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セラミックス組織形成の計算材料設計事例 1


概要:基板上の焼結体の焼結現象のシミュレーションにはモンテカルロ法が有効であり、材料設計への適用の可能性を見いだした


本研究の目的

 焼結体が拘束を受けて焼結する場合、例えば焼結済み基板上での焼結体の形成などでは、基板の凹凸による摩擦や、基板と焼結体の反応により、焼結体下部が拘束を受け、焼結性が阻害されることが考えられる。そこで、固相と液相をポアの抜け道のない基板上に配置し、液相の量、固液界面エネルギーなどを可変パラメータとした液相焼結MCシミュレーションを行い、焼結速度に与える基板の影響を調べた。




モデル構造とMCモデル


図





焼結後の微細構造

 b、cでは、焼結後もポアが多く存在している。cでは基板近傍はほとんど収縮していない。これは基板に凹凸があり、粒子の横方向の動きが拘束されているためであり、現実材料での基板の凹凸に伴う摩擦力による拘束の現象をよく再現している。


図
a) 基板なし


図
b) 基板あり


図
c) 凹凸あり





相対密度

 基板の存在により焼結速度が低下している。ただし、液相の量が増えると影響は小さい。これは、液相焼結しやすくなるのと同時に、液相が粒子と基板との間に入り込み、粒子が動きやすくなるためである。


グラフ
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