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大熊 学
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研究内容

Keywords

セラミックス、焼結/微構造制御、高温変形・破壊、X線CT

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放射光マルチスケールCT技術を用いて、アルミナ・セラミックスの複雑な3次元欠陥形成過程を大型放射光施設SPring-8のBL20XUにて観察した。マイクロCTでは、直径10 µm程度の丸い欠陥(I型)、分岐した亀裂状欠陥(II型)、加圧方向に垂直に配向した円形亀裂状欠陥(III型)の3タイプに分類できた。
II型とIII型の欠陥をナノCTでさらに詳細に観察した。これらI型、II型、III型の欠陥は、初期焼結段階(相対密度68%)ですでに形成されていた。粗大な丸い気孔(I型)はランダムに分散していることから、これは顆粒内部に存在する丸い気孔から生じたものと考えられる。分岐した亀裂状欠陥(II型)は顆粒間の境界から形成される。円形の亀裂状欠陥(III型)は中空顆粒内部の空隙、あるいは、「窪み」から形成される。さらに、焼結段階で大きな亀裂状欠陥が収縮・消失せず、むしろ、わずかに成長する傾向のあることを見出し、その原因が、成形体組織の不均一性による焼結中の速度差であることを示した。以上により、成形過程で欠陥ができないような粉体プロセスを開発することが、複雑形状部材の信頼性向上には最も重要であることがわかった。
さらに、製品の強度信頼性を予測する上で不可欠な情報、つまり、欠陥の寸法と形状、 配向、分布が取得できた。I型、II型、III型の欠陥の種類に応じて、破壊強度を推定できた。

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

論文
口頭発表

所属学会

日本セラミックス協会, 粉体粉末冶金協会, 日本機械学会

受賞履歴

  • 東京工業大学 2019年度フロンティア材料研究所 若手研究者発表会 優秀講演賞 SPring-8のマルチスケールX線CTで見る アルミナの焼結中の3次元内部欠陥形成プロセス (2019)
  • 国際会議 The 6th International Conference on the Characterization and Control of Interfaces for High Quality Advanced Materials (ICCCI2018) 学生ポスター賞 (2018)
  • 国際会議 The 10th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10) ポスター賞 銀賞 (2017)
  • 国際会議 The International Symposium on the Science of Engineering Ceramics (EnCera 2016) 最優秀ポスター賞 (2016)

外部資金獲得履歴

  • ホソカワ粉体工学振興財団 研究者育成のための援助 粉体成形プロセスにおける微視的な粒子充填構造と焼結における巨視的な収縮との関連の3次元トモグラフィーによる解明 (2016)
  • 科研費 特別研究員奨励費 3次元可視化による焼結の熱力学的駆動力の解明と制御 (2018)
  • 科研費 若手研究 結像型X線ナノCT観察によるセラミックスのマルチスケール焼結プロセスの解明 (2019)
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第二期開発予定
第二期開発予定

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