横浜国立大学 研究者ナビ

研究概要

セラミックスは一般に原料粉体を成形・焼結して作製されますが、これは先進セラミックスにおいてもほとんど同じです。先進セラミックスでは精度、性能、コストの面での要求が増大していますが、多くの場合、勘と経験で最適化されたプロセスが適用されています。我々は、先進セラミックスの高機能化・多機能化・高信頼性化を目指して、粉体プロセスを中心に、ナノテクノロジーを含めた先端的プロセス技術・評価技術を駆使した高度な科学的プロセスでこれを解決すべく研究に取り組んでいます。
セラミックスは、ポリマーや金属にない優れた特性を有していますが、脆くて壊れやすいという課題がありました。これを解決するために、我々は、ナノからマクロまで多様なスケールで、セラミックスの機械的信頼性を確保するための先端的な研究を進めています。また、このような高信頼性セラミックスを実現するために、粉体プロセスの高度化やプロセス中のセラミックス内部構造のオペランド観測による可視化など多面的なアプローチで研究に取り組んでいます。さらに、これらの知見を生かして、透明蛍光セラミックスを実現するなど機能と信頼性の両立を進めています。

アドバンテージ

経験に依存しがちなセラミックスの粉体プロセスを科学的な視点から解決します。特に、窒化ケイ素などの窒化物セラミックスについては、多くの知見を有しています。また、機械的粒子複合化装置、湿式ジェットミル、ビーズミルなど複数の先進的粉体プロセス装置を駆使してセラミックスの特性向上を行います。セラミックスの機械的特性としては、集束イオンビーム法により加工したマイクロカンチレバー曲げ試験による粒界等のメソスケールでの破壊特性評価を実施しています。さらに、医療用等で発達してきた光コヒーレンストモグラフィーを駆使したスラリー、成形、焼成プロセス中のセラミックスの内部構造のリアルタイム観察も進めています。このようなセラミックスの先端的なものづくりと特性評価を同時に実現できる点は、他にない大きなアドバンテージです。

事例紹介

・ナノ粒子分散プロセス
材料の高機能化が期待できるナノ粒子は極めて凝集しやすく、均一な分散が望まれます。我々は、ケミカルプロセス（分散剤の最適化）と各種メカニカルプロセスの複合的適用によるナノ粒子の最適分散プロセスを研究しています。

・メソスケール力学特性評価
マイクロカンチレバー曲げ試験により、セラミックスの強度や破壊靱性、疲労などの機械的特性を支配する結晶粒子や粒界の破壊特性をピンポイントで計測することができます。

・光コヒーレンストモグラフィー観察
不透明なセラミックス、および、その原料となるスラリーや成形体の内部を光コヒーレンストモグラフィーを用いて高分解能・高速・3次元で観察するためにことに成功しています。光コヒーレンストモグラフィーは輻射の影響も受けないため、高温で焼成中の内部構造変化も観察できます。

主な所属学会

日本セラミックス協会 / 粉体工学会 / 米国セラミックス学会

主な論文

『In situ observation of evolution of internal structure of alumina during sintering by swept-source OCT』「International Journal of Applied Ceramic Technology, in press.
『Transparent Y-α SiAlON:Ce3+ Ceramics Fabricated by Low-Temperature Liquid Phase Sintering Technique』「ECS Journal of Solid State Science and Technology, vol.10 p.08608」2021.8
『Local Fracture Toughness of Si3N4 Ceramics Measured using Single-Edge Notched Microcantilever Beam Specimens』「Journal of the American Ceramic Society vol.98p.965-97」2015.3

主な特許

特許第4966527号「透明シリカ焼結体とその製造方法」
特許第4565954号「導電性窒化ケイ素材料とその製造方法」
特願2001-233369「多孔質窒化アルミニウム」

主な著書

「先進セラミックスの作り方と使い方」日刊工業新聞社 2005.3
「窒化ケイ素系セラミック新材料」内田老鶴圃 2009.10
「入門 粉体材料設計」日刊工業新聞社 2011.3

主な研究機器・設備

光コヒーレンストモグラフィー
トライボインデンター
機械的粒子複合化装置

主な地域活動（国内、特に神奈川県内）

神奈川県立産業技術総合研究所との共同研究（JST-CRESTなど）
ISO TC 206 日本代表