Fabrication of Ultra-Strong Glasses via Spatiotemporal Dissipative Structure of Singular Stress Field

利用奇异应力场时空耗散结构制造超强玻璃

• 批准号: 21K18837
• 负责人: 篠崎 健二
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Osaka University (2022)National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18837/
• 关键词: ガラス; ナノ粒子; 破壊靭性; ナノインデンテーション法; ビッカース試験; SPS焼結; ゾルゲル法; 有限要素法; 金属ナノ粒子; 高靭性; 脆性-延性遷移; ホットプレス法; 応力集中; ナノ構造; 残留応力; 弾塑性

ガラスの理論強度は鋼鉄やエンジニアリングプラスチックなどの他の高強度とされる材料と比べても高く、理論的には高強度である。しかし、実用に供されるガラスの強度はこれより2桁以上低い。この原因は、ガラスが引っ張り応力下で均質な弾性体として振る舞い、ひとたび亀裂が発生してしまうと亀裂先端に応力が集中し、そしてその進展を止める機構が働かないためである。発生応力を低減したり応力集中を抑制すれば、ガラス本来の高い強度に近づけられると期待される。申請研究では脆さの原因である特異応力場を時空間的に分散させ、応力集中による割れが起きにくいガラスの実現を目指す。亀裂先端への応力集中で生じる巨大な応力場を時空間的に散逸させるための新しい高強度ガラスのアプローチを提案し、超高強度ガラスを実現することを目的とする。本年度は、ゾルゲル法を用いての薄膜適応を検討した。従来粉末の焼成であったため粒子サイズや種類の制御性が低かったが、ゾルゲル法などの液相法を適応することでもガラス膜の破壊靭性を高められることを実証した。Ag分散SiO2ガラス膜を形成することに成功し、インデンテーション破壊試験により破壊靭性の向上が見られた。これにより様々な物性、形態の粒子分散で試験を行うための準備ができており、今後様々な組み合わせで材料合成と特性評価を行っていくことができる。また、昨年度に引き続きスパークプラズマ焼結法でのナノ粒子分散ガラス合成も行った。これまでは液相でのコーティングを行っていたが、本年度はスパッタを用いる手法も開発し、より広範の適応可能性がある。また、ナノスクラッチ試験なども行い、耐スクラッチ性などについても検討を行った。

ガ ラ ス の は theory strength steel iron objects や エ ン ジ ニ ア リ ン グ プ ラ ス チ ッ ク な ど の he の high-strength と さ れ る material と than べ て も high く, theoretical に は high-strength で あ る. The <s:1>, practical use に, されるガラス, <s:1>, <s:1>, <s:1>, <s:1>, れよ, されるガラス, <s:1>, れよ, <s:1>, 2 strumbars or more, low に. こ の は, ガ ラ ス が lead っ zhang り 応 force under で homogeneous な 弾 sex body と し て vibration い る dance, ひ と た び growing crack が 発 raw し て し ま う と crack growing apex に 応 が concentrated し, そ し て そ の progress を check め る institutions が 働 か な い た め で あ る. 発 を low birth 応 force reduction し た り 応 force concentrated を inhibit す れ ば, ガ ラ ス の originally high い strength に nearly づ け ら れ る と expect さ れ る. Application study で は brittle さ の reason で あ る specific 応 force field spatial に scattered さ を せ, 応 force concentrated に よ る cut れ が up き に く い ガ ラ ス の be presently を refers す. Growing crack apex へ の 応 force concentrated で raw じ る huge な 応 force field space when を に dissipative さ せ る た め の new し い high-strength ガ ラ ス の ア プ ロ ー チ を proposal し, ultra-high strength ガ ラ ス を be presently す る こ と を purpose と す る. This year, the を, ゾ, ゲ and ゲ methods are used to を and <s:1> て <s:1> films are suitable for 応を検 to recover た. 従 to powder の 焼 into で あ っ た た め particle サ イ ズ や nature の system the sex low が か っ た が, ゾ ル ゲ ル method な ど の liquid phase method を optimum 応 す る こ と で も ガ ラ ス membrane の broken 壊 靭 を high め ら れ る こ と を card be し た. Ag scattered SiO2 ガ ラ を ス membrane formation す る こ と に successful し, イ ン デ ン テ ー シ ョ ン broken 壊 test に よ り broken 壊 靭 sex の が see upward ら れ た. こ れ に よ り others 々 な の particle dispersion properties, shape で test line を う た め の prepare が で き て お り, others in the future 々 な group み close わ せ で materials synthesis と characteristics evaluation 価 を line っ て い く こ と が で き る. ま た, yesterday's annual に き 続 き ス パ ー ク プ ラ ズ マ 焼 knot method で の ナ ノ particles dispersed ガ ラ ス synthetic line も っ た. こ れ ま で は liquid で の コ ー テ ィ ン グ を line っ て い た が, this year's は ス パ ッ タ を with い る gimmick も open 発 し, よ り hiroo van の optimum 応 possibility が あ る. ま た, ナ ノ ス ク ラ ッ チ test な ど も line い, ス ク ラ ッ チ sex な ど に つ い て も 検 line for を っ た.

项目成果

Fracture toughness enhancement via sub‐micro silver‐precipitation in silica glass fabricated by spark plasma sintering

通过放电等离子烧结制备的石英玻璃中亚微米银沉淀增强断裂韧性

• DOI: 10.1111/jace.18214
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the American Ceramic Society
• 影响因子: 3.9
• 作者: Liu Lei;Shinozaki Kenji
• 通讯作者: Shinozaki Kenji

Microstructure and improved fracture toughness of borosilicate glass reinforced by 1 vol% Ag nanoparticles

微观结构%20and%20改善%20断裂%20韧性%20of%20硼硅酸盐%20玻璃%20增强%20by%201%20vol%%20Ag%20纳米颗粒

• DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.07.044
• 发表时间: 2022
• 期刊: Ceramics International
• 影响因子: 5.2
• 作者: Liu Lei;Shinozaki Kenji
• 通讯作者: Shinozaki Kenji

Fabrication of Ti₃C₂ MXene/borosilicate glass with enhanced fracture toughness

断裂韧性增强的Ti₃C₂ MXene/硼硅酸盐玻璃的制备

• DOI: 10.2109/jcersj2.22053
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Ceramic Society of Japan
• 影响因子: 1.1
• 作者: Liu Lei;Shinozaki Kenji
• 通讯作者: Shinozaki Kenji

Ti3C2 MXene分散によるホウケイ酸ガラスの破壊靭性向上

Ti3C2 MXene 分散体提高硼硅酸盐玻璃的断裂韧性

• 发表时间: 2022
• 作者: 篠崎健二;Lei Liu
• 通讯作者: Lei Liu

Thermal conductivity and mechanical properties of soda-lime glass with interfacially connected Au layer fabricated via sputtering and spark plasma sintering

• DOI: 10.1080/21870764.2022.2068286
• 发表时间: 2022-04
• 期刊: Journal of Asian Ceramic Societies
• 影响因子: 2.3
• 作者: Lei Liu;K. Shinozaki