硬さと割れにくさ両立したセラミックス実現に道―わずかな亀裂進展で靭性が急激に増すことを発見―

硬さと割れにくさ両立したセラミックス

実現に道

―わずかな亀裂進展で靭性が急激に増す

ことを発見―

2015.06.16　東工大ニュース

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　東京工業大学応用セラミックス研究所

の若井史博所長と吉田貴美子大学院学生、

ドイツ電子シンクロトロン研究所の

西山宣正博士らの研究グループは、

1μm（マイクロメートル）以下のわずかな

亀裂（きれつ）進展で、セラミックスが

割れにくくなることを突き止めた。

　二酸化ケイ素の高圧相である

スティショバイト[用語1]を集束イオン

ビーム加工[用語2]した微小試験片を

用い、靭性（割れにくさ）が急激に増す

ことを見出した。

　スティショバイトの高靭性の起源は

「破壊誘起アモルファス（多結晶）化」

であるが、この仕組みが1μm以下の領域

でも働くことを明確に示した。

　セラミックスは硬いが、小さな傷

（亀裂）から割れて破壊する脆（もろ）さ

がある。

　強度を保つためには、亀裂は小さく

なければいけない。

　一方、破壊に対する抵抗性（靭性）は

亀裂が進んで長くなるほど増す。

　このため、硬さと高強度を両立した

セラミック材料を実現するには、亀裂が

わずかに進むだけで靭性が大きくなる

仕組みを見つけなければならない。

　しかし、これまでに知られている仕組み

では、靭性を増すためには亀裂が

数μmから数十μm以上進む必要があった。

　今回の技術を応用すれば、ナノメートル

領域で働く新タイプの靭性強化機構の探索

と実証が可能となり、高強度と高靭性を

両立したセラミックスの実現に大きく

近づく。

　研究成果は6月8日発行の科学誌

「Scientific Reports」オンライン版に

掲載された。

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　興味深い発見です。

　なかなか難しい理論ですね。

＞亀裂が1μm以下のわずかな距離を進む

＞だけで破壊抵抗が上昇することが

＞見出され、硬くて脆いセラミックスを

＞丈夫にする新しい仕組みが存在すること

＞が明らかになった。

＞この発見は微小試験片による

＞破壊抵抗測定技術の進歩により初めて

＞可能になった。

＞この技術を応用して、複雑なナノ構造、

＞サブミクロンスケールの構造をもつ

＞セラミックスやナノコンポジットに適用

＞すれば、さまざまな未知の靭性強化機構

＞が見出される可能性があり、

＞高強度・高靭性セラミックスの研究開発

＞に新たな飛躍と展開をもたらすと

＞期待される。

　上手く行くのかどうか見守りたいと

思います。

　新たな高強度・高靭性セラミックスが

生まれると良いですね。