非平衡プロセスの動力学開拓による焼結力学の体系化

通过探索非平衡过程的动力学实现烧结力学的系统化

基本信息

批准号：
19K05093
负责人：
若井史博
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

焼結は成形した粉体を加熱して複雑形状部品を製造する技術である．セラミック部材の物性や強度は，この焼結プロセスで形成される微構造や微小な内部欠陥に大きく影響される．本研究では焼結現象をマルチスケールの力学の視点から捉え，「焼結力学」として体系化することを目指した．焼結の平衡熱力学を越えて非平衡プロセスの動力学を確立するための一つのステップとして，多数のガラス粒子集合体の粘性焼結における複雑な形態変化がミクロスケールの焼結力から導出される表面エネルギーテンソルによって記述できることを見出した．また，製品の強度信頼性の向上には，粉体プロセス過程で導入された欠陥を焼結により除去することが必要である．巨視的な収縮を記述する連続体力学をもとに加圧焼結（HIP, HP, SPS，焼結鍛造）による微細粒アルミナ成形体中の粗大欠陥の収縮・消滅プロセスを理解し，予測，制御する方法論を開発し，信頼性向上の指針を得た．さらに，Au（金）のサブミクロン粒子の焼結における複雑な構造形成過程を集束イオンビーム(FIB)-SEMトモグラフィーで直接観察し，不均質，かつ，異方的な微構造変化を定量的に表現する様々な手法を提案するとともに，緻密化とともに「不均一領域の粗大化」の現象が起こることを見出した．この概念は焼結に伴う粒成長とは区別すべきものであり，焼結の緻密化挙動の構成方程式に粒径とは別のスケール因子を導入する必要があることを明らかにした．

烧结是一项技术，将模制粉末加热以产生复杂形状的零件。陶瓷成员的物理特性和强度受到此烧结过程中形成的微观结构和少量内部缺陷的极大影响。这项研究旨在从多尺度力学的角度掌握烧结现象，并将其系统化为“烧结力学”。作为建立超出烧结平衡热力学的非平衡过程动力学的步骤，我们发现可以通过微观烧结力得出的表面能张量来描述多个玻璃颗粒粘性烧结的复杂形态变化。此外，为了提高产品的强度和可靠性，有必要通过烧结来消除在粉末过程中引入的缺陷。基于描述宏观收缩的连续力学，我们开发了一种方法，可以通过加压烧结（hip，hp，sps，sintered锻造）来理解，预测和控制细粒氧化铝成型体中粗缺损的收缩和灭绝过程，并获得了可提高可靠性的准则。此外，我们直接使用聚焦离子束（FIB）sem层析成像烧结在烧结粒子中的复杂结构形成过程，并提出了各种方法，这些方法可以定量地表达出异质性和各向异性显微结构的变化，并发现“非合身区域的现象”现象是“它的“不合适区域”。该概念应与与烧结相关的谷物生长区分开来，并且已经表明，必须将与晶粒尺寸不同的比例因素引入烧结的构成方程中。

项目成果

期刊论文数量（31）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

3D multiscale-imaging of processing-induced defects formed during sintering of hierarchical powder packings

DOI：
10.1038/s41598-019-48127-y
发表时间：
2019-08-12
期刊：
SCIENTIFIC REPORTS
影响因子：
4.6
作者：
Okuma, Gaku;Watanabe, Shuhei;Wakai, Fumihiro
通讯作者：
Wakai, Fumihiro

Anisotropic microstructural evolution and coarsening in free sintering and constrained sintering of metal film by using FIB-SEM tomography

利用 FIB-SEM 断层扫描研究金属薄膜自由烧结和约束烧结过程中的各向异性微观结构演化和粗化

DOI：
10.1016/j.actamat.2021.117087
发表时间：
2021
期刊：
Acta Materialia
影响因子：
9.4
作者：
Okuma Gaku;Miyaki Ryo;Shinobe Kan;Sciazko Anna;Shimura Takaaki;Yan Zilin;Hara Shotaro;Ogashiwa Toshinori;Shikazono Naoki;Wakai Fumihiro
通讯作者：
Wakai Fumihiro

Viscous Poisson's ratio, bulk and shear viscosity during electrical field assisted sintering of polycrystalline ceria

DOI：
10.1016/j.scriptamat.2019.11.043
发表时间：
2020-03
期刊：
Scripta Materialia
影响因子：
6
作者：
C. Cao;R. Mücke;F. Wakai;O. Guillon
通讯作者：
C. Cao;R. Mücke;F. Wakai;O. Guillon

Processing-induced defects formed during sintering of alumina observed by multiscale 3D X-ray tomography

通过多尺度 3D X 射线断层扫描观察到氧化铝烧结过程中加工引起的缺陷

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Gaku Okuma;Shuhei Watanabe;Kan Shinobe;Norimasa Nishiyama;Fumihiro Wakai;Akihisa Takeuchi;Kentaro Uesugi;Satoshi Tanaka
通讯作者：
Satoshi Tanaka

Dynamics of Sintering of Multi-Particles

多颗粒烧结动力学