ディフェクトエンジニアリングにより光塑性効果を引き出す強靭化セラミックスの実現

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22K18878
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分26:材料工学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 安藤 大輔 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50615820)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2024-03-31
• キーワード: セラミックス / 光塑性効果 / 双晶界面 / 相変態

研究成果の概要

本研究は、セラミックスの光塑性効果を意図的な二次元欠陥を調質するディフェクトエンジニアリングで達成し、セラミックスは脆いという固定概念を打ち破る挑戦を行った。その結果、Cr添加Al2O3膜は多数の積層欠陥を生じながら塑性変形が可能であることが明らかになった。一方で、その塑性変形量はわずかであったので、他のAlベースの酸化物を探索したところ、蛍光体で有名なアルミン酸ストロンチウム（SrAl2O4）が双晶界面を移動させることで擬弾性変形できることを論文検索から知り、Ba添加することで相安定性を制御することでその性能をさらに向上させることができた。

自由記述の分野

金属組織学

研究成果の学術的意義や社会的意義

SDGsが提唱する低炭素化社会は熱機関の高温化で成し遂げられる。次々世代の耐熱材料は高融点で耐酸化性が良いセラミックスでしか成し遂げられない。しかし、高温で高強度な材料は室温で脆くて壊れやすいという欠点を持つ。この欠点を克服した軽量セラミックス創製に挑戦した。結果、Cr添加Al2O3膜は多数の積層欠陥を生じながら塑性変形が可能であることが明らかになった。一方で、その塑性変形量はわずかであったので、他のAlベースの酸化物を探索し、蛍光体で有名なアルミン酸ストロンチウム（SrAl2O4）が双晶界面を移動させることで擬弾性変形し、Ba添加することで相安定性を制御することでその性能をさらに向上させた。