Multi-scale 3D microstructural control of composite materials via powder assembly

本提案では、従来の複合材料作製プロセスを一新させる新たな概念を確立することで、複合材料の内部デザイン（広い意味での微構造）に「どれだけの自由度を与えることができるのか？」、これにより「どれだけ材料のポテンシャルを引き出すことができるのか？」を学術的に問うものであり、加えて世界シェア約50％を誇る日本のセラミックス産業を維持、拡大、発展させるための「次の一手」として革新的な粉末冶金プロセスを展開することを目的とする。本申請では、材料内部が３D制御されたスマート部材を作製するためのVoxel Architect Concept (VAC)を提案する。単純に考えれば、内部構造の３D制御には、異なる種類の立方体体積要素「ボクセル（Voxel）」を任意に積み上げて配置（Architect）すれば良い。この概念を粉末冶金法によるモノづくりに展開し、基本要素であるVoxelをナノ粒子の集積体（球状複合顆粒）とし、「レゴブロック」のように所望の位置に配置することで圧粉体の3D構造をあらかじめ決定し、これを焼結することで、目的とする内部構造が３次元的にデザインされたスマート部材を作製する手法を確立する。本年度は、特に顆粒の形成メカニズムの詳細な調査を行い効果的な顆粒作製条件に関しての知見を得ることができた。得られた顆粒を用いることで組成、組織が連続的に変化する傾斜材料を精度良く作製することができることを確認した。

本提案では、従来の複合材料作製プロセスを一新させる新たな概念を確立することで、複合材料の内部デザイン（広い意味での微構造）に「どれだけの自由度を与えることができるのか？」、これにより「どれだけ材料のポテンシャルを引き出すことができるのか？」を学術的に問うものであり、加えて世界シェア約50％を誇る日本のセラミックス産業を維持、拡大、発展させるための「次の一手」として革新的な粉末冶金プロセスを展開することを目的とする。本申請では、材料内部が３D制御されたスマート部材を作製するためのVoxel Architect Concept (VAC)を提案する。単純に考えれば、内部構造の３D制御には、異なる種類の立方体体積要素「ボクセル（Voxel）」を任意に積み上げて配置（Architect）すれば良い。この概念を粉末冶金法によるモノづくりに展開し、基本要素であるVoxelをナノ粒子の集積体（球状複合顆粒）とし、「レゴブロック」のように所望の位置に配置することで圧粉体の3D構造をあらかじめ決定し、これを焼結することで、目的とする内部構造が３次元的にデザインされたスマート部材を作製する手法を確立する。本年度は、特に顆粒の形成メカニズムの詳細な調査を行い効果的な顆粒作製条件に関しての知見を得ることができた。得られた顆粒を用いることで組成、組織が連続的に変化する傾斜材料を精度良く作製することができることを確認した。