高速一方向溶融凝固法による超高温耐熱強度材ファ
イバーの開発∼ミクロ構造の制御∼
著者
福田 承生
高速一方向溶融凝固法による
超高温耐熱強度材ファイバーの開発
∼ミクロ構造の制御∼
(10555254)平成10年度∼平成11年度科学研究費補助金(基盤研究(a) (2))研究成果報告書
平成12年3月
研究代表者 福 田 承 生 (東北大学金属材料研究所教授)は し が き
本報告書は平成10年度から平成11年度にわたり､文部省科学研究費補助金(基盤研
究(B) (2))によって遂行された研究課題｢高速一方向溶融凝固法による超高温耐熱強度
材ファイバーの開発∼ミクロ構造の制御∼｣の成果をとりまとめたものである｡
セラミック複合材料(Al203/Y3Al5012euteCtic)の組織および構造をサブミクロンから
ナノスケールで制御することによって得られる｢耐熱強度材料｣は､酸化物材料であり
ながら破断時に合金系で見られる転位が発生するため塑性変形が起こり､構造材料とし
ての高い信頼性が得られる可能性を秘めている｡加えて酸化物であるため､耐酸化性は
申し分ないoこの材料が火力発電のガスタービン､航空宇宙分野等の極限条件において
使用可能な材料となる可能性に着目した本材料開発研究では､形状のミクロンスケール
制御(ファイバー化)という概念を取り入れ､各種の新しい展開を計った｡具体的にはサ
ブミクロンオーダーの微細組織の形成メカニズム及びその制御法に対する解釈の是非
を検討し､得られた知見を基に組織制御を実現し､ファイバー径のミクロンオーダーの
形成メカニズム及びその制御法と合わせた理論の確立と制御の実現を目論んだ｡
結果として組織の微細化制御パラメータが解明され､当初30pmであった微細組織は
o･2pmまで微細化されたoまた､ファイバー径の制御パラメータも提案され､ 150pm￠
以下の径の作製法が確立されたoこれにより､酸化物でありながらR-150mmのフレキ
シビリティーが実現したoさらに､ eutecticの形成可能な他の素材も物性を含め検討さ
れ､各種共晶体ファイバーR3Al5012/A1203, RAIO3/A1203, R3Al5012/ RAIO3, RAIO3瓜203 (R.･ rare-earth element)が開発された｡各種新規共晶体ファイバーはその強度特性とともに微
細組織におけるフアセット性も検討され､ Iht& Jacksonの区分におけるいずれに相当
するかの知見も得られた｡
最後に､本研究を実施するに当たってご協力頂いた分担･協力研究者､共同研究者の
方々､ならびに､多くの御支援下さった方々に対し､深く感謝いたします｡
00010173139ー -平成12年3月
研究代表者
東北大学 金属材料研究所
教授 福田 承生
研究組織
研究代表者:福田承生(東北大学･金属材料研究所･教授)
研究分担者:吉川 彰(東北大学･金属材料研究所･助手)
研究分担者:島村清史(東北大学･金属材料研究所･助手)
研究分担者:和久芳春((樵)超高温材料研究所･山口研究所･主幹研究員)
研究経費
平成10年度
平成11年度
計
5,700千円 6,200千円 ll,900千円研究発表
(l)学会誌等
1･ AI Yoshikawa, B. M. Epelbaum, T. Fuknda, K. Suzukiand Y. W独Il: Grow血of A1203/Y3Al5012 euteCtic丘ber bymicro-pulling-downmethOd and its high temperattqe strengthandthermalstability, Japanese JoumalofApplied Physics, 38, L551L58, 1999 2. B. M. Epelbaum, A. Yoshikawa, K. Shimamtlra, T. Fuknda, K. Suzukiand Y. W血:
Microstructure of A1203JY3Al5012 euteCtiCfibers grownby lトPD method, Journalof
CrystalGrowth, 198/199, 471475, 1999
3. V. I. Chani, A. Yoshikawa, Y Kuwan0, K. Hasegawaand T. Fllknda: Grow血of Y3A15012:Ndfiber crystals bymicro-pulling-downteclmique, Journalof CrystalGr叫 204, 155-162, 1999
4. A. Yoshikawa, B. M. Epelbaum, K. Hasegawa, S. D. Durbinand T Fuknda: MicrostructuresinOxide eutectiC丘bers grownby a modi点ed micro-pulling-downmethod,
JoumalofCrystalGrowth, 205, 305-3 16, 1999
5. A. Yoshikawa, K. H祁egaWa, T. Fuknda, K. Suzukiand Y. W独Il: Growthand diameter
corltrol ofAl203/YjAl5012,Al20JGdAl03 euteCticfiber by micro-pulling-downmethOd
and its hightemperature strengthandthermalstability, Ceramic Engineeringand Science
Proceedings, 20, 275-282, 1999
6. K. fhsegawa, A. Yoshikawa, S. D. Durbin, B. M. Epelbaum, T. Fuknda and Y. Wh:
Microstructureand hightemperature mechanicalproperties of sapphire/R-Al-0 (R=Y, Gd,
Er, Ho, Dy) eutectiCfibers grownby micro pulling-downmethod, Journalof Korean
Associadon of CrystalGrowth, 9, 432-136, 1999
7. P. Rudolphand T. Fuknda: Fiber crystalgrow山片omthe melt, CrystalResearch
Teclmology, 34, 3-40, 1999
8. K. Lebbou, H. Itagaki, A. Yoshikawa, T. Fukuda, F･ Carillo-Romo, G. Boulon, A.
Brenierand M. Th. Cohen-Adad: Effect of Yb3'content on purityand crystal
growth ofBa2NaNb5015, Journalof CrystalGrowth, 210, 655-662, 2000
9. V. I. Chani, A. Yoshikawa, H. Machida, T. Satohand T. Fukuda: Grow血of Tb3Ga5012
fiberand bulk crystals uslngmicro-Pulling-down apparatus, Journalof CrystalGrow血, 210, 663-669, 2000
V･ I･ Chani, A･ Yoshikawa, H･ Machidaand T･ Fukuda: Melt growih of (Tb, Lu),A15012
mixed gamet Bber crystals, Journalof CrystalGro叫(impress)
V･ II Chani, A･ Yoshikawa, H･ Machidaand T･ Fuknda: (Tb, Yb),A15012 gamet:
crystal-chemi叫and丘ber growth by micro-pulling- downteclmique, Materials Science
and Engineering B (impress)
12l S･ D･ Durbin･ A･ Yoshikawa, K. fhsegawa, J･ H･ Lee, B･ M･ Epelbaum, T. Fukndaand
W血: Microstructureand mech肌icalproperties of oxide eutecticfibers, Proceedings of Materials Research Society(accepted)
(2)口頭発表
l･ A･ Yoshikawa, K･ Hasegawa and T･ Fuknda : Grow血ofYAG/sapphire Eutecticand YAG
Single CrystalFibers bythe Micro-pulling-down(I-PD) Method ; First htemational
School on CrystalGrowthTeclmology, September, 1 998, Switzerland
2･ K･ hsegawa, A･ Yoshikawa, S･ D･ Durbin, B･ Epelbaum, T. Fukndaand Y. W独Il :
Microstructureand High Temperature MechanicalProperties of Sapphire瓜-A1-0 (R-Y,
Gd, Er, Ho, Dy) Eutectic Fibers GrownBy Micro Pulling-DownMethod ; ･99
htemationalConference of the KACGand 6thKorea-JapanEMG Symposium, June,
1999, Korea
3l S･ D･ Durbin･ A･ Yoshikawa, K･ Hasegawa, JI H･ Lee, B･ M･ Epelbaum, T. Fukndaand Y.
W独Il : Microstructureand MechmicalProperties of Oxide Eutectic Fibers ; Materials Research Society Fall Meeting, November, 1 999, Boston, USA
4･ H･ Kaiden, AI Yoshikawa, K･ Hasegawa, S･ D. Durbin, T. FukudaandY Whku : Growth
of A1203/RE3A15012 Eutectic Crystalby Pulling-DownMethodand its High-Temperature
Properdes ; The 24thAmualCocoa Beach Conferenceand Exposition :Anhternational
Conference on Engineering Ceramicsand Structures, January, 2000, Florida, USA
5･ チヤニワレリ､吉川 彰､長谷川健治､福田承生､桑野泰彦:GrowthofY,Al5012
Fiber Crystals by Micro-Pulling-DownTeclmique ; 1998年(平成10年)秋季第59回
応用物理学関係連合講演会,広島. 1998年9月
6･ V･ I･ Chani, Y･ Kuwan0, A･ Yoshikawa, K･ Hasegawa and T. Fuknda :
Micro-Pulling-DownGrowthofNd-and Yb- Doped Y,Al5012 Fiber Crystals ;第53回応
用物理学会東北支部学術講演会, 1998年
7･吉川 彰､長谷川健治､ S. D. Durbin. B. M. Epelbaum､福田承生､和久芳春‥
YAG/Al203, GAP/Al203共晶体ファイバーの作成と微細組織の強度に及ぼす影響;
1999年(平成11年)春季第46回応用物理学関係連合講演会,東京, 1999年3月
8･長谷川健治､吉川 彰､ S.D.Durbin､ B.M.Epelbaum,福田承生､和久芳春‥新
規R-Al-0/Sapphire (R - Gd, Er, Ho)共晶体ファイバーの作成とその評価; 1999年 (平成11年)春季第46回応用物理学関係連合講演会,東京, 1999年3月
9･ SI D･ Durbin､ A･ Yoshikawa､ K･ rhsegawa､ B･ M･ Epelbaum､ T. Fuknda : Su血ceand
Bulk Microstructure ofEutectic Fibers Studied by AFM ; 1999年(平成11年)春季第
46回応用物理学関係連合講演会,東京, 1999年3月
10･ V･ I･ Chani, A･ Yoshikawa, H･ Machidaand T Fuknda : Micro-Pulling-DownGrowthof
Oxide Fiber Crystals (β-Ga203, GdVO4,Ti02)from Wettable Ir-Crucible ; 1999年(平成
ll･ S･ D･ Durbin, K･ fhsegawa, J. H. Lee, A. Yoshikawaand T. Fukuda : Simulation of
Eutectic Solidification to Predict Three-DimensionalMicrostructure ; 1999年(平成1 I
年)秋季第60回応用物理学関係連合講演会,兵庫, 1999年9月
12･ 吉川 彰､長谷川健治､ S. D. Durbin､ B. M. Epelbaum､福田承生､和久芳春:
RE-A1-0/Al203, RE3A15012, RE3Al5012/REAIO3共晶体ファイバーの作成と評価; 1999
年(平成11年)秋季第60回応用物理学関係連合講演会,兵庫, 1999年9月 13･ 吉川 彰､長谷川健治､ S.D.Durbin, B.M.Epelbaum､ J.H.Lee､福田承生､和久
芳春: RE-A1-0/A1203共晶体ファイバーの細径化･微細組織の強度に及ぼす影響;
2000年(平成12年)春季第47回応用物理学関係連合講演会,東京, 2000年3 月
14･ SI D･ Durbin, K. Hasegawa, A. Yoshikawa, J. H. Leeand T. Fuknda : Microstructures of
Oxide Eutectics Experimezltand Modelling ; 2000年(平成12年)春季第47回応用
物理学関係連合講演会,東京, 2000年3月
15･ J･ H･Lee, A･ Yoshikawa, K･ fhsegawa, S･ D. Durbin, T. Fukudaand Y. Wiku : ne
Grow血of Al203/ZrO2 Eutectic Fibers bythe Micro-Pulling DownMethodand its Chancterization ; 2000年(平成12年)春季第47回応用物理学関係連合講演会, 東京, 2000年3月 16･吉川 彰､ p･Rudolph､ B.M.Epelbaum､島村清史､福田承生､和久芳春:I-pD法
によるAl203NAG共晶ファイバーの細径化と組織制御;第29回結晶成長国内会
議.静岡. 1998年7月 17･ 吉川 彰､長谷川健治､ S. D. Durbin､ B. M. Epelbaum､福田承生､和久芳春: YAG/Sappbire共晶体ファイバーの結晶成長と共晶相の安定成長方位の選択配向性, 第30回結晶成長国内会議,福岡, 1999年7月 18. 桑野泰彦､吉川彰､ V.I.Chani､長谷川健治､福田承生:マイクロ引き下げ法によ るYAGファイバー単結晶成長;第43回人工結晶討論会,大阪, 1998年11月 19･ 吉川 彰､長谷川健治､ B. M. Epelbaum､島村清史､福田承生､鈴木謙蘭､和久 芳春: A1203/YAGおよびAl203侶r3A15012共晶体ファイバーの細径化と高温強度特 性の径依存性;第43回人工結晶討論会,大阪, 1998年11月 20. 長谷川健治､吉川 彰､島村清史､福田承生､鈴木謙蘭､和久芳春:A1203〝AG およびA1203侶r3Al5012共晶体ファイバーの細径化と高温強度特性の径依存性;第 43回人工結晶討論会,大阪, 1998年11月21. J.H.Lee､吉川 彰､長谷)ll建治､ V.I.Chani､ S.D.Durbin､声 大鏡､福田承生:
The Grow血and Characterization ofAl203/ZrO2 Eutectic Fibers bythe Micro-Pulling
DownMethod ;第44回人工結晶討論会,茨城, 1999年11月
22. 吉川 彰､長谷川健治､島村清史､福田承生､鈴木謙蘭､和久芳春:マイクロ引
き下げ法によるYAG/Sapphire Eutectic Fiberの微細組織制御とその高温強度特
性;金属学会1998年秋季大会,愛媛, 1998年9月
23. 福田承生､吉川 彰:I-pD法によるYAG,サファイア及びAl20,NAG共晶体の
ファイバー結晶作製について;第30回繊維学会夏季セミナー,山形, 1999年8
月TOUR ： Tohoku University Repository コメント・シート 本報告書収録の学術雑誌等発表論文は本ファイルに登録しておりません。なお、このうち東北大学 在籍の研究者の論文で、かつ、出版社等から著作権の許諾が得られた論文は、個別にTOUR に登録 しております。 TOUR http://ir.library.tohoku.ac.jp/
