放射光X線マルチスケールCT観察に基づくセラミックス基複合材料の力学機能発現

基于同步辐射X射线多尺度CT观测的陶瓷基复合材料力学性能表达

基本信息

批准号：
22K14494
负责人：
大熊学
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和4年度は, SPring-8の放射光X線CT実験を年2回実施した. 設計・製作した小型引張試験機で引張試験中の段階的なセラミックス基複合材料(CMC)内部の亀裂進展のX線CTその場観察に成功した. 本実験では, 酸化物系CMC(Ox/Ox)であるアルミナを用いた. 1100℃で焼結した試験片は繊維とマトリックスの界面は用意に剥離しており, 破面から繊維が引き抜けている. 一方, 1200℃で焼結した試験片は母材と繊維が接着しており, 破面は全体的に平坦で個々の繊維というより繊維束単位での破壊が顕著であった. (1100℃の試験片よりも低強度で破断した.) 放射光X線CTの引張試験その場観察では, どのような箇所から破壊が進展するかを直接捉えることができた. これにより, 破壊機構の解明と高信頼性材料設計の手がかりを得た.また, 複合材料にも用いられるアルミナ顆粒の通電加圧焼結(SPS)の負荷加圧(30-50MPa)によって, どのように粉体充填後の粗大欠陥が除去されるかを放射光X線CTとFE-SEMにより調査した. SPS30MPa後には顆粒の三重線に沿った三角形の隙間から形成されたロッド状欠陥が観られたが, 50MPaでは分裂によって消滅した. SPS50MPa後も小さな複雑な気孔や潰れた楕円体の多孔質領域は残留した. SPS50MPaでは常圧焼結後に見られたような亀裂状欠陥は取り除くことができた.

2020财年，SPring-8每年进行两次同步加速器X射线CT实验，使用我们设计和制造的小型拉伸试验机，在拉伸试验过程中逐步观察陶瓷基复合材料（CMC）内部的裂纹扩展。成功地进行了原位X射线CT观察。在该实验中，使用了氧化铝，一种氧化物基CMC（Ox/Ox）。在1100℃烧结的样品中，纤维和基体之间的界面容易剥离，并且纤维从断裂面被拉出，而在1200℃烧结的样品中，基体和纤维容易脱落。断裂面整体平坦，纤维束单位的断裂比单根纤维的断裂更为明显（试样的断裂强度比1100℃试样的断裂强度低）。通过使用同步辐射X射线CT对拉伸试验进行原位观察，我们能够直接确定断裂发生的位置，这为阐明断裂机制和高可靠性材料的设计提供了线索。 (30-50MPa) 氧化铝颗粒的电流压力烧结 (SPS)，也用于复合材料，我们使用同步辐射X射线CT和FE-SEM研究了粉末填充后如何去除粗大缺陷。SPS30MPa后，沿着颗粒三重线的三角形间隙形成的杆状缺陷被去除，但由于在50℃时破碎而消失。即使在 50 MPa 的 SPS 后，仍然存在小的复杂孔隙和塌陷的椭圆形多孔区域。使用SPS50MPa，可以消除常压烧结后观察到的裂纹状缺陷。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

放射光X線CT技術を駆使した高信頼性材料設計

使用同步辐射X射线CT技术的高度可靠的材料设计

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
堀内美咲;齋藤典生;近藤行成;大曲新矢;大熊学
通讯作者：
大熊学

3D Visualization of Morphological Evolution of Large Defects during Spark Plasma Sintering of Alumina Granules

氧化铝颗粒火花等离子烧结过程中大缺陷形态演变的 3D 可视化

DOI：
10.1002/adem.202201534
发表时间：
2023
期刊：
Advanced Engineering Materials
影响因子：
3.6
作者：
Okuma Gaku;Endo Masaya;Minagawa Haruki;Inoue Ryo;Kakisawa Hideki;Kohata Takuma;Osada Toshio;Yamamoto Takafumi;Azuma Masaki;Takeuchi Akihisa;Uesugi Masayuki;Guillon Olivier;Wakai Fumihiro
通讯作者：
Wakai Fumihiro

超高信頼性セラミックス創成に貢献する焼結プロセスの放射光X線マルチスケールCT観察

同步加速器 X 射线多尺度 CT 观察烧结过程有助于制造超高可靠性陶瓷