ粒子
研究実績の概要

焼結は成形した粉体を加熱して複雑形状部品を製造する技術である.セラミック部材の物性や強度は,この焼結プロセスで形成される微構造や微小な内部欠陥に大きく影響される.本研究では焼結現象をマルチスケールの力学の視点から捉え,「焼結力学」として体系化することを目指した.焼結の平衡熱力学を越えて非平衡プロセスの動力学を確立するための一つのステップとして,多数のガラス粒子集合体の粘性焼結における複雑な形態変化がミクロスケールの焼結力から導出される表面エネルギーテンソルによって記述できることを見出した.また,製品の強度信頼性の向上には,粉体プロセス過程で導入された欠陥を焼結により除去することが必要である.巨視的な収縮を記述する連続体力学をもとに加圧焼結(HIP, HP, SPS,焼結鍛造)による微細粒アルミナ成形体中の粗大欠陥の収縮・消滅プロセスを理解し,予測,制御する方法論を開発し,信頼性向上の指針を得た.さらに,Au(金)のサブミクロン粒子の焼結における複雑な構造形成過程を集束イオンビーム(FIB)-SEMトモグラフィーで直接観察し,不均質,かつ,異方的な微構造変化を定量的に表現する様々な手法を提案するとともに,緻密化とともに「不均一領域の粗大化」の現象が起こることを見出した.この概念は焼結に伴う粒成長とは区別すべきものであり,焼結の緻密化挙動の構成方程式に粒径とは別のスケール因子を導入する必要があることを明らかにした.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 9件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Mechanics of shape evolution of particle aggregates in viscous sintering2021

    • 著者名/発表者名
      Fumihiro Wakai, Yuta Numanami, Tomoki Sekiya, Norimasa Nishiyama
    • 雑誌名

      Journal of the European Ceramic Society

      巻: 41 ページ: 797-810

    • DOI

      10.1016/j .jeurceramsoc.2020.08054

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anisotropic microstructural evolution and coarsening in free sintering and constrained sintering of metal film by using FIB-SEM tomography2021

    • 著者名/発表者名
      Gaku Okuma, Ryo Miyaki, Kan Shinobe, Anna Sciazko, Takaaki Shimura, Zilin Yan, Shotaro Hara, Toshinori Ogashiwa, Naoki Shikazono, Fumihiro Wakai
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [学会発表] 粒子・焼結・超塑性ー硬いセラミックスのソフトマター物理2021

    • 著者名/発表者名
      若井史博
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2021年年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 結像型X線ナノCTによる電子デバイスの信頼性解析:MLCCの電極構造形成プロセス2021

    • 著者名/発表者名
      大熊学,斎藤直哉,若井史博,水野高太郎
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2021年年会
  • [学会発表] 加圧焼結によるアルミナ焼結体中の内部欠陥収縮過程の放射光X線CT観察2021

    • 著者名/発表者名
      遠藤順也,大熊学,若井史博
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2021年年会
  • [学会発表] Modeling of elimination of strength-limiting defects by stress-assisted sintering2021

    • 著者名/発表者名
      Fumihiro Wakai
    • 学会等名
      ICC8 (8th International Congress on Ceramics)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Processing-induced defects formed during sintering of alumina observed by multiscale 3D X-ray tomography2020

    • 著者名/発表者名
      Gaku Okuma, Shuhei Watanabe, Kan Shinobe, Norimasa Nishiyama, Fumihiro Wakai, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, Satoshi Tanaka
    • 学会等名
      PACRIM13
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanics of sintering in formation and disappearance of a closed pore2020

    • 著者名/発表者名
      Fumihiro Wakai, Gaku Okuma, Norimasa Nishiyama, Olivier Guillon
    • 学会等名
      PACRIM13
    • 国際学会
  • [学会発表] Sintering forces acting among particles during sintering by grain boundary/surface diffusion2020

    • 著者名/発表者名
      Fumihiro Wakai, Gaku Okuma, Norimasa NIshiyama, Olivier Guillon
    • 学会等名
      MS&T19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Micromechanics of sintering in particle scale2020

    • 著者名/発表者名
      Fumihiro Wakai
    • 学会等名
      World Round Table Conference on Sintering, WRTCS
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synchrotron X-ray CT imaging of processing-induced defects formed during sintering of alumina2020

    • 著者名/発表者名
      Gaku Okuma, Shuhei Watanabe, Kan Shinobe, Norimasa NIshiyama, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, Satoshi Tanaka, Fumihiro Wakai
    • 学会等名
      MRM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Prediction of fracgture from various shaped defects by XFEM2020

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Watanabe, Gaku Okuma, Yosuke Sato, Tomoki Sekiya, Norimasa Nishiyama, Fumihiro Wakai
    • 学会等名
      MRM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of transparent polycrystalline MgO by combination of spark plasma sintering and high pressure-high temperature synthesis2020

    • 著者名/発表者名
      Masaya Endo, Gaku Okuma, Norimasa Nishiyama, Fumihiro Wakai
    • 学会等名
      MRM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Evolution of anisotropic microstructures in free sintering and constrained sintering of Au sub-micron particles observed by FIB-SEM tomography2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Miyaki, Kan Shinobe, Gaku Okuma, Anna Sciazko, Taaaki Shimura, Shotaro Hara, Toshinori Ogashiwa, Naoki Shikazono, Norimasa Nishiyama, Fumihiro Wakai
    • 学会等名
      MRM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 焼結プロセスのミクロ力学原理2020

    • 著者名/発表者名
      若井史博,大熊学,西山宣正,Guillon Olivier
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 2019年度春季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] SPring-8のマルチスケールX線CTでみるアルミナの3次元内部欠陥形成プロセス2020

    • 著者名/発表者名
      大熊学,渡辺修平,篠部寛,西山宣正,若井史博,竹内晃久,上杉健太郎,山口駿太郎,田中智
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 2019年度春季大会

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公開日: 2022-12-28  

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