直接計測による単一粒界の焼結動力学の探究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360319
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 材料加工・処理
• 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, 応用セラミックス研究所, 教授 (30293062)
• 研究分担者: 赤津 隆 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (40231807) ; 篠田 豊 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教 (30323843)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 焼結 / セラミックス / 粒界拡散 / 粒界エネルギー / 異方性 / 表面拡散 / 連続体力学

研究概要

焼結は膨大な数の粒子が高温で周囲と相互作用して運動する結果として起こる。本研究では単一粒界の焼結における収縮と粒子回転の結晶粒相互の方位依存性を、収束イオンビーム(FIB)加工した微小試験片を用いて、直接計測する技術を開発した。この技術により、結晶方位に依存する粒界拡散係数、粒界エネルギーをひとつひとつの粒界に対して測定し、粒界ごとに異なる焼結挙動と２つの粒子間に作用する「焼結力」を解明した。微視的な焼結力をもとに、巨視的な焼結挙動を記述する連続体力学の「焼結応力テンソル」と結晶粒配向等によるその異方性を解析するとともに、多粒子凝集体の形状変化を記述するテンソル・ビリアル方程式を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] セラミックスの焼結力学 - 安全・安心のセキュアマテリアルに向けて - (2014)
  • 著者名/発表者名: 若井史博, 赤津隆, 篠田豊
  • 雑誌名: セラミックス 巻: Vol. 49 ページ: 82-88
• [雑誌論文] Tensor virial equation of evolving surfaces in sintering of aggregates of particles by diffusion (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai and K.A. Brakke
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: Vol. 61 ページ: 4103-4112
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2013.03.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanics of viscous sintering on the micro- and macro- scale (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: Vol. 61 ページ: 239-247
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2012.09.054
  • 査読あり
• [雑誌論文] 焼結力学のマルチスケールモデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 若井史博
  • 雑誌名: 粉体および粉末冶金 巻: Vol. 59 ページ: 721-727
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tensor-Virial equation for deformation of a particle in viscous sintering (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai, Y. Shinoda, and T. Akatsu
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 巻: Vol. 95 ページ: 2785-2787
  • DOI: 10.1111/j.1551-2916.2012.05357.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural evolution and anisotropic shrinkage in constrained sintering and sinter forging (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai and R.K. Bordia
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 巻: Vol.95 ページ: 2389-2397
  • DOI: 10.1111/j.1551-2916.2012.05211.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three dimensional computer study of rearrangement during liquid phase sintering (2012)
  • 著者名/発表者名: Z.S.Nikolic and F. Wakai
  • 雑誌名: Mathematical and Computer Modelling 巻: Vol.55 ページ: 1251-1262
  • DOI: 10.1016/j.mcm2011.10.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observations of sintering mechanics of a single grain boundary (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai, H. Fukutome, N. Kobayashi, T. Misaki, Y. Shinoda, T. Akatsu, M. Sone and Y. Higo
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: Vol.60 ページ: 507-516
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2011.10.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanics of sintering for coupled grain boundary and surface diffusion (2011)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai and K.A. Brakke
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: Vol. 59 ページ: 5379-5387
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2011.05.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of grain boundary sliding on shear viscosity and viscous Poisson's ratio in macroscopic shrinkage of sintering (2011)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai and Z. Nikolic
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: Vol. 59 ページ: 774-784
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2010.10.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cation diffusion in yttria-zirconia by molecular dynamics
  • 著者名/発表者名: R.L. Gonzalez-Romero, J.J. Melendez, D. Gomez-Garcia, F.L. Cumbrera, A. Dominguez-Rodriguez, and F. Wakai
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: Vol. 204-205 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1016/j-ssi.2011.10.006
  • 査読あり
• [学会発表] Sintering mechanics for secure materials (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai, T. Akatsu and Y. Shinoda
  • 学会等名: 5th International Symposium on Advanced Ceramics (ISAC-5)
  • 発表場所: Wuhan, China
  • 年月日: 20131209-12
  • 招待講演
• [学会発表] 拡散による微粒子凝集体の焼結のテンソル・ビリアル方程式 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若井史博, K.A. Brakke
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第26回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 信州大学,長野
  • 年月日: 20130904-06
• [学会発表] Mechanics of viscous sintering in micro- and macro scales (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai
  • 学会等名: 13th International Conference of the European Ceramic Society
  • 発表場所: Ester Technopole, Limoge, France
  • 年月日: 20130623-27
• [学会発表] 粒界・表面・界面現象としての焼結プロセス (2013)
  • 著者名/発表者名: 若井史博
  • 学会等名: 第153回超塑性研究会
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター,東京
  • 年月日: 2013-12-27
  • 招待講演
• [学会発表] セラミックスの焼結力学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若井史博
  • 学会等名: 第45回エンジニアリングセラミックスセミナー
  • 発表場所: キャンパスイノベーションセンター,東京工業大学田町キャンパス,東京工業大学
  • 年月日: 2013-07-25
  • 招待講演
• [学会発表] 粘性焼結の連続体力学と微視的力学挙動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 若井史博
  • 学会等名: 平成 25年粉体粉末冶金協会春季大会
  • 発表場所: 早稲田大学,東京
  • 年月日: 2013-05-27
• [学会発表] Mechanics of sintering for coupled grain boundary and surface diffusion (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai and K.A. Brakke
  • 学会等名: PM2012 Powder Metallurgy World Congress
  • 発表場所: みなとみらい,横浜
  • 年月日: 2012-10-16
• [学会発表] Direct observation of sintering mechanics of a single grain boundary (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai, Y. Shinoda, and T. Akatsu
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2012
  • 発表場所: Pittsburg, USA
  • 年月日: 2012-10-09
• [学会発表] 粘性焼結による粒子形状変化のテンソルビリアル方程式 (2012)
  • 著者名/発表者名: 若井史博, 篠田豊, 赤津隆
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] 単一粒界の焼結機構の直接観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 若井史博, 福留寛隆, 小林範浩, 御崎智之, 篠田豊, 赤津隆, 曽根正人, 肥後矢吉
  • 学会等名: 日本金属学会 2012秋期講演大会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-17
• [学会発表] Mechanics of sintering (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Wakai
  • 学会等名: The fourth international conference on the characterization and control of interfaces for high quality advanced materials (ICCCI2012)
  • 発表場所: 倉敷,岡山
  • 年月日: 2012-09-04
  • 招待講演
• [学会発表] 焼結力学のマルチスケールモデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 若井史博
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2012-05-23
• [学会発表] Microstructural evolution and anisotropic shrinkage in constrained sintering (2011)
  • 著者名/発表者名: Fumihiro Wakai and Rajendra K. Bordia
  • 学会等名: International Conference on Energy Efficient Materials, Manufacturing Method & Machineries for For Ceramic Industries
  • 発表場所: Agra, India
  • 年月日: 2011-12-19
  • 招待講演
• [学会発表] 拘束焼結と今日焼結に及ぼす粒界すべりの影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 若井史博, Zoran S. Nikolic
  • 学会等名: 日本セラミックス協会秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] 粒界/表面拡散の焼結力学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 若井史博, Ken Brakke
  • 学会等名: 日本セラミックス協会秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] 単一粒界の直接計測試験片の設計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 御崎智之, 福留寛隆, 篠田豊, 赤津隆, 若井史博
  • 学会等名: 日本セラミックス協会秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] Prediction of macroscopic shrinkage in sintering microstructure (2011)
  • 著者名/発表者名: Fumihiro Wakai and Rajendra K. Bordia
  • 学会等名: International Conference on Sintering 2011
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2011-08-29
  • 招待講演