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外場制御焼結グループ

機能性セラミックスの製造プロセスや特性発現の過程において、外部から印加される電場、磁場、応力場などが大きな影響を及ぼすことが明らかになりつつあります。特に製造プロセスにおいては、電場や応力場の印加によって、焼結緻密化過程に必要な温度の低減や時間短縮が可能であり、さらに従来の技術よりも簡便に透明体の作製が実現するなど、新たな可能性が拓かれつつあります。外場制御焼結グループでは、これら多様な外場を高度に制御してセラミックスの焼結に活用し、新規な高機能性セラミックスを開発・製造することを目的としています。

研究対象

パルス通電加圧焼結 (放電プラズマ焼結) やフラッシュ焼結装置を使った光学・電子セラミックスの作製を行っています。さまざまなプロセスパラメータについて系統的に調査し、その焼結緻密化現象の理論的解析、焼結体微細組織の観察や局所領域の化学組成・結合状態評価などを通して外場制御下でのセラミックス組織形成過程への理解を深めると共に、セラミックスの高機能化への指針を探索しています。また、SIPプロジェックト (コーティング層の緻密化解析) にも参画しています。


主要設備等

「パルス通電加圧焼結装置の模式図。原料粉末を詰めたダイスをチャンバー内部に設置し、パルス電流と応力を適宜印加する。内温度の計測は放射温度計によって行う。」の画像

パルス通電加圧焼結装置の模式図。原料粉末を詰めたダイスをチャンバー内部に設置し、パルス電流と応力を適宜印加する。内温度の計測は放射温度計によって行う。


「パルス通電加圧焼結によりセラミックスを製造する様子。試料が直接昇温されるため、エネルギー効率が高い。」の画像

パルス通電加圧焼結によりセラミックスを製造する様子。試料が直接昇温されるため、エネルギー効率が高い。


「フラッシュ焼結装置の模式図。試料に印加される電圧・電流を各温度でモニタリングすると共に、その緻密化過程をCCDカメラで記録する。また試料温度の計測も同時に行える。」の画像

フラッシュ焼結装置の模式図。試料に印加される電圧・電流を各温度でモニタリングすると共に、その緻密化過程をCCDカメラで記録する。また試料温度の計測も同時に行える。


通常のプロセス装置に加え、パルス通電加圧焼結 (放電プラズマ焼結) やフラッシュ焼結装置を駆使し、外場制御焼結を実施しています。また各種光学特性や電気伝導性、高温力学特性、微細組織評価のための設備を用いています。研究の進展に応じ、新たな装置の開発・製造も随時行っています。


最近の主要な成果等

「レーザー材料や耐プラズマ材料として利用されるY₂O₃セラミックスの高電場印加による低温・急速焼結。焼結時間は従来の1000分の1に短縮された。」の画像

レーザー材料や耐プラズマ材料として利用されるY₂O₃セラミックスの高電場印加による低温・急速焼結。焼結時間は従来の1000分の1に短縮された。


「生体材料として注目されるハイドロキシアパタイトの焼結体。800°Cという低温で合成された。従来のカーボンモールドを使用した材料 (左) に対し、新規にSiCモールドを使用することで透明体が得られた (右) 。」の画像

生体材料として注目されるハイドロキシアパタイトの焼結体。800°Cという低温で合成された。従来のカーボンモールドを使用した材料 (左) に対し、新規にSiCモールドを使用することで透明体が得られた (右) 。


「真空焼結 (1700°C×4h) により得られた(Y₀.₉₅-xGdxEu₀.₀₅)₂O₃透明・蛍光発光セラミックス。従来品よりも低温で製造でき、透光性に優れる。」の画像

真空焼結 (1700°C×4h) により得られた(Y₀.₉₅-xGdxEu₀.₀₅)₂O₃透明・蛍光発光セラミックス。従来品よりも低温で製造でき、透光性に優れる。


外場制御による緻密化促進・機能発現機構を理解するためには、物質輸送現象の理論的解析、多結晶体微細組織の観察・分析などを通して、セラミックス組織形成過程への理解を深めると共に、外場と物質輸送の関係を解明することが必要です。これまでに、電場・応力場・雰囲気に基づく物質移動の高度な制御によって、緻密化温度の低減や低温焼結による透明体の製造、透明蛍光体の開発に成功しています。


グループリーダー

(キム ビョンナム)

金 炳男

(キム ビョンナム)


お問い合わせ先

外場制御焼結グループ
〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1
E-Mail: KIM.Byung-Nam=nims.go.jp([ = ] を [ @ ] にしてください)
国立研究開発法人物質・材料研究機構
〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1
TEL.029-859-2000 (代表)