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- 305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1 [アクセス]
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
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。
出版物原則として、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
- Gaku Okuma, Shuhei Watanabe, Kan Shinobe, Norimasa Nishiyama, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, Satoshi Tanaka, Fumihiro Wakai. 3D multiscale-imaging of processing-induced defects formed during sintering of hierarchical powder packings. Scientific Reports. 9 [1] (2019) 10.1038/s41598-019-48127-y
- Gaku Okuma, Naoya Saito, Kotaro Mizuno, Yoshiki Iwazaki, Hiroshi Kishi, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugi, Kentaro Uesugi, Fumihiro Wakai. Microstructural evolution of electrodes in sintering of multi-layer ceramic capacitors (MLCC) observed by synchrotron X-ray nano-CT. Acta Materialia. 206 (2021) 116605 10.1016/j.actamat.2020.116605
- Gaku Okuma, Daiki Kadowaki, Tsuyoshi Hondo, Satoshi Tanaka, Fumihiro Wakai. Interface topology for distinguishing stages of sintering. Scientific Reports. 7 [1] (2017) 10.1038/s41598-017-11667-2
口頭発表
- 大熊 学, 遠藤 順也, 田中 諭, 若井 史博. 放射光マルチスケール CTで見る粉体成形・焼結プロセスにおける欠陥形成と強度信頼性. 公益社団法人日本セラミックス協会 第33回秋季シンポジウム. 2020
- 大熊 学, 若井 史博. 高信頼性材料設計のための放射光X線CT3次元ナノスケール解析. 日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム. 2021
- 大熊 学, 田中 諭, 若井 史博. SPring-8 放射光マルチスケールCTで見る粉体成形・焼結プロセスにおける欠陥形成と強度信頼性. 日本機械学会第 28 回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2020) https://jsmempd.com/conference/mpdconf/2020/. 2020
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, 日本金属学会, 米国セラミックス学会
受賞履歴
- 日本金属学会 奨励賞 (2023)
- 化学情報協会 JAICI賞 (2023)
- 米国セラミックス学会 JACerS 2nd Century Trailblazers initiative (2023)
- 東京工業大学 2022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 (2022)
- 日本セラミックス協会 進歩賞 (2022)
- 日本機械学会 第98期部門一般表彰「奨励講演論文部門」 (2020)
- 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 (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
- 科研費 若手研究 放射光X線マルチスケールCT観察に基づくセラミックス基複合材料の力学機能発現 (2022)
- ホソカワ粉体工学振興財団 研究助成 加圧焼結による欠陥収縮過程の放射光X線CT観察 (2022)
- NEDO 次世代ファインセラミックス製造プロセスの基盤構築・応用開発 (2022)
- 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)
- 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)
- 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)