電磁界印加焼結技術の基礎過程とその応用展開

パルス通電加圧焼結（通称Spark Plasama Sintering (SPS)と称される）は、飛躍的な材料特性の改善とエネルギー効率の大幅な削減が可能な最新粉体加工技術として、近年急速に発展している技術である。SPSはパンチを通して試料が直接通電、加熱される。大電流をパルス的に印加するため短時間焼結が可能であり、ナノ構造材料や特殊複合材料の作製に適しているが、高温材料への適用、反応焼結による高温材料の作製とその評価に関する研究は限られている。本研究では、SPSおよびマイクロ波焼結により、１）B4C－MeB2（Me:Nb, Ta, V)系の共晶組成コンポジットの作製と特性評価、２）反応焼結によるTiB2系高温セラミックスの作製、を行った。1) B4C-MeB2（Me:Nb, Ta, V)系に関し、温度を2000-2150 °C (共晶温度より100℃低い温度）、加圧力を 5, 10 and 20 MPa と変化させ、プロセスパラメータと得られる組織、特性の関係を検討した。SPSの計測温度はシミュレーションにより実際の温度より低いこと、焼結収縮が急激に起こる温度は圧力が高くなると低下することを実証した。NbB2のロッド径と硬度の関係、NbB2ロッド間距離と硬度、破壊靭性の関係を見出し、プロセスパラメータと組織、特性に関する指針を示すことができた。２）TiB2-TaCおよびTiB2-NbC系コンポジットをSPS反応焼結により作製した。TiとNbの固溶度と微構造の関係、TiB2-TaCおよびTiB2-NbC系の組成と微構造、硬度の関係を明らかにし、反応焼結による高性能材料創製のための指針を得た。これらの成果は、J. Am. Ceram. Soc., J. Ceram. Soc. Jpn., J. Europ. Ceram. Soc.に掲載され、現在２報を投稿中である。

パルス通電加圧焼結（通称Spark Plasama Sintering (SPS)と称される）は、飛躍的な材料特性の改善とエネルギー効率の大幅な削減が可能な最新粉体加工技術として、近年急速に発展している技術である。SPSはパンチを通して試料が直接通電、加熱される。大電流をパルス的に印加するため短時間焼結が可能であり、ナノ構造材料や特殊複合材料の作製に適しているが、高温材料への適用、反応焼結による高温材料の作製とその評価に関する研究は限られている。本研究では、SPSおよびマイクロ波焼結により、１）B4C－MeB2（Me:Nb, Ta, V)系の共晶組成コンポジットの作製と特性評価、２）反応焼結によるTiB2系高温セラミックスの作製、を行った。1) B4C-MeB2（Me:Nb, Ta, V)系に関し、温度を2000-2150 °C (共晶温度より100℃低い温度）、加圧力を 5, 10 and 20 MPa と変化させ、プロセスパラメータと得られる組織、特性の関係を検討した。SPSの計測温度はシミュレーションにより実際の温度より低いこと、焼結収縮が急激に起こる温度は圧力が高くなると低下することを実証した。NbB2のロッド径と硬度の関係、NbB2ロッド間距離と硬度、破壊靭性の関係を見出し、プロセスパラメータと組織、特性に関する指針を示すことができた。２）TiB2-TaCおよびTiB2-NbC系コンポジットをSPS反応焼結により作製した。TiとNbの固溶度と微構造の関係、TiB2-TaCおよびTiB2-NbC系の組成と微構造、硬度の関係を明らかにし、反応焼結による高性能材料創製のための指針を得た。これらの成果は、J. Am. Ceram. Soc., J. Ceram. Soc. Jpn., J. Europ. Ceram. Soc.に掲載され、現在２報を投稿中である。