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大熊 学

大熊 学 (OKUMA, Gaku) 0000-0002-2997-9166

Address
305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1 [アクセス]

学生受け入れ中

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

researchPicture

セラミックス分野は部材産業であり、成形した粉体を加熱して複雑形状部品を製造する焼結はその根幹となる技術です。
放射光X線マルチスケールCTを用いた3D非破壊観察により、光学的な計測やSEMに基づく2D断面観察では分からなかったセラミックス内部の有害な欠陥の形状、寸法、空間分布を把握し、粉体プロセスと焼結における不均質構造および欠陥の形成過程を解明しました。粉体成形で生じる内部欠陥を制御し、実用的なセラミックス部材の信頼性や寿命を向上するプロセス技術の開発に役立ちます。さらに、成形体密度が不均一な複雑形状部品の局所的強度の推定も可能になります。

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

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書籍

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口頭発表

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その他の文献

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所属学会

日本セラミックス協会, 日本金属学会, 日本機械学会, American Ceramic Society

受賞履歴

  • 粉体粉末冶金協会 研究進歩賞 (2025)
  • 物質・材料研究機構 理事長賞(進歩賞) (2025)
  • 東京工業大学 2024年度フロンティア材料研究所学術賞（研究奨励部門） (2024)
  • 東京工業大学 2024年度末松賞「革新的価値創造の基礎と展開」 (2024)
  • 日本金属学会 奨励賞 (2023)
  • 米国セラミックス学会 JACerS 2nd Century Trailblazer (2023)
  • 化学情報協会 JAICI賞 (2023)
  • 日本セラミックス協会 進歩賞 (2022)
  • 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 基盤研究(B) 放射光X線CTによる粒子スケールで捉える3D積層造形セラミックスの欠陥形成機構 (2025)
  • 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)
構造材料研究センター
タイトル

放射光X線CT技術を駆使した高信頼性材料設計の革新

キーワード

焼結，微構造，欠陥，X線CT

概要

放射光CTを用いて、現実の複雑なセラミックス製造プロセスの解明に取り組み、アルミナ内部欠陥の3次元構造と分布を観察することに世界ではじめて成功した。成果は、「放射光でセラミックス内部の欠陥観察に成功」としてプレス発表も行い、産業界からも注目された。この放射光CT技術を実用的な材料である積層セラミックコンデンサの焼結プロセス開発や、不均質な構造をもつ脆性材料、セラミックス基複合材料へ展開した。今後は、金属、セラミックス、複合材料の分野と放射光X線CTとの結びつきから新たな高信頼性材料設計のアイデアにつなげていきたいと考えている。

新規性・独創性

● 放射光X線CT技術のセラミックス分野への適用
● 焼結現象の背後にある熱力学的駆動力の起源の追求
● 製造プロセスにおける欠陥形成機構の解明
● 欠陥分布計測により局所領域の強度予測

内容

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X線CTを駆使した焼結中の複雑な3次元構造の時間的発展の直接観察をもとに焼結現象の背後にある熱力学的駆動力の起源を追求し、焼結科学の本質に迫るとともに、技術の発展においてブレークスルーをもたらす新しい知見を次々と生み出した。
粒子スケールの微構造変化と材料特性の関係を実験的、理論的に解明した。また、焼結鍛造試験による材料物性測定の実験を行い、CTから推定した物性値が力学試験結果と比較して妥当であることを実証した。SPring8の放射光CTを用いることで、現実の複雑なセラミックス製造プロセスの解明に取り組み、アルミナ内部欠陥の3次元構造と分布を観察することに世界ではじめて成功した。成果は、「放射光でセラミックス内部の欠陥観察に成功」としてプレス発表も行い、産業界からも注目された。企業と協力体制を作り、この放射光CT技術を実用的な材料である積層セラミックコンデンサの焼結プロセス開発や、不均質な構造をもつ脆性材料(ガラスセラミックス)、セラミックス基複合材料へ展開した。さらに、FIBSEMトモグラフィーにより、金属膜の基板上への拘束・自由焼結における組織の粗大化と異方性を結合ネットワーク解析、切片長さ、表面エネルギーテンソルなど多様な手法で詳細に調べた。

まとめ

放射光CT技術を実用的な材料である積層セラミックコンデンサの焼結プロセス開発や、不均質な構造をもつ脆性材料、セラミックス基複合材料へ展開した。金属、セラミックス、複合材の分野と放射光CTとの結びつきが思いがけない新たな材料設計のアイデアにつながる可能性は高く、今後の更なる展開が期待される。

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