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セラミックス組織形成の計算材料設計事例 2


概要:焼結・粒成長MCシミュレーションを用いて多孔体形成の計算とその構造解析を行った。これらの計算はフィルターやガスセンサー、触媒担持体等の多孔体開発支援への適用を期待できる

本研究の目的
 近年、セラミックス多孔体は、ガスセンサー、高温フィルター、担持体などの多くの分野で実用化されている。しかし、セラミックス多孔体の構造形成、例えば連続孔構造が三次元空間でどのように形成されていくかについては、これまで材料設計手段がほとんどなかった。我々はJFCCで開発したMC焼結シミュレーション手法を用いて、セラミックス多孔体の構造成形とその構造の解析を行っている。



焼結組織
 初期粒径を変えた(計算格子で直径1セル径から5セル径)場合の焼結性の違いを調べた。初期粒径が大きいほど多孔構造となりやすい。




連続している気孔を可視化
 上図の焼結組織より底面より連続している気孔のみを抜き出し可視化した。上段の初期粒径が小さい場合は緻密化が進み連続気孔は減少しているが、下段の初期粒径が大きいものは安定して連続気孔が存在していることが分かる。




解析例
 右上図:気孔率と計算ステップの関係。左下図:全気孔のうち連続気孔の占める割合と計算ステップの関係。
 右下図:インターセプト法により測定した気孔径と計算ステップの関係。すべて初期粒径3セルの結果。
この他にも固相粒径や粒子の接触率、開気孔・閉気孔率等の解析が可能。

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