| 研究課題/領域番号 |
25289264
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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 |
鈴木 達 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (50267407)
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| 研究分担者 |
鈴木 義和 筑波大学, 数理物質科学研究科(系), 准教授 (40357281)
松田 元秀 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (80222305)
垣澤 英樹 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 (30354137)
打越 哲郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (90354216)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 結晶配向 / 強磁場 / セラミックス / 微構造制御 |
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| 研究実績の概要 |
磁場中電気泳動堆積（EPD）法において、磁場と電場のなす角度の制御を平面的な変化だけでなく回転を加味した稼働が可能となる治具を用いて、アルミナにおいてc軸が回転しながら積層することを試みてきている。c軸が配向積層面に対して各層で徐々に回転する様に制御されている様子を電子線後方散乱回折法での解析により確かめた。また、c軸の回転は、磁場中での基板の角度を変化させることにより制御が可能であることも確かめた。
また、ゾルゲル法を用いて表面をアルミナで修飾したSiC粉末において、磁場中EPDを用いた配向積層制御を試みてきていた。ゾルゲル法を用いたSiC表面修飾プロセスでは、スラリー中に大量のイオンが残留してしまい、そのイオンが粒子の泳動を妨げることによりEPDでの堆積が難しくなっていることが分かったため、残留イオンを除去することによりEPDでの厚膜化が可能であることを見出し、バルク体の作製を行った。3mm以上の厚みであっても堆積が可能であることを実証した。
MgTi2O5の3軸配向制御において、従来の解析では、粒子形状を紡錘形や円柱形で近似して長軸と短軸の2軸異方性での議論であった為に、3軸全てに異方性がある場合とでは実験とに差異が出て、配向挙動を検討することが難しかった。そのために、3軸で磁気異方性がある場合の磁気トルクを計算し、3軸配向挙動について理論的な解析を行った。
窒化アルミニウムに（AlN）関しては、単結晶情報を用いた計算からc軸方向での熱伝導がa軸方向よりも高いことが報告されており、イットリア焼結助剤の場合に多結晶であってもc軸配向による熱伝導性向上が得られていた。本研究においては、ふっ化カルシウムを焼結助剤に用いて、強磁場によるc軸一軸配向と放電プラズマ焼結法による緻密化、さらに粒界相の除去により、熱伝導度及び、全透過の二つの優れた特性を同時に示すAlNの作製に成功した。
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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
窒化アルミニウムにおいて強磁場配向制御プロセスを用いることで、熱伝導性と透光性を両立した多機能性を付与することに成功し、予定より早い進捗状況であり、さらに3軸配向制御へと研究を進展させられている。また、アルミナの配向積層制御では、c軸を基板に対して回転するように堆積させることに成功し、機械特性評価が可能な段階に来ている。炭化ケイ素に関しても、粒子の表面修飾を行い、電気泳動堆積による積層化を行う課題では、厚膜化まで成功しており、今年度は機械特性の評価が可能な段階まできている。
酸化亜鉛とMgTi2O5での3軸配向制御では、厚膜化において若干の遅れがあるが、今年度では、この課題を解決し、それぞれの配向方位での熱膨張係数の測定などを行える予定である。
以上のことから概ね順調に研究を進展させている。
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| 今後の研究の推進方策 |
アルミナでのc軸を基板に対して回転させながら配向積層させる微構造において、c軸の詳細な方位分布などについて、電子後方散乱回折を用いた解析によりさらに詳細に検討する。本年度はこの回転角度を制御しながら積層した微構造が機械特性に与える影響について検討する。炭化ケイ素での配向積層体においては、厚膜化に成功したので、亀裂進展と機械特性の評価を行う。さらに、炭化ケイ素粒子表面へのアルミナ修飾にゾルゲル法ではなく、流動床反応器を用いた原子層堆積法を用いることで20nm程度の厚みが均一なアルミナ層を形成させた粒子も用いる。また、アルミナを表面修飾していない炭化ケイ素粒子を用いた場合でも、放電プラズマ焼結装置を用いることで相対密度97%以上の緻密化に成功した。そこで、比較として助剤を用いない場合での配向積層炭化ケイ素も作製し、配向発達と焼結異方性、および機械特性などの評価を行う。
MgTi2O5の3軸配向制御においては、昨年に構築した理論解析を焼結過程における3軸配向発達過程の実験的な解析結果と合わせることにより3軸配向発達のモデルの構築を試みる。また、熱膨張係数などの各特性の配向方向依存性を測定するための緻密でサイズが必要な試料の作製が困難であったが、今年度も継続して特性依存性の測定を試みる。また、3軸配向制御した酸化亜鉛に関しても、特性評価に必要な試料の作製を可能とするための作製条件の最適化に引き続き取り組む。
本年度においては、窒化アルミニウムにおいても3軸配向化を試み、特性に与える影響と配向組織発達過程の解析を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
ミリ波焼結装置でのデータ収集用の放射温度計超高速型データロガーシステムのレンタル予定であったが、ミリ波焼結装置の故障により高速ロガーシステムのレンタルが不要となったために次年度への繰越金が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
機械試験用試験片の作製が当初計画よりも多くなるために、昨年の未使用分は主に試験片加工費として使用する。
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