2021 Fiscal Year Annual Research Report
セラミックスの高温変形及び接合に対する通電効果の原理解明
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20H02444
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
森田 孝治 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, 主席研究員 (20354186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金 炳男 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 (50254149)
北薗 幸一 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (20321573)
小林 純也 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 講師 (20735104)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 通電効果 / セラミックス / 接合 / 透明体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、１）パルス通電処理によるセラミックスの低温・高緻密(透明)化と２）通電接合による金属/セラミックス異種接合体の高強度化を目的に実施した。
まず、１）の通電焼結を利用した低温・高緻密(透明)化では、蛍光体などの機能性粒子を分散させたセラミックスのパルス通電処理による低温緻密化プロセスの高度化を目指した。特に、優れた発光機能を有する蛍光体粒子を合成しても、蛍光体粒子自体が熱的に不安定である場合も多く、ホスト材となるセラミックスに分散させて緻密化する過程で熱劣化する可能性が大きい。そこで、ホスト材となる透明セラミックスを焼結する過程で、分散した各種蛍光体がホスト材中で分解・反応し、蛍光特性が損なわれないよう、低温・短時間で緻密（透明）化するための通電緻密化処理技術の検討を行った。その結果、前年度までに通電効果が確認されたMgOをモデル材に、通電処理に伴う緻密化促進効果を併用することで、550‐800℃の低温において蛍光特性を有する蛍光体分散MgOセラミックスの創製に成功した。UV照射下で蛍光発光を確認することができることから、合成後もMgOセラミックス中に分散した蛍光体が変質することなく蛍光特性を維持できていることが確認できた。
２）の通電接合では、金属/セラミックス異種材料の接合に対する有効性が確認されたが、その後の微構造評価で、一部未接合部が残存することが確認された。また、通電効果を活用した接合法の高度化には、特に接合界面における低強度の第2相の接合反応相の制御が不可欠である。そこで、通電接合の最適化に加え、接合反応相の生成の評価を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、所属機関外の研究者との連携で実施予定であったが、コロナ禍の影響も有り、相互の研究機関を訪問しての研究が困難な状況が生じた。また、接合条件の最適化に関しては、未接合部が残るなど、当初想定しなかった課題も判明した。共同で研究を進める課題に関しては困難な部分もあったが、概ね目的を達していると判 される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の結果をもとに、次年度は、１）パルス通電処理によるセラミックスの低温・高緻密(透明)化と２）通電接合による金属/セラミックス異種接合体の高強度化、に関する研究を継続させ、理解の更なる深化を図る。
１）のセラミックスの低温・高緻密(透明)化に関しては、高輝度照明の実現に向け、高輝度の蛍光体粒子を分散させた透明セラミックスの通電処理による低温緻密化による高品質化を目指す。優れた発光機能を有する蛍光体粒子を合成しても、蛍光体粒子自体が熱的に不安定である場合も多い。透明体合成時に加え、発光中に発生する熱によっても特性の低下が懸念される。そこで、ヒートシンク機能に優れる透明なホストセラミックスに分散させることで、熱劣化を改善を図れるよう、熱特性も優れる透明セラミックスの創製を目指す。
また、２）金属/セラミックスの通電接合に関しては、通電処理による金属/セラミックス異種接合体の更なる高強度化を目的に、通電処理に伴う界面反応相の生成挙動と機械特性の評価を実施する。金属/セラミックス異種材料の接合に対する有効性が確認されたが、一部未接合部が残存すること、通電効果を活用した接合法の高度化には、特に接合界面における低強度の第2相の接合反応相の制御が不可欠である。そこで、通電下における界面反応相の知見は無いことから、同じくジルコニアをモデル材に、基準材となるZrO2/金属（Ti,Mo,Taなど）の接合体を対象に、異種界面における反応相の形成と強度特性の関係などについて検証する。
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