非平衡プロセスの動力学開拓による焼結力学の体系化

通过探索非平衡过程的动力学实现烧结力学的系统化

基本信息

批准号：
19K05093
负责人：
若井史博
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

焼結は成形した粉体を加熱して複雑形状部品を製造する技術である．セラミック部材の物性や強度は，この焼結プロセスで形成される微構造や微小な内部欠陥に大きく影響される．本研究では焼結現象をマルチスケールの力学の視点から捉え，「焼結力学」として体系化することを目指した．焼結の平衡熱力学を越えて非平衡プロセスの動力学を確立するための一つのステップとして，多数のガラス粒子集合体の粘性焼結における複雑な形態変化がミクロスケールの焼結力から導出される表面エネルギーテンソルによって記述できることを見出した．また，製品の強度信頼性の向上には，粉体プロセス過程で導入された欠陥を焼結により除去することが必要である．巨視的な収縮を記述する連続体力学をもとに加圧焼結（HIP, HP, SPS，焼結鍛造）による微細粒アルミナ成形体中の粗大欠陥の収縮・消滅プロセスを理解し，予測，制御する方法論を開発し，信頼性向上の指針を得た．さらに，Au（金）のサブミクロン粒子の焼結における複雑な構造形成過程を集束イオンビーム(FIB)-SEMトモグラフィーで直接観察し，不均質，かつ，異方的な微構造変化を定量的に表現する様々な手法を提案するとともに，緻密化とともに「不均一領域の粗大化」の現象が起こることを見出した．この概念は焼結に伴う粒成長とは区別すべきものであり，焼結の緻密化挙動の構成方程式に粒径とは別のスケール因子を導入する必要があることを明らかにした．

烧结是一种通过加热模压粉末来制造复杂形状零件的技术。陶瓷部件的物理性能和强度很大程度上受到烧结过程中形成的微观结构和微小内部缺陷的影响。在本研究中，我们旨在从多尺度力学的角度理解烧结现象，并将其系统化为“烧结力学”。作为建立超越烧结平衡热力学的非平衡过程动力学的一步，大量玻璃颗粒聚集体粘性烧结过程中复杂的形态变化源自微观烧结力，我们发现它可以用表面能来描述。张量。此外，为了提高产品的强度和可靠性，需要通过烧结去除粉末加工过程中引入的缺陷。基于描述宏观收缩的连续介质力学，我们了解并预测了压力烧结（HIP、HP、SPS、烧结锻造）生产的细粒氧化铝压坯中粗大缺陷的收缩和消失过程，我们开发了一种控制方法并获得了指导方针。以提高可靠性。此外，我们使用聚焦离子束（FIB）-SEM断层扫描直接观察了亚微米Au（金）颗粒烧结过程中的复杂结构形成过程，并定量检测了不均匀和各向异性的微观结构变化，除了提出了各种表达方法外，我们还发现：随着致密化，会发生“不均匀区域的粗化”现象。这个概念应该与烧结相关的晶粒生长区分开来，并且我们澄清了有必要在烧结致密化行为的本构方程中引入除晶粒尺寸之外的比例因子。

项目成果

期刊论文数量（31）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Sintering forces acting among particles during sintering by grain boundary/surface diffusion

烧结过程中通过晶界/表面扩散作用在颗粒之间的烧结力

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Fumihiro Wakai; Gaku Okuma; Norimasa NIshiyama; Olivier Guillon
通讯作者：
Olivier Guillon

Fabrication of transparent polycrystalline MgO by combination of spark plasma sintering and high pressure－high temperature synthesis

放电等离子烧结与高压高温合成相结合制备透明多晶MgO

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masaya ENDO; Gaku OKUMA; Norimasa NISHIYAMA; Fumihiro WAKAI
通讯作者：
Fumihiro WAKAI

Dynamics of Sintering of Multi-Particles

多颗粒烧结动力学

DOI：
10.2497/jjspm.66.598
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
WAKAI Fumihiro;OKUMA Gaku;NISHIYAMA Norimasa;GUILLON Olivier
通讯作者：
GUILLON Olivier

3D multiscale-imaging of processing-induced defects formed during sintering of hierarchical powder packings

对分层粉末填料烧结过程中形成的加工引起的缺陷进行 3D 多尺度成像

DOI：
10.1038/s41598-019-48127-y
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
4.6
作者：
Okuma Gaku;Watanabe Shuhei;Shinobe Kan;Nishiyama Norimasa;Takeuchi Akihisa;Uesugi Kentaro;Tanaka Satoshi;Wakai Fumihiro
通讯作者：
Wakai Fumihiro

結像型X線ナノCTによる電子デバイスの信頼性解析：MLCCの電極構造形成プロセス

利用成像X射线nanoCT进行电子器件可靠性分析：MLCC电极结构形成过程