【研究領域課題番号】19H02021 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

グラフェン / 量産化 / メカノケミカル法 / 複合材料 / メカノケミカル反応 / ナノコンポジット / 繊維強化プラスチック / メカノケミカル / 強度 / 剥離分散 / 長期耐久性

【研究成果の概要】

ナノ強化による複合材料の機械的特性の向上をはかることを目的に、ナノ材料の一つであるグラフェンを量産化させるプロセスを構築した。グラフェンはグラファイトを剥離して薄層化することで得られる。液中でグラファイトを剥離してグラフェンを取り出す液相剥離法が最も安価にグラフェンを量産化できる。本研究では、液相剥離法の前処理方法として、塩と黒鉛の混合物をボールミルによりメカノケミカル反応させることで、グラファイトが液中で溶けるように剥離分散することを見出した。これにより低沸点溶媒への分散が可能となり、可溶性グラフェンを用いることで繊維強化プラスチックの更なる機械的特性の向上を確認できた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】複合材料・物性

【研究領域課題番号】05302049 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

セラミックス / 強度 / 破壊靭性 / ハイブリッド型複合材料 / ナノ粒子分散複合材料 / 微細構造制御 / フェイルセーフ / ナノコンポジット / ハイブリッド複合材料 / 破壊 / 破壊靱性 / 力学的特性

【研究成果の概要】

セラミックスの強度、破壊靭性を目指した微細構造の制御には粒子分散による複合化が有効な方法であり、最近セラミックスの力学的特性の向上を目指したナノ粒子分散によるナノ複合材料に関する研究が進められている。今年度は、3種類のアルミナセラミックス基ハイブリッド型のナノ粒子分散によるナノ複合材料について、分散相のナノ化のメカニズムやナノ粒子の粒内分散による微細構造の制御効果を検討した。
(1)Al_2O_3/5vol%SiCナノ粒子分散複合材料:
微粒子のSiCはアルミナの粒内に存在するのに対し、より大きいSiCはアルミナの粒界に存在した。また、ナノ分散化過程はマトリックスの緻密化の程度と密接な関係があり、焼結が進むにつれてアルミナ粒界の移動によってアルミナの粒径が安定な大きさになり、分散SiCは粒内気孔のようにマトリックス内部に取り込まれていることがわかった。ナノ粒子分散により、強度、破壊靭性ともに向上した。
(2)Al_2O_3/SiC/YAGハイブリッド複合材料:
ミクロンサイズのYAG粒子とナノサイズのSiC粒子からなる等軸構造のAl_2O_3/SiC/YAGハイブリッド複合材料を製造することに成功した。アルミナの粒成長は抑制され、均質な微細構造が達成され、これにより力学的特性の向上が達成された。
(3)Al_2O_3/LaAl_<11>O_<18>複合材料:
繊維状に細長い強化相をもつ複合材料を製造した。強度、破壊靭性ともに強化相の体積含有率の増加とともに増加した。とくに破壊靭性は強化相のアスペクト比の増加とともに増加した。強化相による架橋およびクラックの偏向が高靭性化に寄与している。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1993 - 1995

【配分額】21,900千円 (直接経費: 21,900千円)