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2015年6月18日 (木)

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。

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