【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】09555188 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

メカニカルアロイング / 非平衡反応 / 固相反応 / 還元反応 / 鉄酸化物 / 銅酸化物 / 銀酸化物 / ボールミル / 還元

【研究成果の概要】

メカニカルアロイング法を用いて、金属酸化物の常温常圧下における非平衡強制還元を実施した。平成9年〜平成11年の各年度において以下の実験を行い、日本金属学会、粉体粉末冶金協会、日本化学会、準安定相及びナノ材料国際会幾において公表した。
平成9年度:1.銀酸化物と銅酸化物の炭素による強制還元の実施
2.メスバウアー分光の設置
3.メカノケミカルアクターの試作
平成10年度:4.鉄酸化物の金属元素による強制還元の実施
5.セラミックス反応システムの設置
6.シェーカーの試作
平成11年度:7.鉄酸化物の水素/メタンガスによる強制還元の実施
8.鉄酸化物の安定性の評価
9.α-Fe/マグネタイト複合粒子およびセル構造マグネタイト粒子の作製
本研究によって、非熱的な手法による金属酸化物の強制還元が可能なことが実証された。特に鉄酸化物の場合、数ナノメートルの超常磁性α-Feが確認されたことは、還元過程を原子レペルで評価することが可能であることを指摘するとともに、新規材料の開発に転用できることを示した。また複合およびセル構造粒子の作製にも世界に先駆けて成功し、メタノール合成触媒への途を拓いた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】10,500千円 (直接経費: 10,500千円)

【研究分野】材料加工・処理

【研究領域課題番号】05452296 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

メカニカルアロイング / メカノケミストリー / 金属間化合物 / 固相反応 / 反応ミリング / 複合材料 / ナノ結晶 / 超塑性 / 固相化学反応

【研究成果の概要】

1.反応系の系統化:金属(Zr,Ti,Ni,Nb,Al)-ヘプタン系及びTi-セラミックス(Si_3N_4、SiC)系について、メカニカルアロイングにおける反応性をミリングによる蓄積エネルギーと関連づけた。DSC測定から求めた蓄積エネルギーと化学分析から求めた反応量とに明確な関連が確かめられた。反応の開始はミリングによるエネルギー蓄積の大きいZr,Tiの順で早期に開始されること、また反応開始に潜伏期が存在することが示された。
2.反応過程:X線回折及びDSC測定により、Ti及びZrとヘプタンとのミリングにおける反応生成物の解析を行なった。反応の初期では、反応生成物は温度上昇において可逆的に分解し、安定な炭化物を形成する前に準安定な面心立法構造をとることが判明した。この準安定中間相はhcp金属の積層欠陥がC及びHにより安定化された状態と考えられる。また、Hの存在状態も調べ、Zrとbcc金属であるNbとの違いも明らかにした。さらTi-Si_3N_4、SiCについてミリング及び焼結時の反応生成物とミリング条件との関係を求めた。
3.生成粉の焼結性と焼結体組織:ヘプタンとの反応によって二次凝集した粉末粒子径は、反応前に比べて約一桁細粒化され、その結果として焼結性は従来の金属間化合物あるいはセラミックスに比べて著しく改善されることを明らかにした。透過電子顕微鏡観察の結果、Ti-Al-ヘプタン系から得られる複合体の組織は約200nmのほぼ等軸な微細結晶粒であり、TiAlとTi_4AL_2C_2は均一に分散している。一方、Ti-Si_3N_4F系ではTiNとTi硅化物が約100nmのほぼ等軸な微細結晶粒として分散している。
4.焼結試料の機械的性質:焼結試料について高音引張り試験を行ない、TiAl-Ti_4Al_2C_2系では1000℃で400%,TiN-Ti_5Si_3では1500℃で約100%の伸びを試みた。歪み速度を変えた実験から、超塑性現象が現れていることを確認した。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】6,300千円 (直接経費: 6,300千円)