セラミックスの塑性と塑性加工

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金属材料では塑性変形を利用した加工技術が広く利用されているのに対し, セラミックスでは原子やイオンの移動が起り難く, 急激な破壊が生じる. そのためこの分野での研究は少なく, 基礎的知見もほとんどないのが現状である. しかしセラミックスでも温度の上昇と共に擬弾性や塑性を示すようになり, 塑性加工への可能性がある. 本研究では, セラミックスの中でも比較的塑性変形しやすいBa-フェライト焼結体に高温押し出し加工を適用し, 緻密化, 粒子形状, 配向性などの微細構造に及ぼす押し出し温度や速度および断面積の減少率の影響について検討すると共に, セラミック超伝導体の線材化としても応用した.測定は, 普通焼成Ba-フェライト焼結体をステンレス製カプセルに封入し, 所定の温度で5分間予熱後, 押し出し加工を行った. 予熱温度が1100〜1390°Cの温度範囲で押し出しが可能であったが, 1100°Cと低い温度では焼結体はボロボロに破壊した. 1210°Cでも緻密な焼結体は得られず試料外周から内部に向ってスジ状のクラックが多数入った. 緻密な焼結体として押し出しを行うのには1240°C以上の予熱温度が必要であることがわかった.緻密な焼結体が得られる温度範囲では, 押し出し速度の遅いほど焼結体組織が均一で微細となった. このような傾向は押し出し断面積の減少率を大きくした場合にも見られ, 押し出し前の粗大粒子が機械的に破壊されがら粒子の微細化が進行していることが観察された. 緻密に押し出された試料の気孔率は0.16%と押し出し前の11.0%に比べて大幅に向上した. またBa-フェライト結晶粒子のC面が, 押し出し軸に対して同心円状に配向することがわかった. 同じ趣旨の実験をBa-Y-Cu-O系超伝導セラミックスの線材化に応用し, その可能性を明らかにした.