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

基于同步辐射X射线多尺度CT观测的陶瓷基复合材料力学性能表达

• 批准号: 22K14494
• 负责人: 大熊 学
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14494/
• 关键词: セラミックス基複合材料; 放射光X線CT; 亀裂・欠陥; 焼結; 複合材料; セラミックス; 高温変形・破壊

令和4年度は, SPring-8の放射光X線CT実験を年2回実施した. 設計・製作した小型引張試験機で引張試験中の段階的なセラミックス基複合材料(CMC)内部の亀裂進展のX線CTその場観察に成功した. 本実験では, 酸化物系CMC(Ox/Ox)であるアルミナを用いた. 1100℃で焼結した試験片は繊維とマトリックスの界面は用意に剥離しており, 破面から繊維が引き抜けている. 一方, 1200℃で焼結した試験片は母材と繊維が接着しており, 破面は全体的に平坦で個々の繊維というより繊維束単位での破壊が顕著であった. (1100℃の試験片よりも低強度で破断した.) 放射光X線CTの引張試験その場観察では, どのような箇所から破壊が進展するかを直接捉えることができた. これにより, 破壊機構の解明と高信頼性材料設計の手がかりを得た.また, 複合材料にも用いられるアルミナ顆粒の通電加圧焼結(SPS)の負荷加圧(30-50MPa)によって, どのように粉体充填後の粗大欠陥が除去されるかを放射光X線CTとFE-SEMにより調査した. SPS30MPa後には顆粒の三重線に沿った三角形の隙間から形成されたロッド状欠陥が観られたが, 50MPaでは分裂によって消滅した. SPS50MPa後も小さな複雑な気孔や潰れた楕円体の多孔質領域は残留した. SPS50MPaでは常圧焼結後に見られたような亀裂状欠陥は取り除くことができた.

SPring-8 X-ray CT has been implemented since 2002. X-ray CT field observation of crack progression in CMC was successfully performed by designing and manufacturing a small tensile tester for tensile testing of various stages. The acid system CMC(Ox/Ox) is used in this paper. Sintered at 1100℃, the sample was stripped of its interfacial properties. One side, 1200℃ sintering test piece is the base material, the dimension is bonded, the surface is flat, the dimension is single, the dimension is single. (1100℃.) X-ray CT scanning and field inspection of the X-ray CT scanner can be directly detected. The design of high reliability materials is the key to understanding the mechanism. In addition, the composite material was investigated by X-ray CT and FE-SEM under load pressure (30-50MPa) of electrified pressure-sintering (SPS). After SPS30MPa, the rod-shaped defects formed along the triangular gaps of the triple lines of the particles become visible, and the cracks are eliminated at 50MPa. After SPS50MPa, the pore size of the porous body remains unchanged. SPS50MPa can be seen after sintering at normal pressure.

项目成果

放射光X線CT技術を駆使した高信頼性材料設計

使用同步辐射X射线CT技术的高度可靠的材料设计

• 发表时间: 2023
• 作者: 堀内美咲;齋藤典生;近藤行成;大曲新矢;大熊 学
• 通讯作者: 大熊 学

3D Visualization of Morphological Evolution of Large Defects during Spark Plasma Sintering of Alumina Granules

氧化铝颗粒火花等离子烧结过程中大缺陷形态演变的 3D 可视化

• DOI: 10.1002/adem.202201534
• 发表时间: 2023
• 期刊: Advanced Engineering Materials
• 影响因子: 3.6
• 作者: Okuma Gaku;Endo Masaya;Minagawa Haruki;Inoue Ryo;Kakisawa Hideki;Kohata Takuma;Osada Toshio;Yamamoto Takafumi;Azuma Masaki;Takeuchi Akihisa;Uesugi Masayuki;Guillon Olivier;Wakai Fumihiro
• 通讯作者: Wakai Fumihiro

Heterogeneous evolution of pore distribution during sintering of a submicron alumina powder observed by using synchrotron X-ray CT

同步加速器X射线CT观察亚微米氧化铝粉末烧结过程中孔隙分布的非均质演化

• 发表时间: 2022
• 作者: OKUMA Gaku;OSADA Toshio;MINAGAWA Haruki;ARAI Yutaro;INOUE Ryo;KAKISAWA;Hideki;TANAKA Satoshi;WAKAI Fumihiro
• 通讯作者: WAKAI Fumihiro

超高信頼性セラミックス創成に貢献する焼結プロセスの放射光X線マルチスケールCT観察

同步加速器 X 射线多尺度 CT 观察烧结过程有助于制造超高可靠性陶瓷

• 发表时间: 2023
• 作者: 岡出健太朗;Fabien Briffod;白岩隆行;榎 学;大熊 学
• 通讯作者: 大熊 学

Synchrotron X-ray Multiscale CT observation of sintering process for reliable ceramics

同步辐射X射线多尺度CT观察可靠陶瓷的烧结过程

• 发表时间: 2022
• 作者: OKUMA Gaku;OSADA Toshio;WAKAI Fumihiro
• 通讯作者: WAKAI Fumihiro