低温超塑性による延性セラミックスの創製

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超塑性変形機構解明のために、単分散微粒子集合体をモデルとした物理実験、および個別要素法を用いたシミュレーションにより粒界すべりの機構を明らかにした。この知見に基づき、以下の3つの試みを行い、より低温でセラミック超塑性変形が発現する事実を見出した。A:微細なγアルミナ粉末をメカニカルミリング処理することで、熱処理することなく100nm以下のナノαアルミナ粉末を調整することに成功した。この粉末を用いることで焼結温度の低温化を実現しナノ構造アルミナ焼結体を得ることができた。また、この材料は高い超塑性特性を有することを実験的に示すことができた。B:典型的な超塑性セラミックスとして知られるジルコニアにおいて、アルミナとの複合化は更なる超塑性特性向上に有効であることが知られているが、従来の機械混合を用いた粉体プロセスでは、添加物であるアルミナのマトリックス中への分散が充分ではなく、更なる改善が望まれていた。本研究では、交互吸着法に着目し、母材ジルコニア粒子の表面に、静電相互作用を利用することでナノアルミナ粒子を吸着させ、複合材料の原料複合粒子を作製した。この原料粒子を用いることで、通常の粉末冶金プロセスでも高い分散性を有するナノ複合材料を作製することができた。また、過去のジルコニアーアルミナ複合材料と比較して2倍程度高い変形能を有することを見出し、超塑性特性向上には、微細構造の制御が重要であることを示した。C:通常の静的な引張変形に加え、振動を付与する重畳力学場での変形法に関する提案を行った。重畳力学場での変形は、破壊を引き起こす粒界キャビティーを極端に抑制することができる事実を見出し、巨視的な亀裂の発生頻度が静的な外力による変形と比較して顕著な違いがあることを示した。