強電場下におけるセラミックスの点欠陥構造と高温物質輸送に関する研究

本年度は(1)「交流電場を用いたイットリア安定化正方晶ジルコニア(TZP)の低温・高速接合」と、(2)「強電場印加によるTZPの塑性変形能向上」、そして(3)「イットリアの化学結合および結晶構造に及ぼす強電場の影響」の3項目について研究を実施した。(1)では、TZPに対して、交流電界を用いたフラッシュ接合実験を実施した。炉内温度1000℃で60 mA・mm-2の交流電界を80秒間印加することにより、母材の92%の曲げ強度を持つ接合体の作成に成功した。また、入力エネルギー密度と電流の両方が、セラミックスの接合を実現する重要な要素であることがわかった。この結果は、J. Am. Ceram. Soc. 106, 2073に掲載されている。(2)では、緻密で微細なTZPの高温塑性変形に及ぼす電界効果を明らかにするために、フラッシュ条件下で高温三点曲げ試験を実施した。ジュール加熱による試料温度上昇の影響を差し引いても，フラッシュの発現によりTZPの高温塑性流動を著しく促進することが示された。塑性流動に対する非熱的な効果は、高温塑性流動の活性化エネルギーが低下したことに起因している。この結果は、J. Eur. Ceram. Soc. 42, 5045に掲載されている。(3)では、X線光電子分光法とX線回折法を用いて、直流または交流電場下でフラッシュ焼結して作製したイットリア多結晶体の化学結合状態および結晶構造について調査した。その結果、Y-3d結合エネルギーは、DCフラッシュ焼結、ACフラッシュ焼結ともに、極性に関係なく保持時間の増加とともに減少したことから、電極に依存しない酸素空孔がフラッシュ焼結で導入されたことがわかった。このような点欠陥の生成は、フラッシュ焼結時の原子拡散を促進すると考えられる。この結果は、J. Eur. Ceram. Soc. 43, 3516に掲載されている。

本年度は(1)「交流電場を用いたイットリア安定化正方晶ジルコニア(TZP)の低温・高速接合」と、(2)「強電場印加によるTZPの塑性変形能向上」、そして(3)「イットリアの化学結合および結晶構造に及ぼす強電場の影響」の3項目について研究を実施した。(1)では、TZPに対して、交流電界を用いたフラッシュ接合実験を実施した。炉内温度1000℃で60 mA・mm-2の交流電界を80秒間印加することにより、母材の92%の曲げ強度を持つ接合体の作成に成功した。また、入力エネルギー密度と電流の両方が、セラミックスの接合を実現する重要な要素であることがわかった。この結果は、J. Am. Ceram. Soc. 106, 2073に掲載されている。(2)では、緻密で微細なTZPの高温塑性変形に及ぼす電界効果を明らかにするために、フラッシュ条件下で高温三点曲げ試験を実施した。ジュール加熱による試料温度上昇の影響を差し引いても，フラッシュの発現によりTZPの高温塑性流動を著しく促進することが示された。塑性流動に対する非熱的な効果は、高温塑性流動の活性化エネルギーが低下したことに起因している。この結果は、J. Eur. Ceram. Soc. 42, 5045に掲載されている。(3)では、X線光電子分光法とX線回折法を用いて、直流または交流電場下でフラッシュ焼結して作製したイットリア多結晶体の化学結合状態および結晶構造について調査した。その結果、Y-3d結合エネルギーは、DCフラッシュ焼結、ACフラッシュ焼結ともに、極性に関係なく保持時間の増加とともに減少したことから、電極に依存しない酸素空孔がフラッシュ焼結で導入されたことがわかった。このような点欠陥の生成は、フラッシュ焼結時の原子拡散を促進すると考えられる。この結果は、J. Eur. Ceram. Soc. 43, 3516に掲載されている。