【材料科学】硬さと割れにくさ両立したセラミックス実現に道 わずかな亀裂進展で靭性が急激に増すことを発見 東工大

1 ：もろ禿 ◆SHINE.1vOk もろ禿HINE! ★＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:31:35.67 ID:???.net

硬さと割れにくさ両立したセラミックス実現に道―わずかな亀裂進展で靭性が急激に増すことを発見― | 東工大ニュース | 東京工業大学
http://www.titech.ac.jp/news/2015/031545.html


http://www.titech.ac.jp/news/img/n000879_wakai_fig1.jpg
図1. ビッカース硬度と破壊靱性の関係
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000879_wakai_fig2.jpg
図2（b）. 破壊抵抗と亀裂進展長さとの関係
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000879_wakai_fig4.jpg
図3. 破壊誘起アモルファス化による亀裂進展抵抗の増加
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000879_wakai_fig5.jpg
図4. 二酸化ケイ素の結晶構造


（前略）


背景

砂や岩石の主成分である二酸化ケイ素（シリカ、SiO2）はありふれた物質であり、石英（水晶）やシリカガラスとして利用されているが、脆く、割れやすいという欠点がある。シリカの高圧相である
スティショバイトは酸化物の中で最も硬く、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素（c-BN）に次ぐ硬さをもつ優れた材料である。だが、その単結晶は石英やシリカガラスと同様に割れやすいものであった。

2012年に西山博士は愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター（GRC、入舩徹男　センター長＝愛媛大学教授）で、ナノ多結晶スティショバイトの合成に成功し、割れにくさの指標である
破壊靭性が10〜13 MPa・m1/2[用語3]とセラミックスの中で最も高い値をもつ材料であることを発見した。図1に示すとおりセラミックスは一般的に硬いものほど割れやすい傾向があるが、
ナノ多結晶スティショバイトは硬さと割れにくさを併せもつセラミックスである。つまり、シリカという地球上にありふれている物質から優れた機能をもつセラミックスが合成でき、資源の制約のない
持続可能社会に適した材料であるといえる。ナノ多結晶スティショバイトの高い破壊靭性の起源は常圧で準安定なスティショバイトが亀裂先端の巨大な引張応力によって局所的に結晶相から
アモルファス相に相変態する「破壊誘起アモルファス化」[用語4]と関連している。スティショバイトの破壊した表面には数十nm（ナノメートル）の厚さのアモルファス相が存在することが
X線吸収端近傍構造（XANES[用語5]）で観察されている。

破壊誘起アモルファス化はスティショバイト以外の多くの高圧相の物質でも起こりうるので、今後、類似の関連物質でさまざまな高靭性材料が発見され、高強度・高靭性セラミックスの開発が大きく
進むものと期待されている。しかし、なぜ強く、丈夫になるのかという理由は明らかになっていなかった。

2 ：もろ禿HINE! ★＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:31:51.95 ID:???.net

研究成果

若井所長らの研究グループは、集束イオンビーム（FIB）により加工した微小試験片（図2（a））を用いて、ナノ多結晶スティショバイトの破壊に対する抵抗が亀裂進展とともにどのように増加するかを
調べた。ナノ多結晶スティショバイトの破壊抵抗はわずか1μmの亀裂進展で8 MPa・m1/2まで上昇し、その飽和値は10 MPa・m1/2近く、セラミックスの中でも高い破壊靭性をもつジルコニア
（二酸化ジルコニウム）や窒化ケイ素よりもはるかに高かった（図2（b））。また、ナノ多結晶スティショバイトの亀裂進展にともなう破壊抵抗の初期増加率も極めて高かった。

ジルコニアの高い破壊靭性は、亀裂進展に伴って準安定相である正方晶相から単斜晶相への応力誘起変態がおこり、亀裂の周辺に相変態領域が形成されることが、その起源である。
破壊抵抗が飽和値に達するまでに亀裂が進まなければいけない距離は相変態領域の厚みに比例する（図3）。一方、二酸化ケイ素の低圧相である石英やクリストバライトではケイ素（Si）原子は
4個の酸素原子に囲まれた4面体構造をとるが、高圧相であるスティショバイトではSi原子は6個の酸素原子に囲まれた8面体構造をとる（図4）。

破壊誘起アモルファス化によって、亀裂先端の高い引張応力によりスティショバイトがアモルファス化する際に100%近い大きな体積膨張が起こる。ナノ多結晶スティショバイトで破壊抵抗が飽和値に
達するまでに進まなければならない距離が極めて短かったのはアモルファス化領域の厚みが数10nmと、ジルコニアの相変態領域の厚み数μmに比べてはるかに小さかったためである。

相変態強化が働くときには、相変態に伴う体積変化が大きいほど、また、アモルファス化領域が厚いほど、破壊抵抗の増加量は大きくなる。アモルファス化領域の厚みは薄いけれども、
アモルファス化による体積変化率の高いことが、ナノ多結晶スティショバイトの優れた靭性の理由であることがわかった。


今後の展望

亀裂が1μm以下のわずかな距離を進むだけで破壊抵抗が上昇することが見出され、硬くて脆いセラミックスを丈夫にする新しい仕組みが存在することが明らかになった。この発見は微小試験片による
破壊抵抗測定技術の進歩により初めて可能になった。この技術を応用して、複雑なナノ構造、サブミクロンスケールの構造をもつセラミックスやナノコンポジットに適用すれば、さまざまな未知の
靭性強化機構が見出される可能性があり、高強度・高靭性セラミックスの研究開発に新たな飛躍と展開をもたらすと期待される。


（以下略）

3 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:35:02.88 ID:CGBqFD8v.net

2ゲット！

4 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:36:28.80 ID:VFGwkwAh.net

日本で住友（スミ）ダイヤという、
ダイヤモンドの微粒子を焼き固めて作ったダイヤモンド材料があり、
それは、天然ダイヤに比べて方向性が無いので、丈夫だと思いましたね。

5 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:41:27.80 ID:vwUP65uv.net

硬さと割れにくさと心強さと

6 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:45:07.95 ID:8Mk6kNeb.net

なんだ、韓国もう詰んでるじゃんw
http://peace.2ch.net/test/read.cgi/bgame/1425648080/

7 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:45:17.14 ID:egIZH7eI.net

硬さとワレメとセックス


オナ禁2週間目です

8 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:47:08.83 ID:kK5lroTV.net

万能じゃね

9 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 21:47:56.10 ID:QGVz+GX5.net

超硬とサーメットの良いトコ取りで売れそうだな

10 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 22:02:47.87 ID:xIxn5te9.net

セラミックエンジン
リーンバーン

11 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 22:07:44.01 ID:Ia9lfmZJ.net

長い
1文字で頼む

12 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 22:25:23.14 ID:YaZZbNPu.net

アモルファスセラミックか
昔なら真っ先にスピーカーの振動板に使われてただろうにな

13 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 22:50:53.34 ID:MKdt9wbx.net

冷却不要、潤滑も最小限で驚異の熱効率で内燃機関ができる？
それなら凄いけど、一度失敗してるからなあ〜。

14 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 22:54:35.93 ID:aNHg/HWf.net

>>5
いつも感じている

15 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 23:21:13.31 ID:NQ5hQMLa.net

こういうのって廃棄出来るんかな。

16 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 23:30:14.28 ID:33eK3Fb/.net

　
ということは、ガンダニウムまであと１歩まで来たってことだな

17 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/21(日) 23:53:49.48 ID:qFQwcAKP.net

>>10
それは無理　冷却の必要ないけど、吸入する空気も発熱するため
効率が、悪くなる

18 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 00:01:59.85 ID:brFdhBCZ.net

ついに王蟲の殻より柔らかい超硬質セラミックが作れるようになるわけだな

19 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 00:02:06.70 ID:nd2vv8NL.net

アペックスシールの材料に「ぜひ！」

20 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 00:26:04.12 ID:sG/UiEmq.net

マキシマムアーマー！

21 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 00:49:17.99 ID:9FeKCJW6.net

強化ガラスみたいに尖ったものでつつくと粉々に粉砕するとか

22 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 01:46:07.41 ID:QZxkdAlY.net

破壊靱性値のサイズ効果は当然計算に入ってるんだろうな？
FIB装置の中でやった荷重の値をそのまま靱性値にしてたら、
教科書読んでから出直して来いと死ぬほど馬鹿にされるぞ

23 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 02:38:54.12 ID:N0KoxTkw.net

>>11
硬

24 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 02:54:42.25 ID:bzqkJLXT.net

そのうちジャパネットで最強の包丁とか言って売るわけだ

25 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 03:23:04.16 ID:QEKhroDq.net

これを刀にしたら、鉄の刀をスパスパ切れる魔刀が出来そうだな。

26 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 03:28:58.93 ID:TWuVpv72.net

>>24
日本直販でスッパスパ！

27 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 04:13:28.17 ID:kSx7aqXu.net

　　　割れにくい
　　　　　 ナノ多結晶スティショバイト(シリカをイオンビーム加工)
　　　　＋　　硬い
　　　　　シリカ、ガラス

28 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 04:52:15.08 ID:y3lhOK2O.net

@




アメリカの人殺し権力者の防弾チョッキになります






日本人はバカだ




：

29 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 05:35:17.88 ID:Fm933gA0.net

>>22
>>1をちゃんと読めば、そんな疑問なんか出るはず無いのだが
なぜ中途半端な知識で上から目線のアドバイスなんかしちゃってるの？

30 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 06:33:17.68 ID:9iam7c21.net

俺のとどっちが硬いか試してみないか？

31 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 06:36:14.20 ID:eU2nwHcS.net

>>17
普通の温度+αで回してもいいじゃん鉄アルミからの置き換え

32 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 07:08:56.21 ID:SRRixRJM.net

>>28
キチガイ妄想してばかりのお前ら朝鮮人は本当にバカだよなあ

33 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 07:39:07.34 ID:+Zt7/cmF.net

うっかり落としても割れないお茶碗をたのむ

34 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 08:10:35.45 ID:QZxkdAlY.net

>>29
常識なんだから、疑問が出ないのはおかしいだろ
FIBで亀裂先端数十ナノメートルのアモルファス化のせいですってのも怖いだろ？

35 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 09:32:42.47 ID:Tl7ZgLY1.net

↑意味わかんないけど
>>24
>>25
>>26
そうやのぅ！
ワシも欲しいのう！
俺の女に近づく虫はﾁﾝｺスッパスッパしてくれる
ん？まあ、女いないんだけどな、まだ

36 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 09:50:03.19 ID:Gu8vYaSt.net

>>30
硬さ調べたいから金槌で叩いて良いか？

37 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 10:16:13.88 ID:XMGxh/rq.net

硬さと割れにくさは、分かったが耐久温度書いてないな

38 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 10:36:34.12 ID:L63vqpkO.net

>>28
防弾チョッキもまともに作れないからなｗｗ

【韓国】軍備不正納入が止まらない、「弾が貫通する」防弾チョッキ＝韓国ネット「誰も信じられない」[06/22] [転載禁止]©2ch.net
http://yomogi.2ch.net/test/read.cgi/news4plus/1434931983/

39 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 12:19:58.37 ID:iafu9f6Y.net

>>7
オナ禁すると前立腺癌のリスクが増すぞ

40 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 13:06:19.92 ID:Fm933gA0.net

>>34
ちゃんと読めアホ
http://www.titech.ac.jp/news/2015/031545.html

41 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 20:52:58.21 ID:aVbvlesA.net

無敵のお茶碗とか一生ものすぎて選ぶの三日はかかるわ

42 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 21:01:46.03 ID:QmkJ8XSN.net

>>22
ばーーか
ゆとり　底辺　クズ

43 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/22(月) 23:12:58.68 ID:QBRwhDJ4.net

アルミの酸化膜みたいに何もしなくてもアモルファス化すればいいのにな

44 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 00:33:18.21 ID:Hkbjijrw.net

CFRPでも実現してほしい。航空機用として使えるのではないか。
今のものはちょっと危ない。

45 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 02:43:55.39 ID:oMMMtW3Y.net

ふと思い浮かんだがCNT強化ガラスとか面白そう

46 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 05:57:55.40 ID:FutLONgy.net

ビッカース硬さって単位なかったよな

47 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 09:17:30.72 ID:MTBVSUv7.net

10式戦車の増加装甲にぜひ。

48 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 09:33:59.98 ID:NVKRadlB.net

普通にサファイアガラスの代替商品になるんじゃない

49 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 11:23:47.70 ID:u9TkitvZ.net

良く解らんが、SiC繊維とどっちが実用性有りそうなの？

50 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 13:30:27.16 ID:658p89nT.net

ムスカ「この体が金属なのか粘土なのか、それすら我々の科学力ではわからないのだ」

高度なセラミックスは未来にロストテクノロジになる予定

51 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 13:31:16.41 ID:oMMMtW3Y.net

例の超高圧実験装置で飴玉サイズだから何でもいけるわけじゃないね
ダイヤより大型化は楽だろうけど

52 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 20:13:50.46 ID:eTtYRhEt.net

>>30　とりあえず大きさがだめだな

53 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/23(火) 20:29:40.12 ID:+kFO0Gva.net

>>50
セラミックスのことなのね

54 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/29(月) 01:16:01.41 ID:iU1nQpSt.net

航空機に使われてる炭素繊維複合材も
荷重が繰り返しかかると、いつか
ポキっといくってこと？

55 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/29(月) 01:49:55.73 ID:TakBiKXB.net

>>1
分かる〜

56 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/29(月) 02:28:39.30 ID:XJ5530n5.net

>>54
繊維が切れる前に固めてる樹脂が剥がれる
事故起こさない限りはそういうことが起きないような強度持たせた設計にしにた上で
現物で試験して壊れないこと確認しないと認可降りない様だけど

57 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/06/29(月) 04:50:03.33 ID:aRo2yEMs.net

>>54
胴体に穴開いて落ちた飛行機があったような

58 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/07/13(月) 15:42:14.46 ID:ObQQ+9fG.net

>>54 セラミックは脆い、炭素繊維は柔軟

例えばゴルフのシャフトにセラミックは使えないが、炭素権威は使える。

炭素繊維の羽羽柔軟にしなるが、セラミックで作るとポキンと割れる。

59 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/08/11(火) 14:09:46.83 ID:PUe5DvNn.net

今日の常識、明日の非常識