Updated on 2022/05/25

写真a

 
SUZUKI, Tohru
 
Affiliation
Faculty of Science and Engineering, Graduate School of Advanced Science and Engineering
Job title
Professor(without tenure)

Research Institute

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

Education

  •  
     
     

    Waseda University   School of Science and Engineering  

  •  
     
     

    Waseda University   Graduate School of Science and Engineering  

Degree

  • 博士(工学)

Research Experience

  • 2016.04
    -
    Now

    National Institute for Materials Science   Research Center for Functional Materials, Ceramics Processing Group   Group Leader

  • 2012.04
    -
    2016.03

    National Institute for Materials Science   Materials Processing Unit, Advanced Ceramics Group   Chief Researcher

  • 2002.04
    -
    2012.03

    National Institute for Materials Science   Materials Engineering Laboratory, Fine Particle Processing Group   Senior Researcher

  • 1996
    -
     

    :科学技術庁金属材料技術研究所研究員

  • 1995
    -
     

    :早稲田大学材料技術研究所助手

  • 1994
    -
     

    :早稲田大学理工学部助手

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Professional Memberships

  •  
     
     

    The Society of Inorganic Materials, JAPAN

  •  
     
     

    The Magneto-Science of Japan

  •  
     
     

    The Society of Powder Technology, JAPAN

  •  
     
     

    American Ceramic Society

  •  
     
     

    The Ceramic Society of Japan

  •  
     
     

    粉体粉末冶金協会

  •  
     
     

    日本金属学会

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Research Areas

  • Inorganic materials and properties

Research Interests

  • transparent ceramics

  • sintering

  • ceramics

  • strong magnetic field procsssing

  • crystallographic orientation

  • powde processing

  • 材料強度

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Papers

  • Distribution of Relaxation Time Analysis for Non-ideal Immittance Spectrum: Discussion and Progress

    Kiyoshi Kobayashi, Tohru S. Suzuki

    Journal of the Physical Society of Japan   87 ( 9 ) 094002  2018.09  [Refereed]

     View Summary

    The problem regarding the distribution of relaxation times (DRT) is revisited and discussed from the point of view of mathematics and computing algorithms. Although the algorithm in conventional DRT analysis software involves an implicit hypothesis that DRT is a continuous real function with continuous relaxation time, this hypothesis is not a principle of nature but a demand by a mathematical equation used for analysis. It is to be noted that the DRT calculated using the conventional algorithm is a continuous distribution of relaxation times (CDRT). As per the CDRT hypothesis, DRT is a set of discrete values. On the other hand, there is a model that involves the discrete distribution of relaxation times (DDRT). Thus, the fundamental difference between the CDRT and DDRT models originates f

    DOI

  • Effect of texture on oxidation resistance of Ti3AlC2

    Ludi Xu, Degui Zhu, Yunlong Liu, Tohru S. Suzuki, Byung-nam Kim, Yoshio Sakka, Salvatore Grasso, Chunfeng Hu

    Journal of the European Ceramic Society   38 ( 10 ) 3417 - 3423  2018.08  [Refereed]

     View Summary

    Oxidation resistance of textured Ti3AlC2 ceramics was measured in the temperature range 1273–1573 K. It was found that the oxidation was markedly anisotropic and the samples exhibited a better oxidation resistance when tested along a direction transverse to the c-axis. This behavior was attributed to the rapid diffusion of Al within its basal planes to form a passivating Al2O3 scale and it respected Ellingham diagrams. The scales formed had different compositions depending on the testing direction
    this response was clearly resulting from the crystallographic orientation. Even at 1473 K after 20 h exposure, the samples tested in a direction transverse to the c-axis showed a reduced weight gain which was 45 times lower than one seen on a basal plane.

    DOI

  • Effect of crystallographic orientation on transparency of alumina prepared using magnetic alignment and SPS

    Takaharu Ashikaga, Byung-Nam Kim, Hajime Kiyono, Tohru S. Suzuki

    Journal of the European Ceramic Society   38 ( 7 ) 2735 - 2741  2018.07  [Refereed]

     View Summary

    Transparent polycrystalline alumina was developed over many years because its attractive properties are expected to find applications in many fields. Crystallographic orientation is one of the effective ways to improve transparency in birefringent ceramics such as alumina, because birefringence at grain boundaries can be suppressed by the alignment of optical axis. Fabrication of high-transparency alumina with an oriented c-axis and fine microstructure can be attained by slip casting in a strong magnetic field, followed by spark plasma sintering at 1150 °C for 20 min. The real in-line transmittance of the textured alumina with a thickness of 0.80 mm was 70% at λ = 640 nm, which was higher than that of randomly-oriented alumina. The c-axis orientation reduced the actual difference of the refractive index and suppressed remarkably the birefringence.

    DOI

  • Transparent ultrafine Yb3+:Y2O3 laser ceramics fabricated by spark plasma sintering

    Hiroaki Furuse, Shunsuke Nakasawa, Hidehiro Yoshida, Koji Morita, Tohru S. Suzuki, Byung-Nam Kim, Yoshio Sakka, Keijiro Hiraga

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   101 ( 2 ) 694 - 702  2018.02  [Refereed]

     View Summary

    Conventional ceramic processing techniques do not produce ultrafine-grained materials. However, since the mechanical and optical properties are highly dependent on the grain size, advanced processing techniques are needed to obtain ceramics with a grain size smaller than the wavelength of visible light for new laser sources. As an empirical study for lasing from an ultrafine-grained ceramics, transparent Yb3+:Y2O3 ceramics with several doping concentrations were fabricated by spark plasma sintering (SPS) and their microstructures were analyzed, along with optical and spectroscopic properties. Laser oscillation was verified for 10at.% Yb3+:Y2O3 ceramics. The laser ceramics in our study were sintered without sintering additives, and the SPS produced an ultrafine microstructure with an average grain size of 261nm, which is about one order of magnitude smaller than that of ceramics sintered by conventional techniques. A load was applied during heating to enhance densification, and an in-line transmittance near the theoretical value was obtained. An analysis of the crystal structure confirmed that the Yb3+:Y2O3 ceramics were in a solid solution. To the best of our knowledge, this study is the first report verifying the lasing properties of not only ultrafine-grained but also Yb-doped ceramics obtained by SPS.

    DOI

  • Fabrication of lead-free piezoelectric (Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3 ceramics using electrophoretic deposition

    Minsu Kim, Ryo Ito, Sangwook Kim, Gopal Prasad Khanal, Ichiro Fujii, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Chikako Moriyoshi, Yoshiro Kuroiwa, Satoshi Wada

    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE   53 ( 4 ) 2396 - 2404  2018.02  [Refereed]

     View Summary

    Electrophoretic deposition (EPD) process has certain advantages such as it can be applied for a mass production and also can be combined with magnetic crystal alignment technique. In this work, we prepared lead-free 85(Bi0.5Na0.5)TiO3-15BaTiO(3) (85BNT-15BT) piezoelectric ceramics by conventional uniaxial pressing and EPD process. Various conditions were optimized such as suspension media, applied electrical field, and deposition time in order to yield dense green ceramics of 85BNT-15BT composition using EPD process. 85BNT-15BT ceramics prepared using EPD process revealed the Curie temperature of about 250 A degrees C, coercive field of about 30 kV/cm, and piezoelectric constant (d (33)) of 75 pC/N. The EPD-processed samples exhibited structural and electrical properties similar to that of the conventionally processed one suggesting the successful fabrication of 85BNT-15BT piezoelectric ceramics by EPD method without composition deviation. This study lays a foundation on the fabrication of Bi-based lead-free piezoelectric ceramics by an alternative route other than the conventionally practiced solid-state reaction method maintaining the similar chemical composition, moreover, leaving a large space to explore more in the future.

    DOI

  • Stabilization of the high-temperature phase and total conductivity of yttrium-doped lanthanum germanate oxyapatite

    Kiyoshi Kobayashi, Yukihito Igarashi, Noriko Saito, Tohru Higuchi, Yoshio Sakka, Tohru S. Suzuki

    Journal of the Ceramic Society of Japan   126 ( 2 ) 91 - 98  2018.02  [Refereed]

     View Summary

    The high-temperature phase of lanthanum germanate is useful due to its high oxide ion conductivity. While the transition from the high- to low-temperature phase could be suppressed by yttrium substitution in lanthanum sites, full stabilization of the high-temperature phase was difficult to achieve by yttrium substitution under conditions of different lanthanum-deficient compositions, as some X-ray diffraction (XRD) peaks were broadened after annealing at 873 K. With lattice constant analysis using the XRD peaks, the degree of lattice asymmetry for the low-temperature phase with triclinic lattice was found to decrease with increases in the deficiency of the lanthanum site and yttrium concentration. Formation of the low-temperature phase was difficult to detect even from Raman shift spectra. On the other hand, Raman shift spectra showed high sensitivity to detection of the La2GeO5 impurity phase. The influence of the total conductivity on the phase transition showed different trends with increases in the lanthanum deficiency and yttrium concentration. With tuning of the composition, the highest conductivity was observed in La8.51Y0.96(GeO4)6O2.205. This conductivity (6.12 © 1011 S/m11 at 873 K) is higher than that of yttria-stabilized zirconia at the same temperature.

    DOI

  • Inherent anisotropy in transition metal diborides and microstructure/property tailoring in ultra-high temperature ceramics—A review

    Guo-Jun Zhang, De-Wei Ni, Ji Zou, Hai-Tao Liu, Wen-Wen Wu, Ji-Xuan Liu, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    Journal of the European Ceramic Society   38 ( 2 ) 371 - 389  2018.02  [Refereed]

     View Summary

    This is the first comprehensive review on inherent anisotropic features of transition metal diboride (MB2) and their implementation for tailoring the microstructure and properties of MB2-based Ultra-high temperature Ceramics (UHTCs). The emphasis is on the processing approaches, microstructures, and properties of self-reinforced and/or textured MB2-based composites with elongated MB2 grains. The crystal structure characteristics and grain growth behaviour of MB2 are also critically reviewed. Benefiting from the tailored microstructure, the MB2-based ceramics exhibit some improved properties. Considering the success of Si3N4 ceramics in the field of structural ceramics, it is expected that the potential MB2-based ceramic composites with abundant elongated MB2 grains, textured structures, and controlled grain boundaries would possess improved fracture toughness, thermal shock resistance, and reliable high-temperature properties, which are desired for their practical applications. Accordingly, microstructure designing and tailoring provide an important perspective for the future development of UHTCs.

    DOI

  • Anisotropic electronic conductivity and battery performance in c-axis oriented lanthanum silicate oxyapatite prepared by slip casting in a strong magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Satoshi Takahashi, Tetsuo Uchikoshi, Takamasa Ishigaki, Kiyoshi Kobayashi

    Funtai Oyobi Fummatsu Yakin/Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy   65 ( 2 ) 121 - 126  2018.02  [Refereed]

     View Summary

    Lanthanum silicate oxyapatite (LSO) has superior features for application of solid electrolyte in solid oxide fuel cells. Because LSO has a higher oxygen-ion conductivity compared with yttria stabilized zirconia at temperatures below 600°C. Textured LSO bulk ceramics were fabricated by using a magnetic field-assisted colloidal processing technique. The c-axis of LSO was aligned parallel to the applied magnetic field. The anisotropic electric conductivity of the textured bulk ceramics was evaluated by the complex impedance method. It was demonstrated that the conductivity was very high along the c-axis. Battery performance was higher in the textured LSO compared with the random LSO.

    DOI

  • 強磁場と電場を利用した配向積層制御装置

    鈴木 達, 打越 哲郎

    コロイドおよび界面化学部会『C&I Commun』   43 ( 1 ) 5 - 6  2018.01

     View Summary

    セラミックスの創製において、成形過程で強磁場を印加することにより常磁性、反磁性セラミックスであっても結晶配向制御を可能とするプロセスと、さらに積層構造を造り込むことを可能にする電気泳動堆積法の二つのプロセスを重畳させることで配向積層セラミックスの創製を可能とした。このセラミックスの配向積層構造を造り込むための装置を紹介する。

  • Development of an algorithm for automatic analysis of the impedance spectrum based on a measurement model

    Kiyoshi Kobayashi, Tohru S. Suzuki

    Journal of the Physical Society of Japan   87 ( 3 ) 034004  2018  [Refereed]

     View Summary

    A new algorithm for the automatic estimation of an equivalent circuit and the subsequent parameter optimization is developed by combining the data-mining concept and complex least-squares method. In this algorithm, the program generates an initial equivalent-circuit model based on the sampling data and then attempts to optimize the parameters. The basic hypothesis is that the measured impedance spectrum can be reproduced by the sum of the partial-impedance spectra presented by the resistor, inductor, resistor connected in parallel to a capacitor, and resistor connected in parallel to an inductor. The adequacy of the model is determined by using a simple artificial-intelligence function, which is applied to the output function of the Levenberg-Marquardt module. From the iteration of model modifications, the program finds an adequate equivalent-circuit model without any user input to the equivalent-circuit model.

    DOI

  • Fabrication and mechanical properties of textured Ti3SiC2 systems using commercial powder

    Yuichi Uchida, Koji Morita, Tohru S. Suzuki, Toshiyuki Nishimura, Kenjiro Fujimoto, Yoshio Sakka

    Materials Transactions   59 ( 5 ) 829 - 834  2018  [Refereed]

     View Summary

    Ti3SiC2 is a typical Mn+1AXn (MAX) phase ceramic and exhibits both metal-like and ceramic-like properties. To improve these properties, texturing and Al2O3 addition were performed. The commercial Ti3SiC2 powder used contained approximately 10 mass% TiC phase. Textured Ti3SiC2 was prepared by slip casting in a strong magnetic field (MF) followed by spark plasma sintering (SPS) at 1623 K under a pressure of 40 MPa for 5 min. The Lotgering orientation factor of the (00l) peaks of Ti3SiC2 prepared under an MF was 0.96, and the relative density of samples exceeded 99%. The bending strength and fracture toughness of Ti3SiC2 were improved by texturing. The textured Ti3SiC2 exhibited an excellent bending strength of 978 MPa, but Al2O3 addition, reduced the bending strength and fracture toughness. The textured Ti3SiC2 showed the plastic deformation at a temperature of approximately 1173 K.

    DOI

  • Experience Learning for High School Students at NIMS

    鈴木 達, 打越 哲郎

    セラミックス   52 ( 11 ) 768 - 771  2017.11

     View Summary

    NIMSでは毎年4月中旬の科学技術週間に合わせて研究所一般公開を行い、土曜日には小学生、中学生向けに青少年企画を実施している。この時にミネラルファンデーション作製体験を実施しており、小学生から主婦まで幅広い層から人気を得ている。また、日本全国からの高校生の研究所見学、体験学習も随時受け付けており、その受け入れ人数は年に2000人を超えている。NIMSでは3〜4箇所の実験施設を20分〜30分程度ずつで見学するコースと、一つのテーマで2時間程度の体験実験をしながら学習を行うコースとで種々のテーマを用意している。その中でも、著者らが中心となって行っている強磁場の見学、ファンデーションの作製、CIPを用いた実験による圧力の体験学習を行っており、本記事ではこれらについて紹介する。

  • Fabrication of < 110 > grain-oriented 0.15BaTiO(3)-0.85(Bi0.5Na0.5)TiO3 ceramics by a reactive templated grain growth method

    Shintaro Ueno, Ryo Itou, Tohru S. Suzuki, Satoshi Wada, Ichiro Fujii

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS   56 ( 10 ) 10PD06  2017.10  [Refereed]

     View Summary

    < 110 > grain-oriented ceramics with the composition of 0.15BaTiO(3)-0.85(Bi0.5Na0.5)TiO3 with a high Curie temperature of similar to 300 degrees C were successfully fabricated by reactive templated grain growth of layered hydrogen titanate platelets with (Bi0.5Na0.5)TiO3 and BaCO3 matrix powders. A large degree of < 110 > orientation F-110 = 84% was achieved by decreasing green sheet thickness and application of pressure on a compact during sintering. As a consequence, improved remanent polarization was observed in these ceramics compared with randomly oriented ceramics, owing to easier polarization switching. A piezoelectric constant d(33) of 103 pC/N and an electromechanical coupling factor k(33) of 0.44 were obtained for the < 110 > grain-oriented ceramics. (C) 2017 The Japan Society of Applied Physics

    DOI

  • Fabrication and mechanical properties of textured T3SiC2 systems using commercial powders

    Yuichi Uchida, Koji Morita, Tohru S. Suzuki, Toshiyuki Nishimura, Kenjiro Fujimoto, Yoshio Sakka

    Funtai Oyobi Fummatsu Yakin/Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy   64 ( 10 ) 552 - 557  2017.10  [Refereed]

     View Summary

    T3SiC2 is a typical Mn+1AXn (MAX) phase ceramics and shows unique metallic-like and ceramic-like properties. To improve these properties, texturing and Al2O3 addition have been conducted. The commercial T3SiC2 powder used contains approximately 10 wt% TiC phase. Textured T3SiC2 was prepared by slip cast in strong magnetic fields followed by spark plasma sintering (SPS) at 1350°C under 40 MPa for 5 min. The Lotgering orientation factor of (00l) peaks of T3SiC2 with magnetic field (MF) was 0.96, and relative density of samples was beyond 99%. The bending strength and fracture toughness of T3SiC2 were improved by texturing. T3SiC2 with magnetic field showed excellent value of bending strength of 978 MPa, but Al2O3 addition caused deterioration of bending strength and fracture toughness. T3SiC2 with MF showed the plastic deformation at temperature at around 900°C.

    DOI

  • Fabrication and anisotropic electronic property for oriented Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 solid solution by slip casting in a high magnetic field

    Hiromi Nakano, Shohei Furuya, Motohiro Yuasa, Tohru S. Suzuki, Hitoshi Ohsato

    ADVANCED POWDER TECHNOLOGY   28 ( 9 ) 2373 - 2379  2017.09  [Refereed]

     View Summary

    The Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3(0.06 <= x <= 0.33, 0 <= y <= 0.09) (hereafter LNT), forms a unique and periodical structure in the Li2O-Nb2O5-TiO2 ternary system. In this work, toward application of the unique qualities of an electro-ceramic, we fabricated oriented LNT balk ceramics by slip casting in a strong magnetic field of 12 T using various sizes of particles. The c-axis of the LNT powders was aligned parallel to the magnetic field. As a result, we found anisotropic- and unique- electric properties which were caused by a superstructure with intergrowth layers of corundum-type [Ti2O3](2+). The Qf value parallel to the c-axis was about five times greater than that of perpendicular to the c-axis. We first clarified the mechanism showing that the anisotropic Of value was caused by the anisotropic electron conductivity and the anisotropic bonding strength in the superstructure. (C) 2017 The Society of Powder Technology Japan. Published by Elsevier B.V. and The Society of Powder Technology Japan. All rights reserved.

    DOI

  • Effect of texture microstructure on tribological properties of tailored Ti3AlC2 ceramic

    Ludi Xu, Degui Zhu, Salvatore Grasso, Tohru S. Suzuki, Akira Kasahara, Masahiro Tosa, Byung-nam Kim, Yoshio Sakka, Minhao Zhu, Chunfeng Hu

    JOURNAL OF ADVANCED CERAMICS   6 ( 2 ) 120 - 128  2017.06  [Refereed]

     View Summary

    Tribological property of c-axis textured shell-like Ti3AlC2 ceramic was investigated using reciprocating sliding balls (SUS304) under loads of 1, 5, and 9 N. It was found that the textured top surface (TTS), corresponding to the (000l) plane, shows the lowest mean coefficient of friction in comparison with those measured on the textured side surface (TSS), where the sliding directions are parallel (TSS-1) and perpendicular (TSS-2) to c axis, under the same load. Among all the tested orientations, the TSS-2 exhibited the lowest wear rate of 1.51x10(-3) mm(3)/(N.m) under the load of 9 N. The worn mechanisms on the TTS and TSS-1 were delamination, grain fracture, and grain spalling-off. On the TSS-2, plowing effect against balls was the dominating mechanism. This work suggests the criteria to maximize the wear resistance in the load range of 1-9 N.

    DOI

  • Evaluation of densification and grain-growth behavior during isothermal sintering of zirconia

    Byung-Nam Kim, Tohru S. Suzuki, Koji Morita, Hidehiro Yoshida, Ji-Guang Li, Hideaki Matsubara

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   125 ( 4 ) 357 - 363  2017.04  [Refereed]

     View Summary

    The densification behavior during the isothermal sintering of 7.8 mol% Y2O3-stabilized zirconia was examined in the intermediate and final stages of sintering. In the intermediate stage, it is shown that the relationship between the grain size and the relative density is not invariant, but is temperature dependent. The relationship is combined with the measured densification rate to evaluate the grain size exponent, the activation energy and an unspecified function of density. The evaluation of the characteristic parameters indicates that the densification and the grain growth are related to a mechanism of grain-boundary diffusion and sliding. The densification rate predicted with the evaluated parameters shows a good consistence to the measured rate. In the final stage, the densification rate is inversely proportional to the grain size, and the kinetics is well explained by using the diffusive model modified with a gas pressure in closed pores. (C) 2017 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

    DOI

  • Hydrothermal Transformation of Magnetically Orientation-controlled Seed Layer into Orientation-retained Dense Continuous Film

    松永知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    セラミックス   52 ( 1 ) 26 - 30  2017.01  [Refereed]

     View Summary

    我々は、セラミックス粒子の配向を高度に制御できる方法として、強磁場を利用した配向プロセスに着目してきた。これまでの知見を基に、個々のゼオライトの結晶磁気異方性に基づき、種結晶の配向挙動を制御できれば、それぞれのゼオライトに適した配向状態が実現できると考えた。しかしながら、ゼオライトの磁気的性質を調査した報告例は無く、強磁場を用いたゼオライト配向膜の作製はまさに未踏の分野である。本報では、結晶磁気異方性に基づく種結晶の磁場配向制御を検討し、磁場配向制御で製膜された種結晶配向層の水熱固化からゼオライトの緻密配向膜を得る手法について紹介した。

  • Development of functional properties in ceramics by microstructure control using a magnetic field

    Tohru S. Suzuki

    Journal of the Society of Powder Technology, Japan   54 ( 1 ) 41 - 45  2017

     View Summary

    Tailoring the crystallographic orientation in ceramics is very useful for improving their properties. A magnetic field is shown to be very effective in controlling the crystallographic orientation in bulk ceramics. The particles were rotated to an angle minimizing the system energy by a magnetic torque generated from the interaction between the magnetic anisotropy and the applied magnetic field. This processing was applied to control the microstructure in lanthanum silicate oxyapatite (LSO) for SOFC and LiCoO2 for Li ion secondary battery. Electric conductivity parallel to the c-axis in the c-axis oriented LSO was higher than that perpendicular to the c-axis. The battery performance of the ideal textured cell fabricated using a rotating magnetic field has a significantly higher performance than a oriented cell prepared by a static magnetic field.

    DOI

  • Electrophoretic fabrication of a-b plane oriented La2NiO4 cathode onto electrolyte in strong magnetic field for low-temperature operating solid oxide fuel cell

    Motohide Matsuda, Miwa Hashimoto, Chika Matsunaga, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Tetsuo Uchikoshi

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   36 ( 16 ) 4077 - 4082  2016.12  [Refereed]

     View Summary

    An oriented La2NiO4 cathode was successfully fabricated on a dense Gd2O3-doped CeO2 electrolyte pre-coated with conducting polypyrrole by electrophoretic deposition in a static magnetic field of 12 T for use in low-temperature operating solid oxide fuel cell. The orientation of La2NiO4 was based on an anisotropic magnetic property in its crystal structure. Firm adhesion of the La2NiO4 cathode to an electrolyte was made by the co-deposition of starch added as a pore former. The La2NiO4 cathode with the preferential orientation of the a-b plane perpendicular to the surface of the electrolyte showed a polarization loss lower than that with a random orientation, leading to an enhancement in the cell performance at 500 degrees C. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Development of an electrochemical impedance analysis program based on the expanded measurement model

    Kiyoshi Kobayashi, Yoshio Sakka, Tohru S. Suzuki

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   124 ( 9 ) 943 - 949  2016.09  [Refereed]

     View Summary

    A new program for electrochemical impedance analysis has been developed based on the expanded measurement model. The main feature of this program is that it allows the user to easily estimate the equivalent circuit, as well as an initial guess of the fitting parameters, through a graphic user interface (GUI). The function to illustrate the partial impedance spectra is implemented in the graphs of log f-Z(real) and log f-Z(imag). In this context, f represents the alternating current frequency applied to the sample; Z(real) and Z(imag) represent the real and imaginary components of the impedance, respectively. By employing the GUI supporting function, the impedance spectrum can be analyzed without the use of a pseudo-element such as a constant phase element and with an empirical parameter in the Warburg and Gerischer impedance. Based on the results, it is possible to calculate a discrete distribution of the relaxation times from the optimized parameters. (C) 2016 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

    DOI

  • Triaxial Crystalline Orientation of MgTi2O5 Achieved Using a Strong Magnetic Field and Geometric Effect

    Tohru S. Suzuki, Yoshikazu Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   99 ( 6 ) 1852 - 1854  2016.06  [Refereed]

     View Summary

    Tailoring the crystallographic orientation in ceramics is very useful for improving their properties. We reported that the colloidal processing in a strong magnetic field was able to control the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. In this process, a strong magnetic field is applied to the particles in a stable suspension. The orientation of the crystal depends on the axis having easy magnetization and one-dimensional orientation can be controlled. In this study, our concept is that control of multiaxial crystalline orientation in ceramics by using both anisometric particles and a magnetic field. The control of the triaxial orientation was achieved by tape casting of rod-like MgTi2O5 particle in a magnetic field. The b-axis was aligned by the magnetic field, and the a-axis was aligned by the geometric effect and shear stress during tape casting.

    DOI

  • Densification kinetics during isothermal sintering of 8YSZ

    Byung-Nam Kim, Tohru S. Suzuki, Koji Morita, Hidehiro Yoshida, Yoshio Sakka, Hideaki Matsubara

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   36 ( 5 ) 1269 - 1275  2016.04  [Refereed]

     View Summary

    The densification behavior during the isothermal sintering of 8YSZ was examined in the initial and intermediate stages of sintering. In the initial stage, a difficulty in evaluating the densification behavior arises from the transition of the stable pore structure and the limitation of the theoretical two-sphere model. In the intermediate stage, a linear relationship with a slope of -1/2 is observed between the densification rate and the time. An empirical equation of the densification kinetics is proposed and found to be valid in a wide density range. At a relative density of 0.6-0.73, the activation energy is 688 kJ/mol. Rapid grain growth is observed at a relative density of 0.73-0.8 and >0.9 for the isothermal sintering at 1200-1300 degrees C and 1400-1500 degrees C, respectively. The rapid grain growth reduced significantly the densification rate. The densification mechanism and grain growth behavior are also discussed. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Magnetic field alignment in highly concentrated suspensions for gelcasting process

    Agnieszka Szudarska, Yoshio Sakka, Tohru S. Suzuki, Tadeusz Mizerski, Mikolaj Szafran

    CERAMICS INTERNATIONAL   42 ( 1 ) 294 - 301  2016.01  [Refereed]

     View Summary

    The aim of the current paper is to present the development of the method used for fabricating highly textured a-alumina elements. The experimental procedure described is based on a combination of two techniques: gelcasting is used in tandem with high magnetic field exposure. In the element shaping process, a new, low-toxic and environmentally friendly gelating system was implemented that is based on in situ polymerisation of an acryloyl derivative of galactose. Here, care was taken to achieve a highly textured structure of elements gelcast from the ceramic slurries of high solid contents (45-50 vol%), which have not been processed successfully for magnetic field alignment before. A secondary aim of the study was to investigate the combined effect of magnetic field exposure duration and the idle time of polymerisation on the effectiveness of the alignment. In the course of the experiment, high degrees of crystalline orientation of the gelcast samples were obtained ranging from 0.92 to 0.96, developed after the subsequent sintering at 1600 degrees C (the parameters were calculated on the basis of XRD pattern of the surface perpendicular to the magnetic field direction). The microstructures of the obtained elements are described in detail at the end of the paper, in a stereological analysis. (C) 2015 Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l. All rights reserved.

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  • Synthesis of crystallographically oriented olivine aggregates using colloidal processing in a strong magnetic field

    Koizumi, S., Suzuki, T.S., Sakka, Y., Yabe, K., Hiraga, T.

    Physics and Chemistry of Minerals   43 ( 10 ) 689 - 706  2016  [Refereed]

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    This study develops a fabrication technique to obtain Fe-free and Fe-bearing (Fe:Mg = 1:9) olivine aggregates not only with high density and fine grain size but with crystallographic preferred orientation (CPO). A magnetic field is applied to synthetic, fine-grained, olivine particles dispersed in solvent. We find that (1) preparation of fully reacted olivine particles, with less propensity to coalesce; (2) preparation of a suspension with highly dispersed particles; and (3) application of a certain strength of the magnetic field are essential to obtain well sintered and well-aligned aggregates. High density and fine grain size Fe-free and Fe-bearing olivine aggregates were successfully synthesized with uniaxially aligned a- and c-axes, respectively.

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  • Control of Crystallographic Orientation in Ceramics by using a strong magnetic field

    鈴木 達

    材料の科学と工学   52 ( 5 ) 161 - 164  2015.10

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    金属材料だけでなくセラミックスにおいても,その材料特性を改善させるためには,微構造制御が有効で有り,その中でも結晶配向制御は有望な方法として挙げられる.金属では集合組織の制御が精緻に行われているが,セラミックスにおいては,その制御手法も限られる.しかしながら,強磁場を用いることで反磁性セラミックスであっても結晶配向制御することが可能になり,近年ではさらに反応焼結や,相変態,形状異方性粒子などの他のプロセス技術を組み合わせることにより,さらにその展開が広がっている.ここでは,最近での強磁場によるセラミックスの配向制御の展開について紹介する.

  • Densification, microstructure evolution and mechanical properties of WC doped HfB2-SiC ceramics

    Ji-Xuan Liu, Guo-Jun Zhang, Fang-Fang Xu, Wen-Wen Wu, Hai-Tao Liu, Yoshio Sakka, Toshiyuki Nishimura, Tohru S. Suzuki, De-Wei Ni, Ji Zou

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   35 ( 10 ) 2707 - 2714  2015.09  [Refereed]

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    Despite of good oxidation resistance and ablation resistance, challenge to densify and tendency to loss high temperature (H.T.) strength have limited its potential applications in aerospace for HfB2-SiC ceramic. In this work, dense HfB2-SiC ceramic with improved H.T. flexural strength was prepared using WC as sintering aid. Pure HfB2-SiC ceramic exhibited creep deformation at 1600 degrees C with measured strength value of 389 +/- 82 MPa, whereas WC doped sample showed much higher flexural strength of 658 +/- 69 MPa with linear elastic behavior prior to fracture. In addition to clean grain boundary, the addition of 5 vol.%WC into HfB2-SiC ceramic promoted the formation of fine (Hf,W)B-2, (Hf,W)C and WB precipitates. This combinative effect is responsible for its excellent H.T. mechanical property of WC doped HfB2-SiC ceramic. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Fabrication of (111)-oriented Tetragonal BaTiO3 Ceramics by an Electrophoretic Deposition in a High Magnetic Field

    Eigo Kobayashi, Shintaro Ueno, Kouichi Nakashima, Nobuhiro Kumada, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka, Ichiro Fujii, Satoshi Wada

    Transactions of the Materials Research Society of Japan   40 ( 3 ) 223 - 226  2015.08  [Refereed]

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    (111)-oriented tetragonal barium titante (BaTiO3, BT) ceramics with the degree of (111) orientation of 100 % were fabricated by sintering (001)-oriented hexagonal BT accumulations prepared by a magnetic field assisted electrophoretic deposition (EPD) method. Apparent piezoelectric constant d33* value calculated from the slope of a unipolar strain vs. electric field curve of the (111)-oriented tetragonal BT ceramics was 597 pm/V, which was larger than that of randomly oriented ceramics (d33* = 460 pm/V). This enhancement was associated with an electric field induced phase transition.

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  • Effects of Gd Substitution on Sintering and Optical Properties of Highly Transparent (Y0.95-xGdxEu0.05)(2)O-3 Ceramics

    Bin Lu, Ji-Guang Li, Tohru S. Suzuki, Hidehiko Tanaka, Xudong Sun, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   98 ( 8 ) 2480 - 2487  2015.08  [Refereed]

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    Highly transparent (Y0.95-xGdxEu0.05)(2)O-3 (x=0.15-0.55) ceramics have been fabricated by vacuum sintering at the relatively low temperature of 1700 degrees C for 4h with the in-line transmittances of 73.6%-79.5% at the Eu3+ emission wavelength of 613nm (similar to 91.9%-99.3% of the theoretical transmittance of Y1.34Gd0.6Eu0.06O3 single crystal), whereas the x=0.65 ceramic undergoes a phase transformation at 1650 degrees C and has a transparency of 53.4% at the lower sintering temperature of 1625 degrees C. The effects of Gd3+ substitution for Y3+ on the particle characteristics, sintering kinetics, and optical performances of the materials were systematically studied. The results show that (1) calcining the layered rare-earth hydroxide precursors of the ternary Y-Gd-Eu system yielded rounded oxide particles with greatly reduced hard agglomeration and the particle/crystallite size slightly decreases along with increasing Gd3+ incorporation; (2) in the temperature range 1100 degrees C-1480 degrees C, the sintering kinetics of (Y0.95-xGdxEu0.05)(2)O-3 is mainly controlled by grain-boundary diffusion with similar activation energies of similar to 230kJ/mol; (3) Gd3+ addition promotes grain growth and densification in the temperature range 1100 degrees C-1400 degrees C; (4) the bandgap energies of the (Y0.95-xGdxEu0.05)(2)O-3 ceramics generally decrease with increasing x; however, they are much lower than those of the oxide powders; (5) both the oxide powders and the transparent ceramics exhibit the typical red emission of Eu3+ at similar to 613nm (the (D0F2)-D-5-F-7 transition) under charge transfer (CT) excitation. Gd3+ incorporation enhances the photoluminescence and shortens the fluorescence lifetime of Eu3+.

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  • Highly anisotropic single crystal-like La2Ti2O7 ceramic produced by combined magnetic field alignment and templated grain growth

    Zhipeng Gao, Tohru S. Suzuki, Salvatore Grasso, Yoshio Sakka, Mike J. Reece

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   35 ( 6 ) 1771 - 1776  2015.06  [Refereed]

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    Highly anisotropic single crystal-like ceramic of La2Ti2O7 was successfully prepared by an effective 2-D grain alignment using both seed crystals and magnetic field alignment during slip casting followed by templated grain growth (TGG). It was found that the highest magnetic susceptibility is in the [0 0 l] direction of LTO. The grain orientation factors of the three directions for the textured ceramic were calculated as 0.76, 0.71, and 0.73, respectively. The dielectric and ferroelectric properties of the textured ceramic were found to be single crystal like. The dielectric permittivity of the aligned ceramic in the different directions is higher than for single crystal due to contributions from domain walls and grain boundaries. Crown Copyright (C) 2014 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Controlled Synthesis of Layered Rare-Earth Hydroxide Nanosheets Leading to Highly Transparent (Y0.95Eu0.05)(2)O-3 Ceramics

    Bin Lu, Ji-Guang Li, Tohru S. Suzuki, Mehdi Estili, Weigang Liu, Xudong Sun, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   98 ( 5 ) 1413 - 1422  2015.05  [Refereed]

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    Chemical precipitation at the freezing temperature of similar to 4 degrees C has directly yielded layered rare-earth hydroxide [LRH, Ln(2)(OH)(5)-NO3 center dot nH(2)O, Ln = Y0.95Eu0.05] nanosheets (up to 7 nm thick) for the Y/Eu binary system, with the interlayer NO3- exchangeable with SO42-. Calcining the sulfate derivative at 1100 degrees C for 4 h produces well-dispersed and readily sinterable Ln(2)O(3) red phosphor powders (similar to 14.8 m(2)/g) that can be densified into highly transparent ceramics via optimized vacuum sintering at the relatively low temperature of 1700 degrees C for 4 h (average grain size similar to 14 mu m; in-line transmittance similar to 80% at the 613 nm Eu3+ emission or similar to 99% of the theoretical transmittance of Y2O3 single crystal). Our systematic studies also found that (1) the extent of SO42 - exchange and the interlayer distance of LRH are both affected by the SO42-/Ln(3)(+) molar ratio (R), and an almost complete exchange is achievable at R = 0.25 as expected from the chemical formula (one SO42- replaces two NO3- for charge balance). The optimal R value for sintering, however, was found to be 0.03; (2) The Ln(3+) concentration for LRH synthesis substantially affects properties of the resultant oxides, and hard agglomeration has been significantly reduced at the optimized Ln(3+) concentration of 0.05-0.075 mol/L; (3) Sulfate exchange significantly alters the thermal decomposition pathway of LRH, and was found essential to produce well-dispersed and highly sinterable oxide powders; (4) Both the oxide powders and transparent ceramics exhibit the typical red emission of Eu3+ at similar to 613 nm (the D-5(0) -> F-7(2) transition) under charge-transfer (CT) excitation. Red-shifted CT band center, stronger excitation/emission, and shorter fluorescence lifetime were, however, observed for the transparent ceramics.

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  • Processing and enhanced piezoelectric properties of highly oriented compositionally modified Pb(Zr,Ti)O-3 ceramics fabricated by magnetic alignment

    Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, Suetake Omiya, Noriyuki Kubodera, Akira Ando, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    APPLIED PHYSICS EXPRESS   8 ( 4 ) 041501  2015.04  [Refereed]

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    Highly oriented compositionally modified Pb(Zr, Ti)O-3 (PZT) ceramics were successfully obtained by slip casting in a high magnetic field. PZT is a well-known superior ceramic with the highest piezoelectric properties, and these properties have been expected to be further improved through crystalline orientation. However, highly oriented PZT ceramics fabricated by slip casting in a high magnetic field have never been reported. We obtained oriented ceramics using compositionally modified PZT with Pb(Ni, Nb)O-3, and their Lotgering factor was 0.77. The electromechanical coupling coefficient (k(31)) increased by 30%, and an extremely high value of 0.44 was achieved for the oriented ceramics. (C) 2015 The Japan Society of Applied Physics

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  • Sinterable powder fabrication of lanthanum silicate oxyapatite based on solid-state reaction method

    Kiyoshi Kobayashi, Kenya Hirai, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Takaya Akashi, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   123 ( 1436 ) 274 - 279  2015.04  [Refereed]

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    Sinterable lanthanum silicate oxyapatite (LSO) powders were prepared by the combination of solid-state reaction synthesis and particle size control via planetary ball-milling. We successfully fabricated the LSO ceramics with relative densities exceeding 94% at 1773K even though it was suggested that the densified LSO ceramics could not be obtained below 1923K using a powder synthesized by a solid-state reaction. Impurity phases resulting from contamination due to the ball and pod during the planetary ball milling were, in some cases, detected by the X-ray diffraction analysis of the sintered ceramics. The planetary ball-milling conditions were deemed important for the successful fabrication of the sinterable LSO powder. (C) 2015 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Dense SiC containing strongly aligned plate-like grains by magnetic treatment

    S. H. Lee, L. Feng, J. Yin, J. S. Lee, X. Zhu, T. S. Suzuki, Y. Sakka, H. Tanaka

    CERAMICS INTERNATIONAL   41 ( 3 ) 5079 - 5084  2015.04  [Refereed]

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    Dense SiC having strongly aligned plate-like grains was prepared by slip casting under strong magnetic field and subsequent densification using Al3BC3 additive. Irregular-shaped 6H-SiC powders in the green body were strongly aligned by the magnetic treatment. Subsequently, Al3BC3 additive induced the formation of aligned plate-like SiC grains during densification. The hardness of SiC could be tailored up to 11% by the strong alignment of the grains. Crack deflection was also strongly affected by the direction of the aligned plate-like grains. As a result, the length of the cracks which propagated parallel to the elongated grains was 18.6% shorter compared to that formed perpendicular to the grains. (C) 2014 Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l. All rights reserved.

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  • Tailoring Ti3AlC2 ceramic with high anisotropic physical and mechanical properties

    H. B. Zhang, C. F. Hu, K. Sato, S. Grasso, M. Estili, S. Q. Guo, K. Morita, H. Yoshida, T. Nishimura, T. S. Suzuki, M. W. Barsoum, B. N. Kim, Y. Sakka

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   35 ( 1 ) 393 - 397  2015.01  [Refereed]

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    Textured Ti3AlC2 ceramic was successfully fabricated by a strong magnetic field alignment (SMFA) technique followed by spark plasma sintering (SPS). About 15 vol.% Al2O3 particles were formed in situ during the process. The unique combination of excellent bending strength of 1261 MPa (//c axis) and fracture toughness of 14.6 MPa m(1/2) (perpendicular to c axis) was achieved. Also, the high electrical and thermal conductivities were determined as 1.0 x 10(6) Omega(-1) m(-1) (//c axis) and 25.3 W (mK)(-1) (perpendicular to c axis), respectively. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Fabrication of c-axis-oriented zeolite L seed layer on porous zirconia substrate by electrophoretic deposition in strong magnetic field

    Chika Matsunaga, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Motohide Matsuda

    Key Engineering Materials   654   274 - 279  2015  [Refereed]

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    Orientation technique based on the magneto-scientific crystal alignment phenomenon combined with electrophoretic deposition (EPD) technique was applied for the seeding process of zeolite L particles. Well-dispersed, ethanol-based zeolite L suspension was prepared and then consolidated on porous zirconia substrates by EPD. Conducting polypyrrole film synthesized on the zirconia substrate was used as an anodic substrate for the EPD process. The EPD was performed in a superconducting magnet with applying 12 T strong magnetic field to the suspension. The degree of orientation was characterized by XRD and compared with that of the zeolite L layer prepared by slip casting in a 12 T strong magnetic field using the same suspension.

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  • Surface modification of complex oxide powder with polyelectrolyte layers improving EPD characteristics

    Tetsuo Uchikoshi, Eiji Eto, Harue T. Suzuki, Chika Matsunaga, Kiyoshi Kobayashi, Tohru S. Suzuki, Hiroyuki Muto, Atsunori Matsuda

    Key Engineering Materials   654   255 - 260  2015  [Refereed]

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    The surface modification of Gd doped ceria (GDC) and Sr- and Mg-codoped lanthanum gallate (LSGM) powders with cationic and anionic polyelectrolytes, Poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) and poly(2 -acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) (PAMPS), respevtively, was performed by the Layer by Layer (LbL) adsorption method to improve the surface-charging uniformity. The tri-layer of GDC/LSGM/GDC was deposited on a polypyrrole coated porous NiO-YSZ substrate by sequential EPD using the ethanol-based suspensions of the surface-modified powders. The topcoating of hydroxyl-propyl cellulose (HPC) on the deposited layers was conducted to control the drying rate with suppressing the cracking and peeling-off of the deposits. The advantage of the use of those polymers for the EPD process including the drying technique was demonstrated.

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  • Fabrication of textured alumina by magnetic alignment via gelcasting based on low-toxic system

    Agnieszka Szudarska, Tadeusz Mizerski, Yoshio Sakka, Tohru S. Suzuki, Mikolaj Szafran

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   34 ( 15 ) 3841 - 3848  2014.12  [Refereed]

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    The controlled development of texture in ceramics allows to improve some electrical, piezoelectric and mechanical properties of advanced ceramics materials by tailoring the microstructure. A highly textured microstructure of undoped dense alumina was attained by applying a novel combination of gelcasting techniques with magnetic alignment followed by sintering. A newly synthesized low-toxic acrylic monomer based on galactose was introduced to the gelcasting procedure. Thermal analysis of the gelcast has been performed to examine decomposition process of the new binder and match appropriate sintering rate. The effectiveness of the proposed procedure has been related to rheological properties of the suspension by clarifying the influence of the powder and the dispersant content. It has been also related to the idle time of polymerization by clarifying the influence of the initiator content. The new method is compared to slip casting in high magnetic field that has been used widely so far. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Fabrication of textured Ti2AIN Ceramic by slip casting in a strong magnetic field and spark plasma sintering

    Shotaro Musha, Kimitoshi Sato, Tohru S. Suzuki, Kenjiro Fujimoto, Yoshio Sakka

    Funtai Oyobi Fummatsu Yakin/Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy   61 ( 11 ) 538 - 543  2014.11  [Refereed]

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    MAX phase materials are known to show unique properties with the combination of metallic and ceramic properties. Recently textured MAX phase materials have been expected to show excellent properties. Here Ti2AlN powders were synthesized from Ti, Al and TiN powders, or Ti and A1N powders heating at 1573 K-1773 K. Then highly textured Ti2AlN was fabricated by slip casting in a strong magnetic field and spark plasma sintering at 1473 K - 1773 K and the relative density was nearly 91%. The c-axis of the Ti2AlN grains were oriented parallel direction of the magnetic field, the lotgering orientation factor was determined 0.96. The nacre like structure was observed in the side surface of the textured sample.

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  • Fabrication of textured Ti3SiC2 ceramic by slip casting in a strong magnetic field and pressureless sintering

    Kimitoshi Sato, Mrinalini Mishra, Hiroto Hirano, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   122 ( 1429 ) 817 - 821  2014.09  [Refereed]

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    Sinterable Ti3SiC2 powder was synthesized from a powder mixture with a molar ratio of 1.0Ti:0.3Al:1.2Si:2.0TiC by heating at 1200 degrees C in Ar flow. Almost single-phase peaks of Ti3SiC2 were observed in X-ray diffraction patterns. The powder was dispersed in ethanol using polyethylenimine (PEI) as the polymer dispersant. Textured dense Ti3SiC2 ceramics were successfully fabricated by slip casting in a strong magnetic field followed by pressureless sintering at 1400 degrees C for 2 h. The relative density of these Ti3SiC2 ceramics was 99.4%, and the bending strength, fracture toughness and electrical resistivity were 623 +/- 9 MPa, 5.9 +/- 0.1 MPa.m(1/2) and 0.31 mu Omega.mu, respectively. Compared with those of nontextured pressureless sintered samples of almost full density, the bending strength and fracture toughness of the textured Ti3SiC2 ceramics were increased by factors of 1.6 and 1.4, respectively. (C) 2014 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Transparent ZnAl2O4 ceramics fabricated by spark plasma sintering

    Byung-Nam Kim, Keijiro Hiraga, Ahrong Jeong, Chungfeng Hu, Tohru S. Suzuki, Jon-Do Yun, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   122 ( 1429 ) 784 - 787  2014.09  [Refereed]

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    Highly transparent zinc aluminate ceramics were fabricated by the solid-state reaction using a spark plasma sintering machine. The sintered body exhibited a microstructure consisting of submicron-sized grains and extremely low porosities. Annealing of the sintered body in air improved the transmission close to the theoretical limit in a wavelength range of 1-5 mu m. The band gap energy estimated from the absorption coefficient was 4.3 eV. The Young's modulus and the bulk modulus measured for the fully dense zinc aluminates were 282 and 211 GPa, respectively. (C) 2014 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Fabrication of Textured Ceramics Using Mn and Nb-doped Hexagonal BaTiO3 by an Electrophoretic Deposition in a High Magnetic Field

    Eigo Kobayashi, Shintaro Ueno, Kouichi Nakashima, Nobuhiro Kumada, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Suetake Omiya, Noriyuki Kubodera, Ichiro Fujii, Satoshi Wada

    Transactions of the Materials Research Society of Japan   39 ( 2 ) 199 - 202  2014.08  [Refereed]

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    (111)-oriented Mn and Nb-doped barium titanate (BaTiO3, BT) ceramics with fine grains were fabricated with an electrophoretic deposition (EPD) method in a high magnetic field and a topotactic phase transition. Initially, accumulations of (0001)-oriented hexagonal Ba(Ti0.95Mn0.05)O3 particles added with 2.5 mol%-Nb2O5 powder were prepared by the EPD method in the high magnetic field of 12 T. Then, the (111)-oriented, Mn and Nb-doped pseudo-cubic BT ceramics with fine grains of ~0.4 μm in diameter were obtained via the topotactic phase transition, with the degree of the (111) orientation being as high as 79 %. The piezoelectric properties of the oriented ceramics were also studied.

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  • Dispersion/Coagulation and Colloidal Processing of Ceramic Particles

    Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki

    Journal of the Society of Powder Technology, Japan   51 ( 6 ) 462 - 472  2014.06  [Refereed]

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    直径が10-7〜10-9 m程度の大きさの粒子が気体や液体に分散している状態をコロイドという。サブミクロン〜ナノサイズのセラミックスの粒子も、水や非水溶媒などの液体に分散すると、通常のコロイド粒子と全く同じ性質を示す。コロイド粒子のサスペンションから、粒子を適当な方法で凝集させると、緻密な固化成形体を得ることができる。スラリーを経由する粉体成形法はコロイドプロセスと呼ばれ、複雑形状のセラミックス製品を製造する方法として注目されている。本稿では、セラミックスを中心にコロイド粒子の分散、凝集についてまず概説し、次いでコロイドプロセスにおけるサスペンション調製の注意点について、例をあげて紹介する。

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  • Preparation of Textured Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 Solid Solution in a High Magnetic Field

    Hiromi Nakano, Shiho Suehiro, Tohru S. Suzuki

    Materials Science Forum   783-786   2480 - 2484  2014.05  [Refereed]

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    In the Li2O-Nb2O5-TiO2 system, Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 (0.06  x  0.33, 0  y  0.09) (LNT) forms with a superstructure, and this is so-called M-phase. The superstructure of the M-phase is formed by periodical insertion of an intergrowth layer in a matrix having a trigonal structure. As an application of the unique qualities of an electro-ceramic with an anisotropy structure, we prepared an oriented LNT ceramic by slip casting in a high magnetic field (12 T). Consequently, c-axis of the LNT powder was aligned parallel to the magnetic field. The orientation degree was determined using a Lotgering factor and high orientation degrees (over 90 %) were achieved.

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  • Magnesium ion distribution and defect concentrations of MgO-doped lanthanum silicate oxyapatite

    Kiyoshi Kobayashi, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    SOLID STATE IONICS   258   24 - 29  2014.05  [Refereed]

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    The distribution of magnesium ions at the lanthanum and silicon sites in MgO-doped lanthanum silicate oxyapatite as well as the concentration of neutral lanthanum vacancies were determined using densities and chemical compositions of the doped samples. On the basis of the density data, it was found that magnesium ions are substituted at the silicon site as well as the lanthanum sites in the oxyapatite phase. Owing to the existence of neutral lanthanum vacancies, it was difficult to evaluate the number of the oxygen ions present, Which are related to the oxygen ion conductivity of the compound, from the chemical compositions of the samples alone. Further, it was found that the fact that the total conductivity of MgO-doped lanthanum silicate oxyapatite depends on the MgO concentration as well as that of other defects could not be explained on the basis of conventional defect chemistry. (c) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

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  • Fabrication of lanthanum silicate oxyapatite ceramics from homogeneous powder mixture system designed by electrostatic interacti

    高橋 聡志, 打越 哲郎, 小林 清, 鈴木 達, 目 義雄, 石垣隆正

    JOURNAL OF THE SOCIETY OF INORGANIC MATERIALS,JAPAN   21 ( 370 ) 155 - 161  2014.05  [Refereed]

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    La(OH)3,SiO2粉末を出発原料とした固相反応により,ランタンシリケートオキシアパタイトセラミックスの緻密体を作製した.水溶媒中で正に帯電したLa(OH)3粒子と,負に帯電したSiO2粒子をヘテロ凝集させることで両粉末の均一混合凝集粉を得た。このとき,La(OH)3については,ポリカチオン(poly-diallyldimethylammonium chloride)とポリアニオン(poly-sodium 4-styrenesulfonate)をLayer-by-Layer法を適用して,交互に吸着させることにより,正のゼータ電位を向上させた.得られたヘテロ凝集粉は,スリップキャストにより成形し,大気中で1600 ℃,10 時間焼成した.この焼成体がランタンシリケートオキシアパタイトの単相よりなることがXRDにより確かめられた.また,焼成体の相対密度は97 %であった.

  • Fabrication of Textured Ti3SiC2 Ceramics by Slip Casting in a Magnetic Field and Pulsed Electric Current Sintering

    Kimitoshi Sato, Hiroto Hirano, Tohru Suzuki, Takamasa Ishigaki, Yoshio Sakka

    Journal of the Society of Powder Technology, Japan   51 ( 3 ) 163 - 168  2014.04  [Refereed]

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    本研究では、MAX相セラミックスの中で、最も検討されているTi3SiC2を用いて、薄くて大きな板状粒子どうしの結合力を低くして、破壊される際の粒子引き抜く効果を高め、高強度でありながら、高靱性で、壊れにくい材料の創製を目的とした。

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  • Effect of Ultrasonication on Colloidal Dispersion of Al2O3 and ZrO2 Powders in pH Controlled Suspension

    Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Keishi Nakano, Keijiro Hiraga

    Materials Transactions, JIM   39 ( 6 ) 689 - 692  2014.03

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  • Microstructure and Anisotropic Properties of Textured ZrB2 and ZrB2-MoSi2 Ceramics Prepared by Strong Magnetic Field Alignment

    Wen-Wen Wu, Yoshio Sakka, Tohru S. Suzuki, Guo-Jun Zhang

    INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED CERAMIC TECHNOLOGY   11 ( 2 ) 218 - 227  2014.03  [Refereed]

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    Dense, highly textured ZrB2 and ZrB2-MoSi2 ceramics were fabricated via a strong magnetic field alignment method followed by spark plasma sintering. Unlike with the previous studies, which only focused on the alignment of single-phase particles, both ZrB2 and MoSi2, which exhibited a magnetic anisotropy, have been aligned in this study. The alignment of MoSi2 in the same direction of ZrB2 enhanced the degree of orientation of ZrB2, decreased the grain size, but increased the aspect ratio of the platelet ZrB2 grains. The microstructure and anisotropic mechanical properties as well as the oxidation resistance in different directions were discussed.

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  • Reactive spark plasma sintering of binderless WC ceramics at 1500 degrees C

    Shi-Kuan Sun, Guo-Jun Zhang, Wen-Wen Wu, Ji-Xuan Liu, Ji Zou, Tohru Suzuki, Yoshio Sakka

    INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRACTORY METALS & HARD MATERIALS   43   42 - 45  2014.03  [Refereed]

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    Binderless WC ceramics were prepared by reactive spark plasma sintering, using tungsten trioxide, tungsten and carbon black as the starting materials. Phase assemblages and microstructure of the as-sintered ceramics were investigated. It was found that graphite existed as an impurity phase due to the volatilization of WO3, and W could compensate for the WO3 loss to form WC with a single phase. Benefiting from the enhanced sinterability, WC ceramics with high relative density and good hardness could be obtained at temperature as low as 1500 degrees C. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Densification of SiC by colloidal processing and SPS without sintering additives

    T. S. Suzuki, T. Uchikoshi, Y. Sakka

    ADVANCES IN APPLIED CERAMICS   113 ( 2 ) 85 - 88  2014.02  [Refereed]

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    Silicon carbide is one of the most important ceramics used as structural and functional materials in a wide variety of applications. Many studies have reported the densification of SiC using oxide and nonoxide additives such as the Al2O3, B4C and Al-B-C system. However, it is difficult to densify SiC at temperatures below 2000 degrees C without sintering additives even if spark plasma sintering (SPS) is used. The authors attempted to densify SiC using colloidal processing and SPS without sintering additives. A commercially available SiC powder with the average particle size of 0.55 mm was used as the starting material. The densities of the green body prepared by slip casting and the sintered body by SPS were 65.5 and 98.7% respectively.

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  • Microstructure and high-temperature strength of textured and non-textured ZrB2 ceramics

    Wen-Wen Wu, Yoshio Sakka, Mehdi Estili, Tohru S. Suzuki, Toshiyuki Nishimura, Guo-Jun Zhang

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS   15 ( 1 ) 014202  2014.02  [Refereed]

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    Zirconium diboride (ZrB2) ceramic possesses a unique combination of nice mechanical performance, high melting point (> 3000 degrees C) and great high-temperature oxidation resistance (up to 1600 degrees C), which makes it a promising material system for ever-increasing ultra-high temperature (UHT) applications. However, ZrB2 suffers from poor mechanical performance at UHTs, which could strongly limit its applications at UHT. Here, we successfully demonstrate that texturing is an effective strategy to greatly enhance the flexural strength of monolithic ZrB2, reaching a high value of 810 +/- 60 MPa at 1600 degrees C when loaded in c-axis direction. We thoroughly discuss the strengthening mechanism by in-depth microstructural observations and analysis. Our discovery has technological and scientific implications for other UHT ceramic systems, especially those using ZrB2 as a matrix.

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  • Preparation of Barium Titanate Nanoperticles with Necking structure/Polymer Complex and Their Dielectric Properties

    Shuhei Tsukamoto, Ichiro Fujii, Kouichi Nakashima, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada, Satoshi Wada, Tohru Suzuki, Tetsuro Uchikoshi, Yoshio Sakka

    ELECTROCERAMICS IN JAPAN XVI   582   23 - +  2014  [Refereed]

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    Barium titanate (BaTiO3) nanoparticles were prepared by a 2-step thermal decomposition method using nano oxalate particles. BaTiO3 nanoparticles were characterized using various methods. Accumulations were prepared by electrophoresis deposition method using the obtained BaTiO3 nanoparticles. They were performed necking structure by a solvothermal method. Polymer was infiltrated into the accumulations in vacuum to prepare a polymer film capacitor.

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  • Preparation of Barium Titanate Grain-oriented Ceramics by Electrophoresis Deposition Method under High Magnetic Field using Single-domain Nanoparticles

    Satoshi Wada, Tatsuya Kita, Ichiro Fujii, Kouichi Nakashima, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada, Toru Suzuki, Tetsuro Uchikoshi, Yoshio Sakka, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, Yoshihiro Kuroiwa

    ELECTROCERAMICS IN JAPAN XVI   582   27 - +  2014  [Refereed]

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    Barium titanate (BaTiO3, BT) gain-oriented ceramics were prepared by electrophoresis deposition (EPD) method under high magnetic field (HM-EPD) of 12 T. For this objective, the BT single-domain nanoparticles with high c/a ratio of 1.008 and size of 103 nm were prepared by two-step thermal decomposition method. Using the BT nanoparticle slurry, BT nanoparticle accumulations were prepared by EPD or slipcasting (SC) methods with/without high magnetic field. After binder burnout, these accumulations were sintered at 1350 degrees C and it was revealed that only the BT ceramics prepared by the HM-EPD method was assigned to grain-oriented ceramics with weak preferential crystallographic orientation along [110] direction.

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  • Analysis of abnormal grain growth of oriented LiCoO2 prepared by slip casting in a strong magnetic field

    Hideto Yamada, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Masato Hozumi, Toshiya Saito, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   33 ( 15-16 ) 3059 - 3064  2013.12  [Refereed]

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    The relationship between the development of the crystallographic orientation and the grain growth behavior were studied. The degree of orientations of the green compacts and sintered samples were evaluated by the Lotgering factor. The f(0 0 l) of all the samples were drastically increased with the increasing applied magnetic field strength. The f(0 0 l) of the samples sintered at 1223 K were improved in comparison to those of the green compacts. However, the f(0 0 l) value of the samples sintered at 1273 K were not increased at 4 T or lower. To characterize the grain growth process, these samples were analyzed using electron backscatter diffraction (EBSD). The sintered samples prepared in the magnetic field at 4 T or lower showed abnormal grain growth. The samples with an applied magnetic field of 8 T or higher had no abnormal grain growth. It was revealed that the orientation angle of the particles has an effect on the grain growth. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • AAO-template assisted synthesis and size control of one-dimensional TiO2 nanomaterials

    Kazufumi Aisu, Tohru S. Suzuki, Eri Nakamura, Hiroya Abe, Yoshikazu Suzuki

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   121 ( 1418 ) 915 - 918  2013.10  [Refereed]

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    Anodic aluminum oxide (AAO)-template method is a synthesis process that AAO film with uniform pores is used as a template for 1-D nanostructure. In this study, we have synthesized well-defined TiO2 nanorods or nanowires using AAO-template method. As for the first method, AAO template was immersed for 1 min in the Ti precursor solution with slightly decompressed atmosphere (Immersion setting, IS). As for the second method, AAO template was put on the filtering flask as a cover plate. Precursor solution was dropped on the AAO template for 1 min with vacuuming from the bottom part of AAO template (Vacuum and drop setting, VDS). With the calcination and HCl treatment to remove AAO, polycrystalline TiO2 anatase nanorods and nanowires were successfully fabricated, just by changing the sample setting, viz., IS and VDS, respectively. (C) 2013 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Hydrothermal transformation of magnetically orientation-controlled seed layer into orientation-retained dense, continuous film in clear reaction solution

    Chika Matsunaga, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Motohide Matsuda

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   121 ( 1415 ) 550 - 554  2013.07  [Refereed]

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    Randomly-oriented and b-axis oriented mordenite seed layers, which were pre-fabricated out of and in a strong 12T magnetic field, were hydrothermally treated in clear reaction solutions with molar ratios of 6Na(2)O:Al2O3:30SiO(2):xH(2)O ( x = 1500, 3500 and 10000). Crystal growth of the seed particles only slightly occurred in the solution of x = 10000, but occurred in the solutions of x = 1500 and 3500, giving rise to densified films. However, the films treated with x = 1500 were composed of two layers with different morphologies; i.e., the precipitation of crystals from the solution was considered to induce the upper layer in the bi-layered films. Homogenized films were formed in the solutions of x = 3500. The initial orientation of the seed layer was retained in the continuous films treated at x = 3500. Thus, dense, continuous mordenite films with random and b-axis orientations were successfully fabricated from random and b-axis oriented seed layers by hydrothermal treatment in the clear reaction solutions at the molar ratio of 6Na(2)O:Al2O3:30SiO(2):3500H(2)O. (C)2013 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Reactive spark plasma sintering of ZrC and HfC ceramics with fine microstructures

    Shi-Kuan Sun, Guo-Jun Zhang, Wen-Wen Wu, Ji-Xuan Liu, Tohru Suzuki, Yoshio Sakka

    Scripta Materialia   69 ( 2 ) 139 - 142  2013.07  [Refereed]

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    Zirconium carbide and hafnium carbide ceramics were prepared by reactive spark plasma sintering, using oxides and carbon black as the raw materials. The phase and microstructure evolution during the sintering process was investigated. It was found that ZrC and HfC powder intermediates were formed at 1750 and 1800 °C, respectively. Due to the high sinterability of the in situ formed carbide particles, samples with a fine microstructure could be densified at a relatively low temperature. © 2013 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Anisotropy in activation energy of textured LiCoO2 for the initial stage of sintering

    H. Yamada, T. S. Suzuki, T. Uchikoshi, M. Hozumi, T. Saito, Y. Sakka

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   33 ( 5 ) 1037 - 1044  2013.05  [Refereed]

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    The anisotropic initial sintering of oriented LiCoO2 green compacts prepared by slip casting in a strong magnetic field was studied. The activation energy and the mechanism of the initial stage of sintering were analyzed in order to understand the effect of the orientation. The analysis was carried out using constant rate heating (CRH). The activation energy of the initial stages of sintering for random, a, b-axes and c-axis direction was evaluated from the Arrhenius plots of the dilatometric measurements. It was confirmed that the activation energy of the c-axis direction was larger than that of the a, b-axes direction at the initial stage of sintering. The anisotropic shrinkage was attributed to the differences in the surface energies. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Two-dimensional orientation in Bi4 Ti3 O12 prepared using platelet particles and a magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    Journal of the American Ceramic Society   96 ( 4 ) 1085 - 1089  2013.04  [Refereed]

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    Tailoring the crystallographic orientation in piezoelectric ceramics is very useful for improving their properties. Orientation in ceramics can be controlled by templated grain growth, hot forging, etc. We have focused on using a strong magnetic field for the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. In a previous study, although only a one-directional orientation could be controlled by these methods, it was difficult to control the multi-axis orientation in the ceramics. In this study, we demonstrated that alignments of the c-axis and the &lt
    100&gt
    axis in Bi4Ti 3O12 piezoelectric ceramics were controlled by using a strong magnetic field as well as platelet particles. We also estimated the degree of orientation by an electron back scattering diffraction analysis. When the magnetic field was applied to the platelet particles, appropriately 80% of the grains were aligned with the tilt angle made by the c-axis and the vertical direction less than 10° and 73% of grains were oriented with the angle between the &lt
    100&gt
    axis and the magnetic field less than 10°. © 2013 The American Ceramic Society.

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  • Electrophoretic deposition of orientation-controlled zeolite L layer on porous ceramic substrate

    UCHIKOSHI, Tetsuo, MATSUNAGA, Chika, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, MotohideMATSUDA

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   121 ( 4 ) 370 - 372  2013.04  [Refereed]

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    Magneto-scientific technique combined with colloidal processing was applied to obtain crystalline-oriented zeolite L seed layers. Well-dispersed non-aqueous suspensions of the zeolite L were prepared for the fabrication of thin seed layers on porous substrates by electrophoretic deposition (EPD) in a superconducting magnet. The c-axis oriented seed layers of the zeolite L was successfully obtained on porous YSZ substrates by EPD under the magnetic field.

  • Fabrication of textured α-alumina in high magnetic field via gelcasting with the use of glucose derivative

    Paulina Wiecinska, SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, Tadeusz Mizerski, Mikolaj Szafran

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   121 ( 1 ) 89 - 94  2013.01  [Refereed]

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    The connection between shaping by gelcasting method and crystalline orientation of  alumina in high magnetic field is reported in this paper. Gelcasting allows obtaining high-quality complex-shaped elements with small quantities of organic binders. A new environmentally friendly compound on the basis of glucose (3-O-acryloyl-D-glucose) was synthesized and applied as a monomer in gelcasting process.

  • Fabrication of the c-axis oriented zeolite L compacts using strong magnetic field

    Chika Matsunaga, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Motohide Matsuda

    Materials Letters   93   408 - 410  2013  [Refereed]

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    Preferentially oriented thick and thin compacts of zeolite L with a large anisotropy in their crystal structures were successfully prepared by colloidal processes in a strong 12 T magnetic field. The orientation along the direction of the applied magnetic field was characterized by XRD using slip-cast compacts. In the present experiments, it was revealed that the c-axis of zeolite L was an easy-magnetization axis. The c-axis oriented zeolite L layer with a thickness of ca. 3 μm was formed on a porous ceramics substrate via electrophoretic deposition in a strong magnetic field applied perpendicular to the surface of the substrate. © 2012 Elsevier B.V.

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  • Fabrication of textured Ti3AlC2 by spark plasma sintering and their anisotropic mechanical properties

    Yutaka Mizuno, Kimitoshi Sato, Mishra Mrinalini, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    Journal of the Ceramic Society of Japan   121 ( 1412 ) 366 - 369  2013  [Refereed]

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    Textured, dense, polycrystalline Ti3AlC2 ceramics was fabricated by spark plasma sintering (SPS) of plate-like Ti3AlC 2 powder nsynthesized by a reactive SPS-heat treatment of elemental Ti, Al and carbon black powders. The relative density was found to nexceed 99% for samples sintered at 1573 K. The Lotgering orientation factor was determined to be f(00l) = 0.69. The crack npropagation behavior near the indentation marks formed by a force of 49N was observed. On the surface parallel to the SPSloading ndirection, the toughening mechanism of crack deflection was observed. n©2013 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Microstructure control of potassium niobate porous ceramics and their sensor properties

    Kazuki Maeda, Kenta Yamashita, Ichiro Fujii, Kouichi Nakashima, Tohru S. Suzuki, Yoshihiro Kuroiwa, Satoshi Wada

    ELECTROCERAMICS IN JAPAN XV   566   241 - 244  2013  [Refereed]

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    Porous potassium niobate (KNbO3, KN) system ceramics were prepared by spark plasma sintering (SPS) method using carbon black (CB, 5 mu m). First, the powders of raw materials were mixed in ethanol by ball milling, and then calcined. Obtained KN powders with CB were sintered by SPS in argon atmosphere. Their piezoelectric properties were measured and a relationship between porosity, pore size, and sensor properties was studied. It was found that d(33) increased as pore size decreased. Thus, pore size was important for the improvement of value of g(33)/rho.

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  • Preparation of Ceramics/Polymer Film Capacitor using Barium Titanate Nanoparticles with High Dielectric Property and Their Dielectric Property

    Tatsuya Kita, Shuhei Kondo, Shuhei Tsukamoto, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada, Kouichi Nakashima, Ichiro Fujii, Toru Suzuki, Tetsuro Uchikoshi, Yoshio Sakka, Satoshi Wada

    ELECTROCERAMICS IN JAPAN XV   566   54 - 58  2013  [Refereed]

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    Barium titanate (BaTiO3, BT) nanoparticle accumulations were prepared by an electrophoresis deposition (EPD) method, and their dielectric properties were measured. The BTKK accumulation exhibited high dielectric constant of 100. To prepare the BT ceramic/polymer film capacitors, the polymer was injected into the accumulations in vacuum. Finally, dielectric properties were measured, and it was clarified that the dielectric constant of the ceramic/polymer film capacitors became smaller than those of the accumulation because of surfactant used as particle dispersion.

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  • Effect of Hydrothermal Treatment on the Piezoelectric Response of Oriented Barium Titanate Ceramics

    Ichiro Fujii, Rintaro Mori, Kouichi Nakashima, Hiroshi Hayashi, Yoshitaka Nagamori, Yuichi Yamamoto, Tohru S. Suzuki, Satoshi Wada

    ELECTROCERAMICS IN JAPAN XV   566   45 - 49  2013  [Refereed]

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    The piezoelectric response of [110]-oriented, fine-grained BaTiO3 ceramics was investigated. It was found that an exposure of the BaTiO3 compacts to high-pressure, high-temperature steam in an autoclave promoted the orientation of the sintered ceramics. As temperature in the autoclave increased, the orientation increased. A large small-field piezoelectric constant of d3(3) = 517 pC/N was observed for the oriented BaTiO3 ceramics with the grain size of 1.76 and the Lotgering factor of 85.3 %.

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  • Ideal design of textured LiCoO2 sintered electrode for Li-ion secondary battery

    Hideto Yamada, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Masato Hozumi, Toshiya Saito, Yoshio Sakka

    APL Materials   1 ( 4 ) 042110  2013  [Refereed]

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    To improve the energy density and practical realization of the all-solid-state Li-ion secondary battery, the principal requirement is a high electric conductivity in the densely sintered positive electrode. To accomplish this task, we focused on the anisotropic Li-ion and electron conductivities of the LiCoO2. As a result of our work, the ideal design of the texturing, perpendicular alignment of the c-plane and horizontal but random orientation of the c-axis on the electrode, was proposed. The battery performance of the ideal textured cell fabricated using a rotating strong magnetic field has a significantly higher performance than a randomly oriented cell. © 2013 Author(s).

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  • Orientation Control of Layered Perovskite La2NiO4 Using Strong Magnetic Field for High Performance Cathode of SOFC

    Chunxi Hai, Miwa Hashimoto, Chika Matsunaga, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Motohide Matsuda

    SOLID OXIDE FUEL CELLS 13 (SOFC-XIII)   57 ( 1 ) 1969 - 1978  2013  [Refereed]

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    Aiming at designing a high performance cathode for solid oxide fuel cells (SOFC), orientation of the La2NiO4 (LNO) with layered structure was controlled by slip casing in a strong magnetic field. The oriented LNO compact along a, b-axes was successfully fabricated in a static magnetic field. The c-axis oriented one was managed by applying a rotating magnetic field perpendicular to the slip casting direction. Enhanced conductivities were valid along a,b-axes orientation which resulted in the accelerated mobility of conducive carriers. From those results, it is clearly expected that the orientation control of LNO brings about high performance in the cathode of SOFC.

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  • Uniformly Porous MgTi2O5 with Narrow Pore-Size Distribution: XAFS Study, Improved In Situ Synthesis, and New In Situ Surface Coating

    Yoshikazu Suzuki, Tohru S. Suzuki, Yutaka Shinoda, Katsumi Yoshida

    ADVANCED ENGINEERING MATERIALS   14 ( 12 ) 1134 - 1138  2012.12  [Refereed]

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    Porous MgTi2O5 ceramics with pseudobrookite-type structure have been prepared by in situ processing (viz. reactive sintering). In this communication, further studies have been carried out in order to evolve the porous MgTi2O5, viz., (1) X-ray absorption fine structure (XAFS) study of porous MgTi2O5, (2) improved in situ synthesis (i.e., more precise stoichiometric control), and (3) new in situ surface coating, which enables in situ MgTi2O5 synthesis, in situ uniform pore formation, and in situ surface coating in only one-step heating.

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  • Fabrication and Analysis of the Oriented LiCoO2 by Slip Casting in a Strong Magnetic Field

    Hideto Yamada, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Masato Hozumi, Keiichi Kohama, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   95 ( 11 ) 3428 - 3433  2012.11  [Refereed]

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    We attempted to fabricate the oriented bulk LiCoO2 using slip casting in a strong magnetic field. The shrinkage of the oriented green compact was measured using a dilatometer. It was confirmed that the oriented green compact undergoes anisotropic shrinkage. The shrinkage in the c-plane direction of the oriented LiCoO2 was greater than that in the c-axis direction. The degree of orientation in the bulk LiCoO2 was analyzed using XRD and electron backscatter diffraction; the c-axis of LiCoO2 was oriented parallel to the magnetic field. Moreover, the orientation parameter, r, was 0.234, indicating that 92% of the grains was aligned with a tilt angle less than 10 degrees between the c-axis and the magnetic field direction. The texturing led LiCoO2 to anisotropy in the electric conductivity between the c-plane and c-axis directions. It was concluded that the magneto-scientific technique is a powerful method to fabricate highly oriented bulk LiCoO2.

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  • Textured Ti3SiC2 by gelcasting in a strong magnetic field

    Mrinalini Mishra, Yoshio Sakka, Agneiska Szudarska, Mikolaj Szafran, Tohru S. Suzuki, Uchikoshi Tetsuo

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   120 ( 1407 ) 544 - 547  2012.11  [Refereed]

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    We present a novel application of gelcasting in a strong magnetic field for texture development in the ternary MAX phase carbide-Ti3SiC2. The applicability of a low-toxic and water soluble monomer-glycerol monoacrylate for gelcasting Ti3SiC2 has been shown. Textured green bodies of Ti3SiC2 with a,b-axis oriented along the direction parallel to the applied magnetic field could be fabricated. The relative green density was found to increase from 34 to 58% with increasing solid-loading (30 to 55 vol %) of the suspension but at the cost of the degree of orientation. The Lotgering's orientation factor- f(L(001)) - on the textured top surfaces varied from 0.81 to 0.2 as the solid-loading increased from 30 to 55 vol %. (C)2012 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Characteristics of electrophoretic deposition process using pulsed-DC field

    打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    MATERIALS INTEGRATION   25 ( 11 ) 34 - 39  2012.11

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    最近、我々は、水系スラリーのEPDにおいて、通常の連続通電場ではなくDCパルス電場(矩形波)を印加すると、気泡発生のない良好な膜質の堆積層が形成される場合があることを見出し、粒子堆積速度や気泡生成・抑止に及ぼす条件を系統的に検討してきた。この方法は、印加する電場のパルス電圧・電流やON/OFF時間の制御だけで、電極基板の材質によらず、また、カソードでポジション、アノードでポジションのいずれのケースにおいても適用できる。本稿では、直流パルス電場を用いたEPDプロセスとその特徴について、最近のデータを紹介して解説する。

  • 強磁場と板状粒子を用いたBi3TiNbO9圧電セラミックスの2軸配向制御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 三輪 恭也, 川田 慎一郎, 木村 雅彦

    マチリアルインテグレーション   25 ( 11 ) 29 - 33  2012.11

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    現在のセラミックスにおける磁場配向技術では、そのほとんどが結晶軸の一軸のみの配向制御にとどまっているが、組織制御としては配向の多軸化へとその高度化が望まれる。上記のように様々な材料への展開が可能なTGGプロセスおよび磁場プロセスを組み合わせたセラミックスプロセスを新規に提案することで、より精緻な配向構造を制御できると期待できる。そこで、本報においては、この配向方位の多軸化の取り組みとして、板状粒子と強磁場を組み合わせた組織制御による2軸配向を試みたので紹介する。

  • Fabrication of ceria- and lanthanium gallate-based solid electrolyte layers on porous NiO-YSZ by sequential electrophoretic deposition process

    Harae T. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Kiyoshi Kobayashi, Kenji Furuya, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Fumio Munakata

    Funtai Oyobi Fummatsu Yakin/Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy   59 ( 11 ) 626 - 630  2012.11  [Refereed]

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    The microstructure control of NiO-YSZ for SOFC anode was performed using rice starch as pore former. Positively-charged NiO-YSZ slurry and negatively-charge rice starch slurry were heterocoaglated and then filtrated to prepare green plates. The rice starch was burnt out by sintering in air and porous NiO-YSZ electrode was obtained. The surface of NiO-YSZ substrate was coated with conductive polypyrrole to give electric conduction that is essential for EPD processing. The GDC/LSGM/GDC laminar coating was conducted by sequential deposition on the same substrate. The electrolyte layers were easily sintered together on the anode without cracking and peering-off at the interfaces.

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  • Fabrication of oriented bulk LiCoO2 intended to development of all solid state battery

    山田 英登, 鈴木 達, 打越 哲郎, 穂積正人, 小谷幸成, 目 義雄

    MATERIALS INTEGRATION   25 ( 10 ) 61 - 66  2012.10

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    We attempted to fabricate the oriented bulk LiCoO2 using slip casting in a strong magnetic field. The degree of orientation in the bulk LiCoO2 was analyzed using electron backscatter diffraction; the c-axis of LiCoO2 was oriented parallel to the magnetic field. Moreover, the orientation parameter, r, was 0.234, indicating that 92% of the grains was aligned with a tilt angle less than 10° between the c-axis and the magnetic field direction. The texturing led LiCoO2 to anisotropy in the electric conductivity between the c-plane and c-axis directions. It was concluded that the magneto-scientific technique is a powerful method to fabricate highly oriented bulk LiCoO2.

  • Electrophoretic Deposition of Ti3SiC2 and Texture Development in a Strong Magnetic Field

    Mrinalini Mishra, Yoshio Sakka, Chungfeng Hu, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Laxmidhar Besra

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   95 ( 9 ) 2857 - 2862  2012.09  [Refereed]

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    In this study,we have shown the applicability of electrophoretic deposition (EPD) for shape-forming in Ti3SiC2-a representative MAX phase; and viability of texture development thereof by application of a strong magnetic field (12 T). The dispersion characteristics of Ti3SiC2 suspension were investigated in terms of surface charge, rheological measurement, and adsorption study. Polyethyleneimine has been used as dispersant to stabilize the suspension. It was found that the iso-electric point (IEP) of Ti3SiC2 powder was pHIEP 4. The surface charge of powder changed in presence of the Polyethyleneimine dispersant and IEP shifted significantly towards basic pH 10. The shift in IEP has been quantified in terms of ?G0SP, the specific free energy of adsorption between the surface sites and the adsorbing polyelectrolyte (PEI) (The value of ?G0SP obtained is -9.521 RT units). The optimized suspension parameters for EPD were determined as 10 vol% Ti3SiC2 and 1 dwb PEI in 50% ethanolic water at pH similar to 7. X-ray diffraction analysis of the textured samples developed, revealed that the preferred orientation of Ti3SiC2 grains parallel to the magnetic field direction was along the a, b-axis (The Lotgering orientation factors on the textured top surface and textured side surface were determined as fL(hk0) = 0.35 and fL(00l) = 0.75, respectively).

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  • Anisotropic Science and Technology for Bulk Ceramics

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    セラミックス   47 ( 4 ) 243 - 248  2012.04  [Refereed]

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    異方性工学研究会では、「新しい有用人工物を生み出すために、物質や材料の持つ異方的な性質を解明する、または創造する、または積極的に利用する科学と技術」を「異方性工学」と定義している。これらの定義から言えば、形状や異方的な特性をもつ物質と材料そのものについてと、その異方的な特性を付与することと微構造を制御するプロセスとについても異方性工学として扱うことになる。異方性というキーワードで俯瞰した場合には、気体と液体を除くほぼすべての材料が当てはまり広範にわたるため、ここでは形状や結晶方位などの異方性を揃える、また、異方性を組み合わせるデザインをすることで特性を引き出された材料とそれらの材料を創製するプロセスについてバルクセラミックスを中心として総説を述べる。

  • Hydrogen generation from water using Mg nanopowder produced by arc plasma method

    Masahiro Uda, Hideo Okuyama, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS   13 ( 2 ) 025009  2012.04  [Refereed]

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    We report that hydrogen gas can be easily produced from water at room temperature using a Mg nanopowder (30-1000 nm particles, average diameter 265 nm). The Mg nanopowder was produced by dc arc melting of a Mg ingot in a chamber with mixed-gas atmosphere (20% N-2-80% Ar) at 0.1MPa using custom-built nanopowder production equipment. The Mg nanopowder was passivated with a gas mixture of 1% O-2 in Ar for 12 h in the final step of the synthesis, after which the nanopowder could be safely handled in ambient air. The nanopowder vigorously reacted with water at room temperature, producing 110 ml of hydrogen gas per 1 g of powder in 600 s. This amount corresponds to 11% of the hydrogen that could be generated by the stoichiometric reaction between Mg and water. Mg(OH)(2) flakes formed on the surface of the Mg particles as a result of this reaction. They easily peeled off, and the generation of hydrogen continued until all the Mg was consumed.

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  • Orientation control of mordenite zeolite in strong magnetic field

    Chika Matsunaga, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Motohide Matsuda

    MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS   151   188 - 194  2012.03  [Refereed]

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    Oriented compacts of mordenite zeolite with an orthorhombic structure were successfully fabricated in a strong magnetic field up to 12 T by a slip casting process. The magnetic orientation was achieved by removing the large agglomerated particles from the suspensions prior to the slip casting. The b-axis oriented compacts of mordenite were fabricated in a static magnetic field. On the other hand, the c-axis orientation was made in a rotating magnetic field which was artificially produced by rotating a vessel put on a turntable in a horizontally-placed magnet. The c-axis was preferentially aligned perpendicular to the plane on which the magnetic field was rotated. The controlled orientation of mordenite was based on the anisotropic magnetic properties in the orthorhombic mordenite crystals. (c) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

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  • Orientation control of pore channels in zeolite using a strong magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 松永 知佳, 松田 元秀

    MATERIALS INTEGRATION(マテリアルインテグレーション)   25 ( 3 ) 51 - 56  2012.03  [Refereed]

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    ゼオライトはアルミノケイ酸塩のなかで結晶構造中に比較的大きな空隙を持つものの総称であり、ナノサイズの細孔や取り込まれたカチオンの種類がゼオライトの様々な機能性を発現させる要因となり、分子ふるい、触媒、吸着材として利用されている。ランダムに配列した細孔を用いた場合には、これらの機能が相殺されてしまったり、十分にその特性を引き出すことが出来ないこともある。その場合、細孔を一方向に配列させることで、光学、電気機能だけでなく分子ふるい等の機能においても、その特性を効果的に利用することが期待できる。例えば、モルデナイトは、b軸とc軸に径が異なる細孔を持つため、それぞれの細孔の向きを揃えることで、精緻に細孔を使用することができるようになると期待される。ここでは、それぞれの細孔を使い分けするために結晶磁気異方性を用いて直径1nm以下の細孔の方向制御を行うことを試みた結果を紹介する。

  • Orientation Control of Hematite via Transformation of Textured Goethite Prepared by EPD in a Strong Magnetic Field

    Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    ELECTROPHORETIC DEPOSITION: FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS IV   507   227 - 231  2012  [Refereed]

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    Fabrication of textured hematite was achieved from paramagnetic goethite by electrophoretic deposition in a strong magnetic field followed by thermal treatment via topotactic phase transformation. The textured microstructure of the hematite was characterized by XRD and SEM observations. It was confirmed that the a,b-axes of the goethite were taken over the c-axis of the hematite through the topotactic phase transformation The magnetization vs magnetic field measurement using a VSM revealed that the textured hematite showed an anisotropic magnetic property depending on the direction of the crystalline orientation.

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  • Textured Ti3SiC2 by EPD in a Strong Magnetic Field

    Mrinalini Mishra, Yoshio Sakka, Chungfeng Hu, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Laxmidhar Besra

    ELECTROPHORETIC DEPOSITION: FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS IV   507   15 - +  2012  [Refereed]

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    We present a method for fabrication of textured MAX phase ceramics, particularly, Ti3SiC2; by EPD in a strong magnetic field (12T). Ti3SiC2 was dispersed in cationic polyelectrolyte-Polyethylenimine (PEI). Addition of 0.3-1dwb PEI resulted in high zeta potential values and suspension was found to be stable and of good fluidity. The optimized suspension parameters for EPD were determined as 10vol% Ti3SiC2 and 1dwb PEI in 50 % ethanolic water at pH similar to 7. X-ray diffraction analysis of the textured samples revealed that the preferred orientation of Ti3SiC2 grains parallel to the magnetic field direction was along the a,b-axis. The Lotgering orientation factors on the textured top surface and textured side surface were determined as f ((hk0)) = 0.35 and f ((001)) = 0.75, respectively.

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  • Low-temperature formation of Ln silicate oxyapatite (Ln = La and Nd) by the water-based sol-gel method

    Kiyoshi Kobayashi, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    SOLID STATE IONICS   204   91 - 96  2011.12  [Refereed]

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    Low-temperature formation routes of lanthanum silicate and neodymium silicate oxyapatites were analyzed by a combination of powder X-ray diffraction and thermogravimetric/differential thermal analysis by using precursors prepared from the water-based sol-gel method. Oxyapatite phase was found to form at about 1073 K in the case of lanthanum silicate and at about 1273 K in the case of neodymium silicate - temperatures much lower than those for a conventional solid-state reaction method. In each system, the oxyapatite phase was formed after decomposition of the lanthanoid oxycarbonate or metastable lanthanoid oxide. In particular, decomposition of lanthanum oxycarbonate was found to play an important role in lanthanum silicate oxyapatite formation. In addition to proposing a crystal structure for the lanthanoid oxycarbonate, we hypothesize an in-situ chemical pulverization process due to the delamination of lanthanoid oxide by carbon dioxide dissociation. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

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  • Fabrication of the oriented CoO2 sheet using a strong magnetic field

    Hideto Yamada, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Masato Hozumi, Keiichi Kohama, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   119 ( 1393 ) 701 - 705  2011.09  [Refereed]

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    LiCoO2 is a popular positive electrode material for Li-ion secondary batteries. The perpendicular alignment of the interlayer of the LiCoO2 lattice on the electrode contributes to easy access of Li-ions. In this study, we report the preparation of an oriented LiCoO2 sheet using the conventional coating method followed by drying in a maximum 12 T strong magnetic field. We discuss the effect of the particle shape and viscosity of the paste on the degree of orientation. As a result, when the sheets are dried in a strong horizontal magnetic field, the electrochemical active planes of the LiCoO2 are aligned perpendicular to the sheet surface. (C) 2011 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Texture development of surface-modified SiC prepared by EPD in a strong magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Saki Sakakibara, Hiroyuki Muto, Atsunori Matsuda, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   119 ( 1392 ) 667 - 671  2011.08  [Refereed]

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    Silicon carbide is a very important material for various applications and its properties are expected to be improved by controlling the crystallographic orientation. It was difficult to simultaneously consolidate SiC powder and sintering additives by electrophoretic deposition (EPD) because of the Afferent electrophoretic mobility. When using the alumina-coated SiC by the sol-gel method, it is possible to deposit SiC and sintering additives by EPD at the same time.
    In this study, we demonstrated that the c-axis alignment of SiC was controlled by EPD and a strong magnetic field, and we investigated the effect of the surface-modification on the microstructure and the degree of orientation. The dilute solution and the large number of repeated coating times prevent the oxide phase from precipitating at the multiple grain junctions and enhance grain growth. The grain growth promoted the degree of orientation in the textured SiC prepared by EPD in a strong magnetic field. (C) 2011 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Microstructure Control of Barium Titanate – Potassium Niobate Solid Solution System Ceramics by MPB Engineering and their Piezoelectric Properties

    Shigehito Shimizu, Nobuhiro Kumada, Kouichi Nakashima, Ichiro Fujii, Daisuke Tanaka, Masahito Furukawa, Yoshihiro Kuroiwa, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka, Satoshi Wada

    Key Engineering Materials   485   89 - 92  2011.07  [Refereed]

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    現在、環境に優しくかつ高性能な圧電材料が求められており、その候補の1つとして、チタン酸バリウム(BT)−ニオブ酸カリウム(KN)系セラミックスが報告されている。このBT-KN系セラミックスは、0.5BT-0.5KNにおいて誘電率と圧電定数が高いが、これはこの組成で斜方晶と正方晶構造の2相共存であり、この界面領域が誘電率、圧電定数に影響を与えていると考えられている。これまでに我々は0.5BT-0.5KNセラミックスに対してMPBエンジニアリングを行うことにより微構造を制御し、圧電定数が向上することを報告した。本研究では、0.5BT-0.5KNセラミックスの焼結方法を変更して試料を作製することで、微構造を制御し、その圧電特性を調査した。

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  • Preparation and Characterization of Grain-Oriented Barium Titanate Ceramics Using Electrophoresis Deposition Method under a High Magnetic Field

    Tatsuya Kita, Shuhei Kondo, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada, Kouichi Nakashima, Ichiro Fujii, Satoshi Wada, Tohru Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura

    Key Engineering Materials   485   313 - 316  2011.07  [Refereed]

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    近年環境にやさしい誘電・圧電材料として、チタン酸バリウム(BaTiO3)配向セラミックスが注目されている。従来、テンプレート粒子成長(TGG)法によりBaTiO3配向セラミックスが作成されているが、これ以外の方法は報告されていない。そこで、本研究では強磁場電気泳動(EPD)法によるBaTiO3配向セラミックスの作製を目的とし、合成手法の検討ならびにその物性特性評価を行った。とくに配向した集積体を作製するために、高結晶性のBaTiO3ナノ粒子を使用した。

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  • Pulverization Phenomenon of Nb-Zr-Fe Alloys by Absorbing a Hydrogen Gas

    Hideo Okuyama, Masahiro Uda, Tetuo Uchikoshi, Touru Suzuki, Yoshio Sakka

    Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy   50 ( 10 ) 792 - 797  2011.06  [Refereed]

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    アーク溶解法によるNb精錬過程で表面清浄なNb(Zr)‐Fe 系合金は,室温,大気圧下で水素と接触させることにより,合金が粉化することが判明した.この事実を基に各種Nb-Zr-Fe 合金の粉化を試みるとともにその領域を探索した.合金が粉化する様子をビデオカメラで観察し,粉化時に生ずる気流の駆動力の成因について考察した. 各種組成のNb, Zr, Fe 三元合金(35種類)を作製して水素による粉化する領域を探索し.極めて広範囲の組成域が粉化することが判明した.合金組成により粉化の特性は異なるが,微細粉を作るとの観点よりすればFe 濃度を15 〜 30at% に固定してNbとZr 割合が同量付近の組成が最適であった.一例として45Nb40Zr15Fe合金の微細粉の粒径は0.6ミクロン(比表面積測定)で,その水素吸収濃度は1.8wt%, 水素放出の最大ピーク温度は473K〜503Kであった.Nb-Zr-Fe三元合金が微粉化する条件は,適量のFe が合金中に含有されることであると考えられる.

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  • Texture development in anatase and rutile prepared by slip casting in a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   119 ( 5 ) 334 - 337  2011.05  [Refereed]

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    Titania is a very important material for various applications and its properties are expected to be improved by controlling the crystallographic orientation. In this study, we demonstrated that the c-axes of both rutile and anatase were aligned parallel to a magnetic field and we investigated the effect of the orientation on the microstructure development and the effect of the transformation from anatase to rutile on the orientation during heating. When using rutile as the starting material, the c-axis was elongated and the elongated grains were aligned after sintering. When using anatase as the starting material, the c-axis of anatase was aligned parallel to the magnetic field. However, after transformation, the rutile had a tilt and the anisotropic grain growth was suppressed.

  • Tailoring Ti3SiC2 Ceramic via a Strong Magnetic Field Alignment Method Followed by Spark Plasma Sintering

    Chunfeng Hu, Yoshio Sakka, Salvatore Grasso, Tohru Suzuki, Hidehiko Tanaka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   94 ( 3 ) 742 - 748  2011.03  [Refereed]

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    Highly textured Ti3SiC2 ceramic was successfully fabricated by slip casting in a 12 T strong magnetic field followed by spark plasma sintering. The optimized suspension parameters for slip casting were determined as 20 vol% Ti3SiC2 and 1.5 wt% polyethyleneimine dispersant of powder in deionized water. After texturing in the 12 T strong magnetic field and then cold isostatic pressing, the relative densities of green bodies were 51.4% and 63.8%, respectively. X-ray diffraction analysis revealed that the preferred orientation of Ti3SiC2 grains perpendicular to the magnetic field direction was along the c-axis. After sintering at 1100 degrees and 1000 degrees C under the pressure of 120 and 500 MPa, respectively, the relative density of Ti3SiC2 reached 88.2% and 98.6%. The Lotgering orientation factors on the textured top surface and textured side surface were determined as f((00l))=0.95 and f((hk0))=0.31, respectively. The textured microstructure contributed to the anisotropic mechanical property tested by Vickers indentation.

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  • Fabrication of highly structural controlled ceramics by advanced colloidal processing

    目 義雄, 鈴木 達, 打越 哲郎

    粉砕   ( 54 ) 28 - 35  2011.03  [Refereed]

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    ナノセラミックスセンターでは,光,電磁機能,耐熱性や高強度といった基本的特性の先鋭化に加えて,これらの特性を意図的に重畳あるいは洗練させた多機能性のイノベイティブセラミックスを創製すること目指している。本総説では,外場を作用させたコロイドプロセスを中心とした研究を紹介する。

  • High-hardness B4C textured by a strong magnetic field technique

    Salvatore Grasso, Chunfeng Hu, Oleg Vasylkiv, Tohru S. Suzuki, Shuqi Guo, Toshiyuki Nishimura, Yoshio Sakka

    SCRIPTA MATERIALIA   64 ( 3 ) 256 - 259  2011.02  [Refereed]

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    High-hardness B4C was prepared by sintering samples textured by a strong magnetic field alignment technique (12 T). The c-axis was highly oriented perpendicular to the applied magnetic field. The hardnesses measured on the surface perpendicular and parallel to c-axis were 38.86 +/- 2.13 and 31.31 +/- 0.79 GPa, respectively. The high values of hardness and elastic modulus were in agreement with those reported for B4.38C monocrystal. (C) 2010 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Textured lead titanate ceramics fabricated by slip casting under a high magnetic field

    Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, Takehiro Konoike, Hiroshi Takagi, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   119 ( 1385 ) 60 - 64  2011.01  [Refereed]

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    Oriented PbTiO3 ceramics were obtained by slip casting under a high magnetic field, and the orientation factor was 90%. Such highly oriented perovskite ceramics by slip casting under a high magnetic field have never been reported as far as we know. It was thought that dispersibility and crystallinity of the powder were important for orientation by slip casting under a high magnetic field. In this study, we controlled the dispersibility and crystallinity of powder by calcination temperature. As a result, the sample obtained from the powder calcined at 1100 degrees C was oriented, but the one obtained from the powder calcined at 900 degrees C was not. The powder calcined at 900 degrees C is more aggregated than that at 1100 degrees C and the crystallinity of the powder calcined at 1100 degrees C is higher than that of the powder calcined at 900 degrees C. It became clear that highly oriented PbTiO3 ceramics can be fabricated from the powder with high dispersibility and high crystallinity by slip casting under a high magnetic field. (c) 2011 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Preparation and Dielectric Properties of Dense Barium Titanate Nanoparticle Accumulations by Electrophoresis Deposition Method

    Satoshi Wada, Shuhei Kondo, Tatsuya Kita, Risa Nakata, Ichiro Fujii, Koichi Nakashima, Naoya Miyajima, Thoru S. Suzuki, Tetsuro Uchikoshi, Yoshio Sakka, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada

    ELECTROCERAMICS IN JAPAN XIV   485   35 - +  2011  [Refereed]

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    Dense barium titanate (BaTiO3, BT) nanoparticle accumulations were prepared by an electrophoresis deposition (EPD) method using three kinds of BT nanoparticles with different particles sizes and tetragonality. First, the BT particles were dispersed into ethanol using ball-milling technique, and an optimum milling condition was investigated. As the results, it was confirmed that ball-milling led to a formation of mixture between single-dispersed nanoparticles and aggregated particles. Thus, the aggregated particles in the slurry were removed by a centrifuge in order to obtain narrow the size distribution. Using well-dispersed slurry, BT nanoparticle accumulations were deposited on paradigm electrode by the EPD method. Despite various BT nanoparticles, the dense BT nanoparticle accumulations were obtained at relative densities of around 60%. Mier gold electrode deposition on the both surfaces of the accumulations by spattering method, dielectric properties were measured at 20 degrees C, the highest dielectric constants of around 160 was measured at 10 MHz.

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  • Microstructure Control of Barium Titanate - Potassium Niobate Solid Solution System Ceramics by MPB Engineering and Their Piezoelectric Properties

    Shigehito Shimizu, Nobuhiro Kumada, Kouichi Nakashima, Ichiro Fujii, Daisuke Tanaka, Masahito Furukawa, Yoshihiro Kuroiwa, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka, Satoshi Wada

    3RD INTERNATIONAL CONGRESS ON CERAMICS (ICC3): ADVANCES IN ELECTRO CERAMICS   18 ( 9 ) 092058  2011  [Refereed]

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    KBaTiNbO6, i.e., 0.5BT-0.5KN complete solid solution ceramics and barium titanate (BaTiO3, BT) - potassium niobate (KNbO3, KN) system (0.5BT-0.5KN) ceramics with various microstructures were prepared by conventional sintering method and two-step sintering method. The 0.5BT-0.5KN with diffusion of BT and KN completely were paraelectrics. Their microstructures were investigated using X-ray diffraction (XRD) measurement and scanning electron microscopy (SEM). KBaTiNbO6 at room temperature was assigned to cubic Pm3m symmetry. For the 0.5BT-0.5KN patially solid solution system ceramics, the control of the interface area between two phases was important to enhance piezoelectric property. Their piezoelectric property was measured, and the apparent piezoelectric constant d(33)* increased with increasing interface area.

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  • Control of Interfacial Structure of Potassium Niobate-Barium Titanate Ceramics and Their Dielectric Properties

    K. Yamashita, S. Shimizu, I. Fujii, K. Nakashima, N. Kumada, T. Tsukada, T. S. Suzuki, T. Uchikoshi, Y. Sakka, S. Wada

    3RD INTERNATIONAL CONGRESS ON CERAMICS (ICC3): ADVANCES IN ELECTRO CERAMICS   18 ( 9 ) 092065  2011  [Refereed]

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    ANbO(3) - BaTiO3 (A=K, Na, or K0.5Na0.5) system ceramics were prepared using a conventional sintering method, and their dielectric properties were investigated. It was found that the dielectric constant of KNbO3-BaTiO3 system ceramics did not strongly depend on temperature between 20 and 400 degrees C, making them useful for capacitor application. However, the dielectric constant of KNbO3-BaTiO3 system ceramics was low. The high dielectric constant is attributable to a large area of interfaces between KN and BT grains. Ceramics sintered by spark plasma sintering (SPS) are expected to suppress a grain growth, increasing area of the interfacial layer. In this study, SPS method was employed to achieve a large area of the interfaces and to see how the dielectric properties change with the interfacial structure. The structure was controlled by changing sintering temperatures and time of the spark plasma sintering. As a result, X-ray diffraction patterns showed that perovskite single phase and their relative densities were greater than 97%. By contrast, the dielectric constant was decreased.

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  • Hybrid processing and anisotropic sintering shrinkage in textured ZnO ceramics

    Kahraman Keskinbora, Tohru S. Suzuki, I. Ozgur Ozer, Yoshio Sakka, Ender Suvaci

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS   11 ( 6 ) 065006  2010.12  [Refereed]

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    We have studied the combined effects of the templated grain growth and magnetic alignment processes on sintering, anisotropic sintering shrinkage, microstructure development and texture in ZnO ceramics. Suspensions of 0-10 vol % ZnO template particles were slip cast in a 12 T rotating magnetic field. Sintering and texture characteristics were investigated via thermomechanical analysis and electron backscatter diffraction, respectively. Sintering as well as texture characteristics depend on template concentration. For the studied ZnO system, there is a critical template concentration (2 vol % in this study) above which densification is limited by the templates owing to constrained sintering. Below this limit, the densification is enhanced and the anisotropic shrinkage is reduced, which is attributed to densifying characteristics of the templates.

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  • Effect of sintering conditions on microstructure orientation in alpha-SiC prepared by slip casting in a strong magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   30 ( 14 ) 2813 - 2817  2010.10  [Refereed]

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    In general, the mechanical and physical properties of a crystal depend on the direction of the crystal axis. The controlled development of the crystallographic texture in ceramics is very useful for improvement of their properties. The preparation of the textured SiC polycrystal was achieved by slip casting in a strong magnetic field. The effects of the sintering conditions and sintering additives on the degree of orientation in the SiC were investigated. The pressing during the liquid phase sintering prevented the development of a texture in the SiC prepared by slip casting in a strong magnetic field. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • アルミナセラミックスの強磁場配向

    目 義雄, 鈴木 達, 打越 哲郎

    金属   80 ( 80 ) 385 - 390  2010.05

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    優れた特性を発現させる手法として,組織の配向制御が注目されている.従来,反磁性体や常磁性体は,非磁性体として扱われてきたが,10Tを超える強磁場では結晶磁気異方性を利用した配向制御が可能になった.ここでは,アルミナを例として,コロイドプロセスによる配向制御の概要と配向制御に必要なプロセス因子の要件,またその適用例を紹介する.

  • 高校におけるセラミックス教育の現場から

    鈴木 義和, 鈴木 達

    セラミックス   45 ( 4 ) 297 - 302  2010.04

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    先端科学技術としてのファインセラミックス分野,また,伝統工芸を含む広義のセラミックス産業を今後発展させていくためには,若手人材の育成がますます重要な課題となっている.本稿では,日本セラミックス協会年会などに毎回優れた作品を出展している,大阪市立泉尾工業高校,愛知県立瀬戸窯業高校,佐賀県立有田工業高校,愛知県立常滑高校,岐阜県立多治見工業高校を訪問し,高校におけるセラミックス教育の現場をレポートした。

  • Determination of Easy Magnetization Axis of Mordenite Zeolite

    Chika Matsunaga, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Motohide Matsuda

    CHEMISTRY LETTERS   39 ( 4 ) 347 - 349  2010.04  [Refereed]

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    The easy-magnetization axis of mordenite zeolite was determined using commercially available mordenite powder. The well-dispersed suspension of the powder was consolidated by slip casting in a 12-T static magnetic field. The thick bulk deposit was cut into a dice in order to investigate the XRD patterns from the mutually orthogonal surfaces of the consolidated mordenite compacts, the normal lines of which surfaces were parallel and perpendicular to the applied magnetic field. The easy-magnetization axis of mordenite was determined to be the b axis based on the XRD measurements.

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  • Experimental verification of pH localization mechanism of particle consolidation at the electrode/solution interface and its application to pulsed DC electrophoretic deposition (EPD)

    Laxmidhar Besra, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   30 ( 5 ) 1187 - 1193  2010.03  [Refereed]

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    Experimental measurement and verification of the pH localization at the electrode/solution interface was conducted during continuous and pulsed DC electrophoretic deposition (EPD) from aqueous solution. Application of pulsed DC enabled controlling bubble incorporation and obtaining bubble-free deposits during electrophoretic deposition (EPD) from aqueous suspension. The pH localization at the electrode/solution interface on application of electric field was attributed as the underlying mechanism of particle consolidation during continuous as well as Pulsed EPD. The Suspension pH tends to shift towards isoelectric point (i.e.p.) leading to spontaneous coagulation of particles at the electrode. Application of continuous DC tends to attain the i.e.p. faster and closer compared to pulse DC leading to maximum deposit yield. The kinetics and closeness of attainment of pH towards i.e.p. decreased progressively with decreasing Pulse size resulting in a corresponding decrease in deposit yield. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Fabrication of c-axis oriented zinc oxide by electrophoretic deposition in a rotating magnetic field

    Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   30 ( 5 ) 1171 - 1175  2010.03  [Refereed]

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    The fabrication of c-axis oriented zinc oxide was attempted by electrophoretic deposition (EPD) in a rotating magnetic field. The EPD was conducted in a small container which was placed on a turntable arranged in a Superconducting magnet. The suspension was rotated at 0-90 rpm in a 12 T magnetic field during the deposition. The deposits were dried and then sintered at 1400 degrees C for 2 h. The degree of the c-axis orientation was evaluated by the Lotgering factor calculated from the X-ray diffraction data. (C) 2009 Elsevier Lid. All rights reserved.

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  • Kinetics of dehydrogenation in Ti600, TC21 and Ti40 alloys

    Xiaoli Wang, Yongqing Zhao, Masuo Hagiwara, Hongliang Hou, Tohru Suzuki

    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS   490 ( 1-2 ) 531 - 536  2010.02  [Refereed]

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    The dehydrogenation kinetics of Ti600, TC21 and Ti40 alloys has been studied using a tubular thermohydrogen processing furnace and simultaneous DTA-TG apparatus. The results show that the initial dehydrogenation temperatures in Ti600, TC21 and Ti40 alloys were 580 degrees C, 600 degrees C and 540 degrees C, respectively. At the initial stage of dehydrogenation, the passive layer on the alloy surface was the barrier to enhance the diffusion activation energy. Therefore, activation energy decreased with the increase of reacted fraction. At the initial stage, values of activation energy for the three alloys were 255 kJ/mol, 322 kJ/mol and 177 kJ/mol, respectively. After incubation period, the dehydrogenation average values of activation energy were 200 +/- 5 kJ/mol, 240 +/- 5 kJ/mol and 155 +/- 5 kJ/mol, respectively. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

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  • Nanoparticle Assembling Based on Electrophoretic Phenomenon of Colloidal Particles

    打越 哲郎, 鈴木 達

    セラミックス   45 ( 2 ) 88 - 92  2010.02  [Refereed]

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    Electrophoretic Deposition(EPD)法は、セラミックスなどの粒子を液中で帯電、分散させ、そのサスペンションに電場を印加し粒子をその表面電荷と正負の異なる電極方向に電気泳動させて、基材上に粒子堆積層を形成させる固化成形法である。電気泳動堆積法、泳動電着法または単に電気泳動法などとも呼ばれ、比較的均一な粒子堆積膜が低コストかつ短時間で得られる簡便な方法として注目されている。本稿では、電気泳動プロセスの概略を解説し、ナノ粒子集積技術としての電気泳動プロセスの利点について紹介する。

  • The c-axis texturing of seeded Si3N4 with beta-Si3N4 whiskers by slip casting in a rotating magnetic field

    X. W. Zhu, Y. Sakka, T. S. Suzuki, T. Uchikoshi, S. Kikkawa

    ACTA MATERIALIA   58 ( 1 ) 146 - 161  2010.01  [Refereed]

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    The c-axis texture development in seeded Si3N4 with beta-Si3N4 whiskers by slip casting in a rotating magnetic field was investigated by powder X-ray diffraction, scanning electron microscopy and thermal anisotropy evaluation, including the effects of magnetic flux density, suspension rheological properties and rotational speed. By increasing the magnetic flux density from 1 to 12 T, the c-axis orientation of beta-Si3N4 whiskers is achieved in the well-dispersed 30 vol.% suspension but hindered in the flocculated 40 vol.% suspension. The degree of orientation tends to decrease with increasing rotational speed from 5 to 30 rpm. The green body shows no density gradient but nonuniform orientation of beta-Si3N4 whiskers regardless of the rotational speed, resulting in the similar nonuniform texture in the sintered body. The nonuniform texture is featured in three major layers: lower surface, inner region and upper surface, corresponding to the lower, higher and lower e-axis orientation, respectively. The resultant c-axis textured Si3N4 exhibits thermal anisotropy as high as 55%, slightly lower than the intrinsic thermal anisotropy (62%) of beta-Si3N4. A theoretical analysis is performed to help understand the key factors affecting the orientation of beta-Si3N4 whiskers by slip casting in the rotating magnetic field. The formation mechanisms of the nonuniform texture were discussed. (C) 2009 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Enhanced Piezoelectric Properties of Barium Titanate-Potassium Niobate Solid Solution System Ceramics by MPB Engineering

    Shigehito Shimizu, Petr Pulpan, Nobuhiro Kumada, Daisuke Tanaka, Masahito Furukawa, Yoshihiro Kuroiwa, Tohru Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Satoshi Wada

    ELECTROCERAMICS IN JAPAN XIII   445   11 - +  2010  [Refereed]

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    Barium titanate (BaTiO3, BT) - potassium niobate (KNbO3, KN) solid solution system (0.5BT-0.5KN) ceramics with various microstructures were prepared by conventional sintering method and two-step sintering method using BT and KN nanoparticles. Their microstructures were investigated using X-ray diffraction (XRD) measurement and scanning electron microscopy (SEM), and it was confirmed that two ferroelectric phases, i.e., BT-rich tetragonal and KN-rich orthorhombic phases, always coexisted for all ceramics, which suggested that 0.5BT-0.5KN ceramics had "pseudo-morphotropic phase boundary (MPB)" structure. Thus, the control of the interface area between two phases was important to enhance piezoelectric property. Finally, their piezoelectric property was measured, and the apparent piezoelectric constant d(33)* increased with increasing interface area.

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  • Preparation of Barium Titanate Grain-oriented Ceramics and Their Piezoelectric Properties

    Rintaro Mori, Petr Pulpan, Hiroshi Hayashi, Yoshitaka Nagamori, Yuichi Yamamoto, Tethuo Uchikoshi, Thoru Suzuki, Satoshi Wada

    ELECTROCERAMICS IN JAPAN XIII   445   3 - +  2010  [Refereed]

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    Barium titanate (BaTiO3, BT) grain-oriented ceramics along [110] direction were prepared by a templated grain growth (TGG) method. The [110] oriented BT platelike particles (t-BT) were used as template particles. BT grain-oriented ceramics with higher relative density (D-rel) over 95 %, high degree of orientation along [110] direction (F-110) over 80% and grain sizes around 30 mu m were successfully prepared using only the template particles. The relationship between microstructures and piezoelectric constant (d(33)) was investigated. The higher F-110 was, the higher D-rel and the smaller grain size were required for enhancement of the piezoelectric properties.

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  • Fabrication of GDC/LSGM/GDC tri-layers on polypyrrole-coated NiO-YSZ by electrophoretic deposition for anode-supported SOFC

    Harue T. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Kiyoshi Kayashi, Tohru S. Suzuki, Tatsuo Sugiyama, Kenji Furuya, Motohide Matsuda, Yoshio Sakka, Fumio Munakata

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   117 ( 1371 ) 1246 - 1248  2009.11  [Refereed]

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    The formation of thin tri-layers of Sr- and Mg-doped lanthanum gallate (LSGM) and Gd-doped ceria (GDC) solid electrolytes was performed by electrophoretic deposition (EPD) on a Ni-YSZ anode for use in solid oxide fuel cell (SOFC) applications. The surface of the NiO-YSZ substrate was coated with a conductive polypyrrole to provide electric conduction, which is essential for the EPD processing. The GDC/LSGM8282/GDC laminar coating was performed by sequential deposition on the same substrate. The electrolyte layers were easily sintered together on the anode without cracking and peering-off at the interfaces. (C) 2009 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • 強磁場を利用した新規セラミックス配向制御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    セラミックデータブック (2009年版)   37 ( 91 ) 117 - 120  2009.10

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    配向(集合)組織制御は、多結晶材料の諸特性を最大限まで高める有効手段として研究されている。金属材料では、加工・再結晶等の手法により比較的容易にその形成・制御が可能であるのに対し、脆性なセラミックスでは高機能化に向けた配向制御手法の開発が課題となっていた。近年、著者により磁場(外場)を用いた新規配向制御プロセスが開発され、種々のセラミックスに応用可能であること、また、特性向上が期待できることが確認されれてきている。そこで、磁場配向プロセスの原理からセラミックスの高・多機能化の例について紹介し、セラミックスにおける配向制御の有効性について解説した。

  • Effect of sintering additive on crystallographic orientation in AlN prepared by slip casting in a strong magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   29 ( 12 ) 2627 - 2633  2009.09  [Refereed]

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    The preparation of oriented AlN bulk ceramics with and without additives was achieved by slip casting in a high magnetic field. The a and b axes of the AlN were aligned parallel to the direction of the magnetic field. The degree of crystallographic orientation was controlled by the viscosity of the slurry and the grain growth during sintering attributed to the sintering additives. The mechanical properties of the textured AlN depended on the direction of the crystallographic orientation. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Texture development in 3 mol% yttria-stabilized tetragonal zirconia

    Gustavo Suarez, Yoshio Sakka, Tohru Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Esteban F. Aglietti

    MATERIALS RESEARCH BULLETIN   44 ( 8 ) 1802 - 1805  2009.08  [Refereed]

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    We have developed a method of forming textured tetragonal zirconia. A suspension containing 10 vol% solid loading of monoclinic ZrO(2) mixed with 3 mol% Y(2)O(3) was prepared, and then a bead-milling process was performed using 50 mu m diameter zirconia beads resulting in a well-dispersed suspension. The mixture suspension of monoclinic zirconia and yttria nanoparticles was slip cast under a magnetic field of 12 T to produce oriented monoclinic zirconia with yttria. The reaction sintering between yttria and the oriented monoclinic zirconia produces a final 3 mol% Y(2)O(3) doped tetragonal zirconia that remains oriented. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Application of constant current pulse to suppress bubble incorporation and control deposit morphology during aqueous electrophoretic deposition (EPD)

    L. Besra, T. Uchikoshi, T. S. Suzuki, Y. Sakka

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   29 ( 10 ) 1837 - 1845  2009.07  [Refereed]

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    Electrophoretic deposition (EPD) from aqueous suspension generally forms deposits containing enormous pores because of evolution of hydrogen gas at cathode and oxygen at anode due to electrolysis of water on application of DC electric field. We have demonstrated through this investigation on aqueous EPD of alumina suspension as an example that application of pulsed DC instead of the conventionally used continuous DC is a convenient and effective way to control and suppress the amount of bubble incorporation in the deposit. Bubble-free deposits of reasonable yield were obtained at suitable pulse widths and/or duty cycle. The deposit yield and bubble incorporation decreased progressively with decrease in the pulse width and duty cycle of the applied pulse current. A characteristic deposition window was found in the current vs. pulse width plot within which smooth and bubble-free deposits are obtained. The window is wider at low-applied currents compared to that at higher currents implying that it is easier to control the pulsed EPD at lower applied currents. No deposition occurred below the window whereas deposits with incorporated bubbles formed above the window. Possible mechanisms involved in pulsed EPD have been advocated on the basis of amount of hydrogen evolved/pulse due to the electrolysis of water. The discrete amount of H(2) evolved/pulse was higher for larger pulse widths leading to incorporation of more bubbles and vice versa. This was verified by monitoring the gain in weight of palladium (Pd) electrode used as cathode for electrolysis experiment since it is known to absorb hydrogen. (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

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  • 強磁場を用いた反磁性セラミックスの配向制御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    まてりあ   48 ( 6 ) 321 - 326  2009.06

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    配向(集合)組織制御は、多結晶材料の諸特性を最大限まで高める有効手段として研究されています。金属材料では、加工・再結晶等の手法により比較的容易にその形成・制御が可能であるのに対し、脆性なセラミックスでは高機能化に向けた配向制御手法の開発が課題となっていました。 近年、著者により磁場(外場)を用いた新規配向制御プロセスが開発され、種々のセラミックスに応用可能であること、また、特性向上が期待できることが確認されました。そこで、磁場配向プロセスの原理からセラミックスの高・多機能化の例について紹介し、セラミックスにおける配向制御の有効性について解説します。

  • Neutron diffraction texture analysis for alpha-Al2O3 oriented by high magnetic field and sintering

    N. Terada, H. S. Suzuki, T. S. Suzuki, H. Kitazawa, Y. Sakka, K. Kaneko, N. Metoki

    JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS   42 ( 10 ) 105404  2009.05  [Refereed]

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    We have performed neutron diffraction experiments on highly oriented alpha-Al2O3, obtained by slip casting under a magnetic field and sintering. In order to investigate the magnetic field, B, and sintering temperature, T-sint, dependence of the degree of alignment of the orientation, we used samples treated with systematically varied B up to 12 T and T-sint up to 1600 degrees C. The degree of alignment of the magnetic easy axis (the hexagonal c-axis) is rapidly enhanced by sintering above 1200 degrees C, which is coincident with the temperature at which crystal grains start to grow. The angular distribution of the c-axis for the sample sintered at 1600 degrees C, obtained by omega-scan neutron diffraction profiles, is almost coincident with the probability distribution calculated for the particle size two times larger than that in the starting material. We discuss the orientation process mechanism with sintering in light of the results of this analysis.

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  • Effect of bead-milling treatment on the dispersion of tetragonal zirconia nanopowder and improvements of two-step sintering

    Gustavo Suarez, Yoshio Sakka, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Esteban F. Aglietti

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   117 ( 1364 ) 470 - 474  2009.04  [Refereed]

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    The advantages of a good colloidal processing of tetragonal zirconia for achieving a full densification and a small grain size were determined in this study. The optimization of slurry preparation was studied to obtain well-dispersed suspensions. A deagglomeration technique was applied by bead-milling using grinding media of 50 mu m diameter and initial particle size and green density were improved. Colloidal processing was considered responsible for the improvements of particle packing that increase the green density. A conventional sintering at low temperatures and two-step sintering were observed to be more effective with the final bead-milling treatment. (C) 2009 The Ceramic Society of Japan. All rights reserved.

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  • Effect of starting powders on the sintering of nanostructured ZrO2 ceramics by colloidal processing

    Gustavo Suarez, Yoshio Sakka, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Xinwen Zhu, Esteban F. Aglietti

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS   10 ( 2 ) 025004  2009.04  [Refereed]

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    The effect of starting powders on the sintering of nanostructured tetragonal zirconia was evaluated. Suspensions were prepared with a concentration of 10 vol.% by mixing a bicomponent mixture of commercial powders (97 mol.% monoclinic zirconia with 3 mol.% yttria) and by dispersing commercially available tetragonal zirconia (3YTZ, Tosoh). The preparation of the slurry by bead-milling was optimized. Colloidal processing using 50 mu m zirconia beads at 4000 rpm generated a fully deagglomerated suspension leading to the formation of high-density consolidated compacts (62% of the theoretical density (TD) for the bicomponent suspension). Optimum colloidal processing of the bicomponent suspension followed by the sintering of yttria and zirconia allowed us to obtain nanostructured tetragonal zirconia. Three different sintering techniques were investigated: normal sintering, two-step sintering and spark plasma sintering. The inhibition of grain growth in the bicomponent mixed powders in comparison with 3YTZ was demonstrated. The inhibition of the grain growth may have been caused by inter-diffusion of cations during the sintering.

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  • Magnetic orientation and magnetic anisotropy in paramagnetic layered oxides containing rare-earth ions

    Shigeru Horii, Atsushi Ishihara, Takayuki Fukushima, Tetsuo Uchikoshi, Hiraku Ogino, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Jun-ichi Shimoyama, Kohji Kishio

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS   10 ( 1 ) 014604  2009.03  [Refereed]

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    The magnetic anisotropies and easy axes of magnetization at room temperature were determined, and the effects of rare-earth (RE) ions were clarified for RE-based cuprates, RE-doped bismuth-based cuprates and RE-doped Bi-based cobaltite regarding the grain orientation by magnetic field. The easy axis, determined from the powder orientation in a static field of 10 T, depended qualitatively on the type of RE ion for all three systems. On the other hand, the magnetization measurement of the c-axis oriented powders, aligned in static or rotating fields, revealed that the type of RE ion strongly affected not only the directions of the easy axis but also the absolute value of magnetic anisotropy, and an appropriate choice of RE ion is required to minimize the magnetic field used for grain orientation. We also studied the possibility of triaxial grain orientation in high-critical-temperature superconductors by a modulated oval magnetic field. In particular, triaxial orientation was attempted in a high-oxygen-pressure phase of orthorhombic RE-based cuprates Y2Ba4Cu7Oy. Although the experiment was performed in epoxy resin, which is not practical, in-plane alignment within 3 degrees was achieved.

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  • Preparation of Highly Oriented Transparent (Sr,Ba)Nb2O6 Ceramics and Their Ferroelectric Properties

    Teppei Kubota, Nobuhiko Tanaka, Keisuke Kageyama, Hiroshi Takagi, Yukio Sakabe, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS   48 ( 3 ) 031405  2009.03  [Refereed]

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    Highly oriented transparent (Sr,Ba)Nb2O6 (SBN) ceramics were prepared to obtain excellent electrooptic properties and a high spontaneous polarization, such as those observed in a Sr0.75Ba0.25Nb2O6 (SBN75) single crystal. As a result of slip casting at a high magnetic field of 12T and firing at 1460 degrees C for 48 h in an oxygen atmosphere, highly oriented ceramics and strong ferroelectric properties were observed. The spontaneous polarization of highly oriented SBN ceramics was above 15 mu C/cm(2), which was close to that of the SBN75 single crystal (17 mu C/cm(2)). (C) 2009 The Japan Society of Applied Physics

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  • Aqueous Dispersions of Carbon Nanotubes Stabilized by Zirconium Acetate

    Seiichi Furumi, Tetsuo Uchikoshi, Naoto Shirahata, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY   9 ( 1 ) 662 - 665  2009.01  [Refereed]

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    This report describes a simple strategy for preparing dispersion of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in water. Zirconium acetate (ZrAc3) was used as a dispersant for the MWCNTs in water. Interestingly, an aqueous dispersion of MWCNTs was stabilized by adding an extremely small amount of ZrAc3, followed by ultrasonic agitation. The resultant MWCNT dispersion was durably retained even after storing at room temperature over 6 months. The dispersion state of MWCNTs on a substrate was observed by means of reflection optical and scanning electron microscopes. Furthermore, we demonstrated the effect of external high magnetic field on the orientation of MWCNTs on the substrate surface from the aqueous dispersion.

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  • Anelastic behavior of 8Y-FSZ/Al2O3 composite

    Rumi Kitazawa, Susumu Horibe, Tohru S. Suzuki

    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE   43 ( 21 ) 6834 - 6839  2008.11  [Refereed]

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    This paper has clarified the anelasticity of 8Y-FSZ/alpha-alumina composites wherein the 8Y-FSZ phases are dispersed like islands. The amount of anelastic strain generated and the manner of anelastic deformation were compared to those of monolithic 8Y-FSZ. The anelastic strains of six kinds of 8Y-FSZ/alpha-alumina, as well as of monolithic 8Y-FSZ and monolithic alpha-alumina, were measured. The results showed that the anelastic strain was produced even in the composite where 8Y-FSZ phases existed as islands, and that the more the anelastic strain produced, the higher the volume fraction of 8Y-FSZ. In addition, the composition with a fully densified alumina phase had the effect of inhibiting anelastic strain in the 8Y-FSZ phase.

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  • Tri-axial grain-orientation of Y2Ba4Cu7Oy achived by the magneto-science method

    FUKUSHIMA Takayuki, HORII Shigeru, OGINO Hiraku, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, ISHIHARA Atsushi, SHIMOYAMA Jun-ichi, KISHIO Koji

    APPLIED PHYSICS EXPRESS   1 ( 11 ) 111701-1 - 111701-3  2008.11  [Refereed]

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    Tri-axial orientation of orthorhombic and twin-free Y2Ba4Cu7Oy (Y247) powders was attempted using a rotating magnetic field with modulated rate. Although magnetic anisotropy of paramagnetic Y247 originated only from the two-dimensional CuO2 and one-dimensional Cu-O chain structures are small, strong tri-axial grain orientation with misorientation angles below 1.5 was successfully achieved during the solidification process of epoxy resin. Our present results indicate the possibility of fabrication of tri- or bi-axial grain-oriented bulk and thick films without applying epitaxial methods, such as melt-solidification or thin film deposition, and that the modulated-rotation magnetic field is applicable not only to RE247 compounds but also to orthorhombic high critical temperature cuprate supe

  • Bubble-Free Aqueous Electrophoretic Deposition (EPD) by Pulse-Potential Application

    Laxmidhar Besra, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   91 ( 10 ) 3154 - 3159  2008.10  [Refereed]

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    A novel method based on the application of a square-wave pulse potential of 50% duty cycle has been demonstrated to obtain dense bubble-free deposits of alumina by constant voltage electrophoretic deposition (EPD) from an aqueous suspension. Application of continuous dc voltage invariably resulted in the incorporation of bubbles in the deposits. Bubbles in the deposit decreased progressively with decrease in the size of pulse width during the pulse potential EPD. A unique and narrow band of pulse width exists for each voltage within which a bubble-free deposit is obtained. The band is wider at low applied voltages than at higher voltages. Such bands of pulse width were found to be independent of substrate material and occurred at the same range for stainless steel and nickel substrates, suggesting that the process may be generic and applicable to any conductive substrate. The green density of deposits obtained by pulse EPD has been found to be the same as those obtained by continuous dc voltage EPD. The cathodic pulse EPD produced uniform and homogeneous deposits and was more convenient and amenable to better control than anodic pulse EPD.

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  • Conductive polymer coating on nonconductive ceramic substrates for use in the electrophoretic deposition process

    Tetsuo Uchikoshi, Seiichi Furumi, Naoto Shirahata, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   91 ( 5 ) 1674 - 1677  2008.05  [Refereed]

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    Uniform coating and line patterning of a conductive polypyrrole (Ppy) film on nonconductive ceramic materials were performed for use as substrates in the electrophoretic deposition (EPD) process. The Ppy was synthesized by chemical oxidation in the pyrrole solution. Direct shaping or line patterning of alumina or zirconia particles by EPD was carried out using the Ppy films as cathodes.

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  • Rare-Earth-Dependent Magnetic Anisotropy in REBa2Cu3Oy

    ISHIHARA Atsushi, HORII Shigeru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, OGINO Hiraku, SHIMOYAMA Jun-ichi, KISHIO Kohji

    APPLIED PHYSICS EXPRESS   1 ( 3 ) 031701-1 - 031701-3  2008.03  [Refereed]

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    We report magnetic anisotropies (Δχ) depending on rare earth (RE) element in the paramagnetic REBa2Cu3Oy (RE123) system as an important finding of magneto-scientific grain-orientation. The c-axis-oriented RE123 powder samples using static or rotating magnetic fields were fabricated at room temperature to clarify Δχ. Their easy axes of magnetization were mainly dominated by second-order Stevens factors, whereas |Δχ| largely depended on y and RE elements. Especially for heavy RE elements, |Δχ| reached the order of 10^-4, indicating that appropriate choice of RE directly leads to a drastic reduction of required magnetic fields for grain-orientation of RE123.

  • In situ neutron diffraction study of aligning of crystal orientation in diamagnetic ceramics under magnetic fields

    N. Terada, H. S. Suzuki, T. S. Suzuki, H. Kitazawa, Y. Sakka, K. Kaneko, N. Metoki

    APPLIED PHYSICS LETTERS   92 ( 11 ) 112507  2008.03  [Refereed]

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    We have first studied the orientation process of alpha-Al(2)O(3) fine particles, using in situ neutron diffraction measurements on the particles in a liquid solvent under magnetic fields. The neutron diffraction intensity of 006 and 116 reflections is significantly reduced by the vertical magnetic field up to 100 kOe, while the 113 and 204 reflections remain unchanged within the experimental accuracy. The energy balance between the magnetic anisotropic energy and the thermal fluctuation following the Boltzmann distribution is important for the crystal orientation of the alpha-Al(2)O(3) particles in suspension. Comparing the experimental data with the theoretical equation, we find that the magnetic field, where the particles are fully oriented, is above 200 kOe. Our obtained data prove that the in situ neutron diffraction measurement is a powerful tool for investigating the alignment of the crystal orientation under magnetic fields. (c) 2008 American Institute of Physics.

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  • Highly texturing beta-sialon via strong magnetic field alignment

    Xinwen Zhu, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   91 ( 2 ) 620 - 623  2008.02  [Refereed]

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    This paper reports the texturing behavior of beta-sialon by strong magnetic field alignment (SMFA) during slip casting, followed by reaction pressureless sintering, using either alpha or beta-Si3N4, Al2O3, and AlN as the starting materials. It is found that the beta-Si3N4 crystal exhibits a substantially stronger orientation ability than the alpha-Si3N4 crystal regardless of the Si3N4 raw powders in the magnetic field of 12 T. The beta-raw powder produces a highly a, b-axis-oriented beta-Si3N4 green body with a Lotgering orientation factor of up to 0.97. During sintering, the beta-raw powder allows the a, b-axis-oriented beta-sialon to retain the Lotgering orientation factor similar to and even higher than that of beta-Si3N4 in the green body. In contrast, the alpha-raw powder leads to a faster transformation rate of alpha/beta-Si3N4 to beta-sialon but a substantially lower texture in beta-sialon. The results indicate that the use of the beta-raw powder is more efficient for producing highly textured beta-sialon via SMFA than that of the alpha-raw powder as well as the prolonged sintering.

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  • Texture development of hydroxyapatite ceramics by colloidal processing in a high magnetic field followed by sintering

    Yoshio Sakka, Kazuya Takahashi, Tohru S. Suzuki, Shigeru Ito, Nobuyuki Matsuda

    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING   475 ( 1-2 ) 27 - 33  2008.02  [Refereed]

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    Hydroxyapatite (HAP, Ca-10(PO4)(6)(OH)(2)) is a main component in the human body and teeth, and a specific crystal orientation is required because of the different properties for each crystal plane. In this study, two types of hydroxyapatite powders were used for the fabrication of a textured HAP. The effects of the processing parameters on the orientation, such as de-agglomeration by ultrasonication and milling procedures, applied magnetic field and sintering temperatures, were examined. Using the de-agglomerated particle by a milling procedure, it is possible to control the particle orientation, but when using heavily agglomerated particles, it was impossible to control the particle orientation by applying a high magnetic field. Highly textured HAP can be fabricated by slip casting using a well-dispersed suspension in a high magnetic field followed by sintering above 1373 K. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

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  • Effect of milling treatment on texture development of hydroxyapatite ceramics by slip casting in high magnetic field

    Yoshio Sakka, Kazuya Takahashi, Nobuyuki Matsuda, Tohru S. Suzuki

    MATERIALS TRANSACTIONS   48 ( 11 ) 2861 - 2866  2007.11  [Refereed]

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    Hydroxyapatite (HAP, Ca-10(PO4)(6)(OH)(2)) is a main component of bones and teeth, and a specific crystal orientation is required for biomaterial application. In this study, the effects of the processing parameters on the orientation, such as de-agglomeration by milling procedure, applied magnetic field and sintering temperatures, were examined. Using the de-agglomerated particle by a milling procedure, it is possible to control the particle orientation, but when using heavily agglomerated particles, it was impossible to control the particle orientation by applying a high magnetic field. Highly-textured HAP can be fabricated by slip casting using a well-dispersed suspension in a high magnetic field (above 4 T) followed by sintering above 1373 K.

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  • Fabrication of textured alpha-SiC using colloidal processing and a strong magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    MATERIALS TRANSACTIONS   48 ( 11 ) 2883 - 2887  2007.11  [Refereed]

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    In general, the mechanical and physical properties of a crystal depend on the direction of the crystal axis. The controlled development of the crystallographic texture in ceramics is very useful for improvement of their properties. The preparation of the textured SiC polycrystal was achieved by colloidal processing in a strong magnetic field. The c-axis of the SiC was parallel to the direction of the applied magnetic field. The bending strength of the textured SiC depends on the crack-growth direction.

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  • Texturing Ca-alpha-sialon via strong magnetic field alignment

    Xinwen Zhu, Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   115 ( 1347 ) 701 - 705  2007.11  [Refereed]

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    This paper reports a dense textured single Ca-alpha-sialon fabricated by strong magnetic field alignment (SMFA) during non-aqueous slip casting of alpha-Si3N4, CaCO3, Al2O3 and AIN starting powders, followed by reaction pressureless sintering at 1800 degrees C. XRD analysis reveals that the orientation of the alpha-Si3N4 crystals occurs with the c-axis perpendicular to the magnetic field during slip casting. It is shown that the formation of the single Ca-alpha-sialon is complete within 5 min and nearly complete densification is achieved within 60 min. SEM observation reveals that the textured Ca-alpha-sialon is featured by the long-axis (c-axis) of large elongated grains perpendicular to the magnetic field. The texturing mechanism is attributed to the heterogeneous nucleation and epitaxially elongated growth on the initially oriented alpha-Si3N4 seeds. The prolonged sintering leads to a higher orientation as a result of the promoted grain growth.

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  • High-strain-rate superplasticity in oxide ceramics

    Keijiro Hiraga, Byung-Nam Kim, Koji Morita, Hidehiro Yoshida, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS   8 ( 7-8 ) 578 - 587  2007.10  [Refereed]

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    Factors limiting the strain rate of superplastic deformation in ceramic materials are discussed on the basis of existing models and experimental results concerning high-temperature plastic deformation, intergranular cavitation and dynamic grain growth. From the discussion, it is indicated that simultaneously fulfilling the following conditions is essential for attaining high-strain-rate superplasticity (HSRS) in ceramic materials: reduction in the initial grain size, enhanced diffusivity, suppressed dynamic grain growth, a homogeneous microstructure and a reduced number of residual defects. In the light of these conditions, explanations are given for HSRS attained in earlier studies on some oxide materials. It is also shown that HSRS can be intentionally attained in doped yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) and composites synthesized from ZrO2, Al2O3 and MgO2; the tensile ductility of these composites reached 300-2500% at a strain rate of 0.01-1.0 s(-1). The postdeformation microstructure indicates that some secondary phases may suppress cavitation damage and thereby enhance HSRS. (C) 2007 NIMS and Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Improvement of thermoelectric performance in magnetically c-axis-oriented bismuth-based cobaltites

    Shigeru Horii, Toshiaki Kumagai, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Jun-ichi Shimoyama, Kohji Kishio

    SCRIPTA MATERIALIA   57 ( 4 ) 333 - 336  2007.08  [Refereed]

     View Summary

    Fabrication of thermoelectric Bi-based cobaltites with large magnetic anisotropy (Delta chi = chi c - chi ab) and relatively low resistivity using a crystallochernical process is reported. Doping of various rare earth (RE) ions into the Ca site in [(Bi0.5Pb0.5)(2)Ca2O4](y)CoO2 [(Bi,Pb)Ca222] enhanced Delta chi comparable to that of [Ca2CoO3-delta](0.62)CoO2. Tailoring of the Sr-doping level in Dy-doped (Bi,Pb)Ca222 enabled the resistivity to be reduced without decreasing Ay. The magnetically c-axis-oriented (Sr,Dy)-doped (Bi,Pb)Ca222 bulk exhibited improved thermoelectric performance compared with the Sr-free RE-doped BiCa222 and a-axis grain-oriented [(Bi0.5Pb0.5)(2)Sr2O4](similar to 0.55) CoO2. (c) 2007 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • 強磁場中電気泳動法による配向積層アルミナの作製

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    化学工業   58 ( 6 ) 439 - 444  2007.06

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    強磁場中での成形によるセラミックスの配向制御と電気泳動堆積法について概説し、電場と強磁場を重畳作用する強磁場中電気泳動堆積法についての解説を行なう。さらに磁場と電場のなす角を制御することにより多層セラミックスにおいて各層での結晶方位制御が可能であることを述べ、実際にアルミナについて適用した例を紹介する。

  • Layer structure of textured CaBi4Ti4O15 ceramics fabricated by slip casting in high magnetic field

    Masahiko Kimura, Kosuke Shiratsuyu, Akira Ando, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   90 ( 5 ) 1463 - 1466  2007.05  [Refereed]

     View Summary

    Textured CaBi4Ti4O15 (CBT) ceramics were fabricated by slip casting in a high magnetic field of 12 T, and a layer structure was obtained by co-firing with the textured CBT ceramics and a metal internal electrode. The crystalline a(b)-axis of CBT was aligned parallel to the magnetic field, and highly a(b)-axis textured ceramics were obtained. The orientation degree of the textured ceramics was 0.82, and the electromechanical coupling coefficient of thickness extensional (TE) vibration was about 1.5 times larger than that of the randomly oriented ceramics. The second harmonic TE vibration was successfully generated in the layer structure specimens, which contained two layers of the textured ceramics and an internal electrode. Therefore, it was recognized that the layer structure was satisfactorily fabricated.

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  • Effect of polyethylenimine on hydrolysis and dispersion properties of aqueous Si3N4 suspensions

    Xinwen Zhu, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   90 ( 3 ) 797 - 804  2007.03  [Refereed]

     View Summary

    The roles of polyethylenimine (PEI) in the hydrolysis and dispersion properties of aqueous Si3N4 suspensions were studied in terms of the hydrolysis, adsorption, electrokinetic, and rheological measurements. It was found that the pH change of the suspensions in the acidic environment could be minimized in the presence of >= 0.5 dwb% PEI. The ammonia and oxygen measurements suggest that this phenomenon is primarily attributed to the buffer mechanism generated by the ionized PEI, instead of the protection mechanism. The constant pH enables the suspensions to retain a better stability with time at acidic pH. The adsorption of PEI on Si3N4 is a high-affinity type at highly basic pH, but is a low-affinity type at acidic pH. As the PEI amount increases, the adsorption shifts the isoelectric point (IEP) of Si3N4 from pH 5.9 to pH similar to 11 until complete coverage is attained. The stability of Si3N4 suspensions is found to depend strongly on the saturated adsorption of PEI, which is as a function of the pH and PEI amount. Once the saturated adsorption limit is reached, the excess free PEI molecules become more detrimental to the stability with increased solid loading. The stabilization mechanisms of Si3N4 suspensions by PEI were discussed in detail.

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  • Direct shaping of ceramics based on the electrophoretic phenomenon of colloidal particles

    打越 哲郎, 鈴木 達, 古海 誓一, 三木 理子, 目 義雄

    マテリアルインテグレーション   20 ( 2 ) 82 - 86  2007.02

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    電気泳動プロセスでは、蒸着やスパッタリングなどの製膜法と異なり、帯電した粒子は電極間の最短距離を直線的に泳動するわけではなく、溶媒で満たされた空間を電位勾配に従って泳動、堆積する。電極間を電気力線に沿って泳動した粒子は電極の裏側にも回り込むため、曲面や凹凸を持つ基材表面にも比較的均一な粒子堆積膜の形成が容易にできる。この特徴を積極的に利用すると、電極の極性と空間的配置を工夫し、電場のポテンシャルを3次元的に制御することにより、粒子を基材上のある特定の場所に優先的に導き堆積させることも可能である。このことは、電場の精密制御による粒子アセンブリングの可能性を示しており、電気泳動プロセスの大きなメリットの1つとも言える。本稿では、電気泳動プロセスの概略を解説し、3次元的複雑形状部材の作製に電気泳動プロセスを応用した例を紹介する。

  • Design and Development of High-Strain-Rate Superplastic Oxides

    平賀 啓二郎, 金 炳男, 森田 孝治, 吉田 英弘, 鈴木 達, 目 義雄

    マテリアルインテグレーション   20 ( 2 ) 23 - 27  2007.02  [Refereed]

     View Summary

    著者らの研究に基づいて、酸化物多結晶体で高速超塑性を実現するための微視構造、組成、プロセシング上の必要条件を解説する。また、これらの条件を満たすことによって得られた超塑性特性について述べる。

  • Preparation of highly structure-controlled ceramics by novel colloidal processing

    目 義雄, 鈴木 達

    マテリアルインテグレーション   20 ( 2 ) 3 - 9  2007.02  [Refereed]

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    Highly structure controlled ceramics were required for improving their properties. Colloidal processing using fine particles provides this required control mechanism through well-dispersed suspension or hetero-coagulate suspension. We demonstrate highly structure controlled ceramics fabricated by novel colloidal processing; (i) dense nano-sized zirconia without pressure sintering, (ii) porous ceramics with controlled pore size by hetero-coagulated suspension of ceramics and polymer, (iii) nanocomposite by reaction sintering, and (iv) textured ceramics with feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in a high magnetic field.

  • Crystalline orientation of alumina ceramics prepared by electrophoretic deposition under a high magnetic field

    T. Uchikoshi, T. S. Suzuki, Y. Sakka

    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE   41 ( 24 ) 8074 - 8078  2006.12  [Refereed]

     View Summary

    Electrophoretic deposition (EPD) of alumina in a superconducting magnet was performed at various magnetic field strengths. A stable colloidal suspension of alumina appropriate for magnetic alignment was prepared in an ethanol medium by using a phosphate ester (PE) as a dispersant. The amount of PE appropriate for the stability of the alumina suspension was investigated by measuring the pH, zeta-potential and the relative density of the green compacts. The consolidation of alumina powder was performed by EPD under a magnetic field of 0-12 T. The degree of crystalline orientation of the sintered bodies was evaluated by X-ray diffraction (XRD) as a function of the applied magnetic field during deposition and the sintering temperature.

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  • Texture development in Si3N4 ceramics by magnetic field alignment during slip casting

    ZHU, Xinwen, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, NISHIMURA, Toshiyuki, SAKKA, Yoshio

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   114 ( 11 ) 979 - 987  2006.11  [Refereed]

     View Summary

    The effects of -Si3N4 powder, -Si3N4 seed particles and sintering conditions on the texture development in Si3N4 ceramics, which were prepared by slip casting in a strong field of 12 T, followed by pressureless sintering. In the case of the replacement of the fine powder (UBE SN-E10) with the coarse powder (UBE SN-E05), no alignment of -Si3N4 crystals was observed, but the alignment of -Si3N4 crystals was observed in the green body, despite the low amount of -Si3N4 (~ 1 wt%). This suggests that the grain alignment during slip casting is predominant by the grain alignment of the minor -Si3N4 phase present in the green -Si3N4 raw powder, which is featured by the rod-like shape and less-agglomerated form.

  • 微粒子分散を利用した固化成形プロセスと組織制御

    鈴木 達

    M&E   33 ( 11 ) 164 - 165  2006.11

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    ファインセラミックスの原料に用いるサブミクロン以下の微粒子は凝集しやすく、この凝集は成形体の高密度化、均質化を妨げる要因となる。微粒子の分散状態を制御して均一で高充填の成形体を作ることは、低温焼結と欠陥サイズの低減を目指すセラミックス製造技術の基本となる。セラミックス微粒子のサスペンション中における分散制御が、その後の成形、焼結における組織制御に重要であることを示し、超塑性セラミックスや配向セラミックスの作製への適用について紹介する。

  • High-Strain-Rate Superplasticity in Ceramic Materials

    平賀 啓二郎, 金 炳男, 森田 孝治, 吉田 英弘, 鈴木 達, 目 義雄

    まてりあ   45 ( 9 ) 640 - 643  2006.09  [Refereed]

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    セラミックスにおける高速超塑性現象を高速度下で発現させるために必要な材料科学的な諸条件、そのための材料創製手法、将来の応用化を見据えた今後の課題について、NIMSの最新成果を含めて論じた。

  • Fabrication of textured ceramics with feeble magnetic susceptivity by colloidal processing in a high magnetic field

    目 義雄, 鈴木 達, 打越 哲郎

    耐火物   58 ( 9 ) 490 - 497  2006.09  [Refereed]

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    微粒子の分散制御とコロイドプロセスについて概説し,強磁場中でのコロイドプロセスを用いた配向セラミックスの作成について筆者らの実験結果を紹介する。特に、アルミナ微粒子分散系において、プロセスパラメーターと配向の関係を明確にし、多様な系に適用できることを示した。

  • Highly controlled orientation of CaBi4Ti4O15 using a strong magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Masahiko Kimura, Kosuke Shiratsuyu, Akira Ando, Yoshio Sakka, Yukio Sakabe

    APPLIED PHYSICS LETTERS   89 ( 13 ) 132902  2006.09  [Refereed]

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    The texture of feeble magnetic ceramics can be controlled by a strong magnetic field. When the magnetic susceptibility of the c axis is smaller than that of the other axes, the c axis aligns perpendicular to the magnetic field; however, the direction is randomly oriented on the plane perpendicular to the magnetic field. The authors demonstrate in this letter that a highly controlled texture in bismuth titanate, which has a c-axis susceptibility smaller than the other axes, can be achieved using a two-step magnetic field procedure. This highly controlled orientation is effective for improving the electromechanical coupling coefficient. (c) 2006 American Institute of Physics.

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  • Colloidal Processing of Ceramics by Utilizing Synergistic Effects of High Magnetic and Electric Field

    打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 堀井滋

    粉体と工業   38 ( 8 ) 63 - 70  2006.08

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    コロイド分散系に2つの外部場である強磁場と電場を重畳作用させることにより、結晶方位と高次構造が高度に制御された配向セラミックスを作製するNIMS独自の試みについて、我々の最近の研究成果を紹介する。

  • Fabrication of multilayered oxide thermoelectric modules by electrophoretic deposition under high magnetic fields

    Taichi Okamoto, Shigeru Horii, Tetsuo Uchikoshi, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Ryoji Funahashi, Naoko Ando, Masayuki Sakurai, Jun-ichi Shimoyama, Kohji Kishio

    APPLIED PHYSICS LETTERS   89 ( 8 ) 081912  2006.08  [Refereed]

     View Summary

    The authors report the fabrication of grain-aligned [Ca2CoO3-delta](0.62)CoO2 (Ca349) thick films and a multilayered thermoelectric unicouple of Ca349 and Ca0.9La0.1MnO3-delta (Mn113) using electrophoretic deposition (EPD) and magnetic alignment methods. Strongly c-axis-oriented Ca349 thick films were obtained by EPD performed under magnetic fields. In addition, the c axis of grains was found to always align parallel to the direction of field, independently of the EPD cell configuration. The required conditions for magnetic grain alignment of fine Ca349 powders were quantitatively discussed based on magnetization anisotropy. An alpha-Al2O3/Mn113/alpha-Al2O3/Ca349/alpha-Al2O3 multilayered thick film was successfully developed.

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  • Control of the texture in feeble magnetic ceramics using colloidal processing in a strong magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka, Koichi Kitazawa

    Funtai Oyobi Fummatsu Yakin/Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy   53 ( 6 ) 479 - 487  2006.06  [Refereed]

     View Summary

    The controlled development of texture has recently become a topic of interest in ceramic processing, since it allows improved tailoring of the properties of a material. Anisotropic susceptibilities of feeble magnetic ceramics such as A12O3 and ZnO are quite small. It is generally difficult to apply a magnetic field effectively in order to rotate fine feeble magnetic particles, since fine particles tend to spontaneously agglomerate due to strong attractive interactions (van der Waals forces). It is necessary to disperse the particles in a suspension in order to effectively utilize a magnetic field to rotate the particles. Colloidal processing is a powerful technique for controlling the stability of particles in a suspension. This processing can be used for production of textured ceramics with complex shapes by near-net-shape slip casting. In addition, the direction of textured polycrystalline can be controlled by the direction of the applied magnetic field.

    DOI

  • Control of texture in alumina by colloidal processing in a strong magnetic field

    Tohru S. Suzuki, Tetsuo Uchikoshi, Yoshio Sakka

    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS   7 ( 4 ) 356 - 364  2006.05  [Refereed]

     View Summary

    Electrical, mechanical and other properties of ceramic materials can be controlled by designing their microstructures. It had generally been difficult to utilize a magnetic field for tailoring the microstructure, in feeble magnetic ceramics, such as Al2O3; however, the possibility of controlling the microstructure by a magnetic field occurred with the development of superconducting magnets. In this review paper, we introduce a novel processing for the microstructual design in ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field and an electric field. We demonstrate that the textured alumina can be fabricated by slip casting in a strong magnetic field and the production of alumina/alumina laminar composites with different crystalline-oriented layers can be achieved by electrophoretic deposition in a strong magnetic field. In order to control the texture using a magnetic field, a good dispersion of powder in a suspension is necessary because a strong attractive force between the agglomerated particles prevents each particle in a suspension from rotating in the magnetic field. The degree of orientation depends on the processing factors, such as heating temperature, viscosity of suspension, etc. And the grain growth in Al2O3 matrix enhances crystallographic texture development. The bending strength of the laminar composite depended on the direction of the multilayered microstructure with alternate crystalline-oriented layers. Crack propagation and fracture mode depend on the direction of microstructure in the laminar composite with controlled crystalline orientation. (c) 2006 NIMS and Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Report of PAC RIM 6

    鈴木 達

    粉体工学会誌   43 ( 2 ) 137 - 138  2006.02

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    2005年9月に行われた6th Pacific Rim Conference on Ceramics and Glass Technology (PAC RIM 6)について報告し、最近のセラミックスの研究、開発動向の情報を提供する。

  • Electrophoretic Deposition of Alumina on Conductive Polymer-Coated Ceramic Substrates

    UCHIKOSHI, Tetsuo, FURUMI, Seiichi, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   114 ( 1 ) 55 - 58  2006.01  [Refereed]

     View Summary

    The coating of conductive polypyrrole (Ppy) on nonconductive ceramic substrates was performed by polymerization of pyrrole (Py) in an aqueous solution. The Ppy film was characterized by scanning electron microscopy and conductivity measurements. Electrophoretic deposition of bimodal alumina suspension prepared with a phosphate ester was performed using Ppy film as a cathode. Fabrication of alumina ceramics with irregular shapes or complicated patterns were also attempted by sintering the deposits together with the Ppy coated substrates in air.

  • Texture Development in Aumina Composites by Slip Casting in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   114 ( 1 ) 59 - 62  2006.01  [Refereed]

     View Summary

    Magnetic susceptibility is very small in feeble magnetic ceramics; consequently, it had been very difficult to develop a textured microstructure in these ceramics by using a magnetic field. We have demonstrated, however, that textured microstructures in alumina can be prepared by colloidal processing in a high magnetic field. We applied this processing technique to alumina based composites. The degree of crystallographic texture was small in specimen sintered at the low temperature. The degree of orientation increased rapidly with increasing sintering temperature and depended on the grain size of alumina matrix. The grain size can be controlled by the content of YTZ particle as a second phase, the kind of dopant, sintering temperature, annealing temperature and annealing time.

  • Design of laminar ceramics with crystalline-oriented layers by utilizing an electric field and a magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    マテリアルインテグレーション   18 ( 11 ) 26 - 30  2005.11

     View Summary

    コロイドプロセスにおける電場を用いた積層制御および強磁場を用いた配向制御を概説した。さらに電場と強磁場を重畳作用することによる配向積層させた構造制御についての解説を行った。アルミナについて、配向方向が層毎に90度づつ異なる積層体を実際に作製し、このプロセスの応用の一例として示した。

  • Densification and superplasticity of hydroxyapatite ceramics

    Keiichiro TAGO, Kiyoshi ITATANI, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, Seiichiro KODA

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   113 ( 10 ) 669 - 673  2005.10  [Refereed]

     View Summary

    Fabrication conditions of the high-density and fine-grained hydroxyapatite(Ca10(PO4)6(OH)2: HAp)ceramic were examined; the tensile elongation of HAp ceramic during the heating was measured in order to evaluate the superplasticity. The HAp compact was fired in air at a temperature between 1100 and 1200○C for 5 h. The relative density of HAp compact fired at 1100○C for 5 h showed a maximum (99.2%), whereas the average grain size was as small as 0.56 m. The tensile elongation of this HAp specimen was tested at a temperature between 940 and 1100○C. The tensile elongations tested at 1050 and 1100○C attained 156 and 157%, respectively; the specimen tested at 1050○C contained a limited number of cavities, whereas the specimen tested at 1100○C was observed to have a large number of

  • Fabrication of Textured Ceramics by Electrophoretic Deposition under a Strong Magnetic Field

    打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    MATERIAL STAGE   5 ( 7 ) 111 - 115  2005.10

     View Summary

    コロイド分散系に2つの外部場である強磁場と電場を重畳作用させることにより、結晶方位と高次構造が高度に制御された新しい配向セラミックスを作製する試みについて紹介する。

  • NA

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    Fine Ceramics Report   23 ( 4 ) 166 - 169  2005.10

     View Summary

    当グループでは反磁性セラミックスでさえも配向を可能とする強磁場プロセスを既に開発してきており、さらに、配向と積層を組み合わせることで高次な構造の創製を目指している。そのために、強磁場中での電気泳動堆積を試みており、任意の方向に配向させた層を堆積させることにより、配向と積層を組み合わせた高度な異方性制御が可能であることを見出した。磁場と電場の重畳印加による配向積層制御プロセスについて紹介する。

  • Combined analysis of textured alumina ceramics by neutron diffraction

    E. Guilmeau, D. Chateigner, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, C. Henrist, B. Oulanddiaf

    annual report 04, Institute Laue-Langevin     36 - 37  2005.08  [Refereed]

     View Summary

    The orientation distributions of alpha-alumina textured ceramics are determined from neutron di9ffraction spe3ctra. A curved position-sensitive detector coupled to a tilt angle scan allowed treatment of the whole diffraction pattern in a Rietvelt-WIMV-Popa algorithm. With increasing the sintering temperature of alumina, the texture strength is enhanced and the c-axis distribution is sharper. We se

  • NA

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    工業材料   53 ( 8 ) 60 - 63  2005.08

     View Summary

    アルミナ等の反磁性・常磁性セラミックスであっても強磁場とコロイドプロセスを用いれば結晶配向が可能であり、この手法が適用物質と成形法の選択の広さから汎用性が高く、高次な構造をデザインすることが可能となるプロセスでることを紹介する。

  • Fabrication of Microstructure-controlled Advanced Ceramics by External Field-applied Colloidal Processing

    打越 哲郎, 鈴木 達

    ANNUAL REPORT OF HOSOKAWA POWDER TECHNOLOGY FOUNDATION 2004   12   82 - 88  2005.05

     View Summary

    溶媒中におけるセラミックス粒子の表面帯電現象と粒子間の相互作用を利用して固化成形体の微構造制御を行う「コロイドプロセス」を、電場や磁場などの外場が印加された環境下で行うことで、より高次な組織微構造の制御が行える「外場印加コロイドプロセス」という新しい手法・概念に発展させた。本報は、I. 電気泳動堆積法における粒子堆積挙動に及ぼす諸因子の影響の解明II.強磁場中鋳込み成形法による粒子配向技術の確立と適応系の拡大III.強磁場電気泳動堆積法による結晶方位制御と積層コンポジットの作製について、ホソカワ粉体工学振興財団による助成研究の成果報告書として寄稿されたものであるが、内容・スタイルは、オリジナルな研究論文となっている。

  • Preparation of oriented bulk 5 wt% Y2O3-AlN ceramics by slip casting in a high magnetic field and sintering

    TS Suzuki, Y Sakka

    SCRIPTA MATERIALIA   52 ( 7 ) 583 - 586  2005.04  [Refereed]

     View Summary

    Preparation of oriented AIN bulk ceramics was achieved by slip casting in a high magnetic field. The c-axis of AIN was perpendicular to the direction of a magnetic field. The mechanical properties and the thermal conductivity of the textured AIN depend oil the direction of the crystallographic orientation. (C) 2004 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • MICROSTRUCTURAL DESIGN FOR HIGH-STRAIN-RATE SUPERPLASTIC OXIDE CERAMICS

    HIRAGA, Keijiro, KIM, Byung-Nam, MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   113 ( 3 ) 191 - 197  2005.03  [Refereed]

     View Summary

    Factors limiting the strain rate available to superplastic deformation in oxide ceramics are discussed from existing knowledge about high-temperature plastic deformation and cavitation mechanisms. Simultaneously controlling these factors is essential for attaining high-strain-rate superplasticity (HSRS). This is shown in monolithic tetragonal zirconia and composite materials consisting of zirconia, -alumina and a spinel phase: at strain rates higher than 10-2 s-1, tensile ductility reached 300-600% in the monolithic material and 600-2500% in the composite materials. Post-deformation microstructure indicates that certain secondary phases should be effective in suppressing cavitation damage and thereby enhancing HSRS.

  • NA

    鈴木 達, 打越 哲郎, 奥山 秀男, 目 義雄

    セラミックス   40 ( 3 ) 168 - 172  2005.03

     View Summary

    従来は磁場の影響を受けないと考えられてきたアルミナのような弱磁性セラミックスでもコロイドプロセスと強磁場を用いることで、その結晶方位を制御できることを見出した。ここでは、弱磁性セラミックスの結晶磁気異方性を利用した磁場配向と、電気泳動法の高次成形プロセスを組み合わせた強磁場電気泳動法による結晶配向積層コンポジットの創製について解説する。

  • NA

    目 義雄, 鈴木 達, 打越 哲郎, 平賀 啓二郎, 金 炳男, 森田 孝治

    平成15年度国立機関等原子力試験研究成果報告書   44  2005.02

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    コロイドプロセスの高度化を図ることにより、優れた特性を有する原子力用構造材料を作成することを目的とした。今年度は、SiCナノ粒子にポリエチレンを添加することによる水系サスペンションの安定性チタニアナノ粒子の電気泳動堆積挙動とサスペンションの安定性、およびスリップキャストによる高速超塑性の作成について報告した。

  • Textured Development of Feeble Magnetic Ceramics By Colloidal Processing Under High Magnetic Field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru

    JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN   113 ( 1 ) 26 - 36  2005.01  [Refereed]

     View Summary

    In this review paper, we introduce a new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by slip casting in a high magnetic field and subsequent heating. As an example of feeble magnetic ceramics, we demonstrate the fabrication of textured alumina in details. The susceptibility of diamagnetic -alumina is very small, but the orientation energy of the alumina particle by a high magnetic field becomes greater than the thermal energy. -Alumina with a rhombohedral structure shows anisotropic susceptibility, but this anisotropy has up to now been more or less ignored due to its very low value. However, in a high magnetic field, the energy of crystal anisotropy becomes comparable to or greater than the energy of thermal motion. The degree of orientation depends on the processing factors, such as heating temperature, particle size, applied magnetic field, concentration of the suspension, etc. This process technique confers several advantages and it is possible for this type of pr

  • Rietveld texture analysis of alumina ceramics by neutron diffraction

    E Guilmeau, D Chateigner, TS Suzuki, Y Sakka, C Henrist, B Ouladdiaf

    CHEMISTRY OF MATERIALS   17 ( 1 ) 102 - 106  2005.01  [Refereed]

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    The orientation distributions of alpha-Al2O3 textured ceramics are determined from neutron diffraction spectra. A curved position-sensitive detector coupled to a tilt angle (chi) scan allowed the whole diffraction pattern treatment in the combined Rietveld-WIMV-Popa algorithm. Four textured alumina ceramics were prepared by slip-casting under a high magnetic field and sintered at 800, 1300, 1400, and 1600 degreesC. The calculation of the distribution density, correlated to the representation of the normal and inverse pole figures, highlights the influence of the magnetic field and sintering temperature on the texture development. The principal pole figures show a pronounced (00l) texture: (001) pole parallel to the direction of slip-casting, and (110) pole with higher distribution density for the directions perpendicular to the expected fiber axis. The inverse pole figures calculated for the fiber direction show a major (001) component for all the samples. With the increasing sintering temperature, the texture strength is enhanced and the c-axis distribution is sharper. The effectiveness of the approach for determining the crystallite size is also evident. As a global trend, the calculated crystallite size and observed grain size are similar and increase with the increasing sintering temperature. The mechanism of the texture development in the sintered specimens is certainly initiated from the preferred orientation of the green body after slip-casting under a high magnetic field. The basal texture is enhanced during sintering by selective anisotropic grain growth. We evidenced here the powerfulness of the Rietveld texture analysis to provide a basis for the correlation of texture, microstructural parameters, and anisotropic properties.

    DOI

  • Development of thermoelectric bi-based cobaltites with an easy axis of magnetization parallel to the C-axis for magnetic alignment

    T Kumagai, S Horii, T Uchikoshi, TS Suzuki, Y Sakka, T Okamoto, J Shimoyama, K Kishio

    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 2-LETTERS & EXPRESS LETTERS   44 ( 37-41 ) L1263 - L1266  2005  [Refereed]

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    We report the conversion of the easy axis of magnetization from the a-axis to the c-axis in thermoelectric misfit-layered Bismuth-based cobaltites for a magnetic grain-alignment process. The conversion was accomplished by the substitution of Ca for Sr in the block layer of [(Bi0.5Pb0.5)(2)Sr2O4](0.55)CoO2. Moreover, magnetic anisotropy along the c-axis was enhanced by partial substitution of Pr for Ca in [(Bi0.5Pb0.5)(2)Ca2O4](z)CoO2. From the analysis of their crystal structures, we concluded that the doping of Pr and Ca played a role in distortion of the block layer, indirectly leading to changes in the local structure of the CoO2 layers and magnetic anisotropy. The c-axis grain-aligned bulk has been successfully fabricated by a magnetic grain-alignment method in 10T, and a drastic reduction in the resistivity perpendicular to the applied field and the grain-oriented microstructure were observed.

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  • The crystal orientation taking account of gravity force under high magnetic field

    CY Wu, SQ Li, K Sassa, Y Sakka, TS Suzuki, S Asai

    ISIJ INTERNATIONAL   45 ( 7 ) 997 - 1000  2005  [Refereed]

     View Summary

    High magnetic field is well known to have the function of crystal orientation, which is largely influenced by crystal size and shape to some extent. For crystals with large rod shape, the gravity force functions and affects the crystal orientation. In our experiment, different results were got when a high magnetic field was applied perpendicular and parallel to the gravity force. In this paper, the effect of the gravity force for crystal orientation under the high magnetic field is summarized and compared with the experiment result.

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  • Processing-Dependent Microstructural Factors Affecting Cavitation Damage and Tensile Ductility in a Superplastic Alumina Dispersed with Zirconia

    Keijiro Hiraga, Keishi Nakano, Tohru S. Suzuki, Yoshio Sakka

    Journal of the American Ceramic Society   85 ( 11 ) 2763 - 2770  2004.12  [Refereed]

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    Abstract: Superplastic tensile ductility in Al2O3-10 vol% ZrO2 (3 mol% Y2O3) exhibits processing-dependence when the grain size is reduced to 0.45 um for a given relative density of ~99.5%. The reduced grain size leads to largely enhanced ductility in a material prepared by colloidal processing, but does not in a material prepared by conventional dry processing. This result is explained from cavity-damage accumulation sensitive to rather a small variation in a few processing-dependent factors: the numerical densities of residual defects and ZrO2 particles. The rate of damage accumulation is shown to depend mainly on the former and additionally on the latter.

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  • Deposition and Orientation of Titania Particles in an Electrical and Magnetic Field

    FRENGQIU, TANG, UCHIKOSHI, Tetsuo, OZAWA, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    TRANSACTIONS OF THE MAGNETICS SOCIETY OF JAPAN   29 ( 8 ) 3379 - 3382  2004.12  [Refereed]

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    Electrophoretic Deposition process was used to deposit titania particles on an electrode to form the thick films from an aqueous suspension, while a high magnetic field was used to align the particles at the same time. X-ray diffraction pattern and scanning electron microscope revealed that textured titania thick films were fabricated successfully, the grains in the c-axis direction were orientated along the high magnetic field even though the anisotropic susceptibility of titania is quite feeble. The suspension condition and heating temperature play important role on the alignment of the particles. The degree of crystalline texture increased with sintering temperature, and a highly dispersed suspension was also favorable for the alignment of particle direction in the high magnetic field t

  • Alignment of TiO2 particles by electrophoretic deposition in a high magnetic field

    FQ Tang, T Uchikoshi, TS Suzuki, Y Sakka

    MATERIALS RESEARCH BULLETIN   39 ( 14-15 ) 2155 - 2161  2004.12  [Refereed]

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    Textured titania thick films were fabricated by applying external electrical and magnetic fields. X-ray diffraction (XRD) results and scanning electron microscopy (SEM) images revealed that the titania grains in the c-axis direction were orientated along the high magnetic field (10 T) even though the anisotropic susceptibility of titania ceramic is quite weak. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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  • Fabrication of oriented beta-alumina from porous bodies by slip casting in a high magnetic field

    Y Sakka, A Honda, TS Suzuki, Y Moriyoshi

    SOLID STATE IONICS   172 ( 1-4 ) 341 - 347  2004.08  [Refereed]

     View Summary

    Designing texture is one possible way for improving the electrical, chemical, mechanical and other properties of ceramics. We have reported that oriented alpha-alumina was obtained by slip casting in a high magnetic field followed by sintering. beta-Alumina is well known as sodium ion conductor used in a sodium-sulfur battery. beta-Alumina consists of spinel blocks and ion conductive planes. Since the direction of the ion conductive plane of polycrystalline beta-alumina is random, the ionic conductivity of the polycrystal is lower than that of the single crystal. The purpose of this study is to prepare oriented beta-alumina to enhance the sodium ion conductivity. Oriented beta-alumina was prepared by the following method: (1) oriented alpha-alumina green bodies were prepared by colloidal processing in a high magnetic field, (2) the oriented alpha-alumina green bodies were infiltrated with Na2O and MgO, and (3) the oriented beta-alumina bodies were synthesized by reaction sintering at 1600 and 1700 degreesC. The reaction product and orientation of the beta-alumina were confirmed by XRD. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

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  • Effect of titania and magnesia addition to 3 mol% yttria doped tetragonal zirconia on some diffusion related phenomena

    Y Sakka, TS Suzuki, T Matsumoto, K Morita, K Hiraga, Y Moriyoshi

    SOLID STATE IONICS   172 ( 1-4 ) 499 - 503  2004.08  [Refereed]

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    The 3 mol% yttria doped tetragonal zirconia (3YTZ) is known to show ionic conductivity and superplastic property. However, the application of superplasticity to the manufacturing process is limited because the strain rate is low. The purpose of this study is to fabricate high-strain rate superplastic zirconias by adding titania and magnesia to 3YTZ. Effect of titania and magnesia addition to 3YTZ on diffusion related phenomena such as sintering, grain growth, superplastic properties and ionic conductivity was investigated. Dense and fine-grained zirconia polycrystals were obtained by colloidal processing, where aqueous suspensions were prepared by dispersing 3YTZ, magnesia and titania powders by ultrasonication and adding the appropriate amount of polyelectrolyte. The grain growth was controlled by cation lattice diffusion and the grain growth rate was enhanced by adding titania and magnesia. The tensile ductility of about 216% was established for the titania and magnesia added 3YTZ at the low temperature of 1350 degreesC and high strain rate of 1.2 x 10(-2)s(-1). The ionic conductivity of 3YTZ was decreased with titania addition. (C) 2004 Elsevier B.V All rights reserved.

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  • Texture development in zirconia-dispersed alumina composites by slip casting in a high magnetic field

    TS Suzuki, Y Sakka, K Kitazawa

    IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY   14 ( 2 ) 1584 - 1587  2004.06  [Refereed]

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    Many trials have been reported for the production of textured ceramics. Recently, such processing using a high magnetic field has been developed. After the suspension was compacted in a high magnetic field, a green body with a slight degree of crystallographic orientation was obtained. The degree of texture increased with increasing temperature. After densification, grains grew to produce ceramics with a higher degree of crystallographic orientation. We were able to produce a highly textured microstructure. In this paper, we discuss the relationship between the microstructure and the crystalline orientation, and demonstrate that the crystalline orientation depends on the grain size.

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  • Strain softening and hardening during superplastic-like flow in a fine-grained MgAl2O4 spinel polycrystal

    K Morita, K Hiraga, BN Kim, TS Suzuki, Y Sakka

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   87 ( 6 ) 1102 - 1109  2004.06  [Refereed]

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    Superplastic-like flow in a fine-grained MgAl2O4 polycrystal exhibits strain softening and hardening, which cannot be ascribed to cavity damage and grain growth during deformation, respectively. The softening and hardening can be related to a change in the internal stress, which depends on a decrease and an increase in the density of the intragranular dislocations, respectively, whose motion contributes to the relaxation of stress concentrations exerted through the predominant deformation mechanism of grain-boundary sliding. In these two regions, the rate of deformation is controlled by the continuous recovery of the dislocations limited by lattice diffusion of the oxygen ions.

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  • NA

    鈴木 達, 打越 哲郎, 奥山 秀男, 目 義雄

    MATERIALS INTEGRATION(マテリアルインテグレーション)   17 ( 5 ) 32 - 38  2004.05

     View Summary

    従来は磁場の影響を受けないと考えられてきた弱磁性セラミックスでもコロイドプロセスと強磁場を用いることで、その配向を制御できることを見出した。ここでは、アルミナを例にとり、強磁場を用いて配向制御するためのプロセス因子を解説し、その応用として酸化チタン、酸化亜鉛なども配向制御した例を示した。

  • Control of crystalline texture in polycrystalline alumina ceramics by electrophoretic deposition in a strong magnetic field

    T Uchikoshi, TS Suzuki, H Okuyama, Y Sakka

    JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH   19 ( 5 ) 1487 - 1491  2004.05  [Refereed]

     View Summary

    Highly crystalline-textured pure dense alumina ceramics were fabricated from spherical alumina powder without any seed particles and sintering additives by electrophoretic deposition (EPD) in a strong magnetic field of 10 T. The crystalline texture was confirmed by x-ray diffraction (XRD) for alumina ceramics deposited at 10 T followed by sintering at 1873 K. The angle between the directions of the magnetic and electric fields (phi(B-E)) was altered to control the dominant crystal faces of the alpha-alumina monoliths. The average orientation angles estimated from the XRD diagram of the samples prepared at phi(B-E) = 0degrees, 45degrees, and 90degrees were 16.52degrees, 45.15degrees, and 84.90degrees, respectively. Alumina/alumina laminar composites with different crystalline-oriented layers were also fabricated by alternately changing the phi(B-E) layer by layer during EPD in a 10 T magnetic field. It was demonstrated that by using this technique, it is possible to control the crystalline orientation by changing the angle of E versus B during the EPD.

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  • Controll of microstructure by colloidal processing under electric and magnetic fields

    目 義雄, 鈴木 達, 打越 哲郎

    化学と工業   57 ( 4 ) 403 - 405  2004.04

     View Summary

    コロイドプロセスは、溶液中の微粒子の分散・凝集を制御し成形する手法で、緻密で微細粒焼結体の作製手段として注目されてきた.さらに,外界から電界・磁界を印加することにより,高度に微構造を制御するプロセスとして期待されいる.ここでは、我々の行っている超塑性微細粒セラミックスの作製と特性、電気泳動堆積法による積層体の作製、および強磁場印加コロイドプロセス―粒成長による高配向構造体の作製、について紹介する.

  • Fabrication of textured alumina by electrophoretic deposition in a strong magnetic field

    T Uchikoshi, TS Suzuki, H Okuyama, Y Sakka

    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE   39 ( 3 ) 861 - 865  2004.02  [Refereed]

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    Textured alumina ceramics were fabricated by electrophoretic deposition in a strong magnetic field of 10 T (Tesla) followed by sintering. Single crystalline alpha-alumina particles dispersed in aqueous media were aligned due to their anisotropic diamagnetic susceptibility and then deposited on a cathodic substrate. The degree of crystalline orientation of the as-deposited specimen characterized by X-ray diffraction was small but highly improved by sintering in the temperature range of 1273-1873 K. Microstructural observations showed the absence of any anisotropic grain growth. (C) 2004 Kluwer Academic Publishers.

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  • Fabrication of high-strain rate superplastic yttria-doped zirconia polycrystals by adding manganese and aluminum oxides

    Y Sakka, T Ishii, TS Suzuki, K Morita, K Hiraga

    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY   24 ( 2 ) 449 - 453  2004

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    Conventional superplastic ceramics have been established at temperatures over 1400 degreesC with a slower deformation velocity of about 10(-4) (s(-1)). For the application of superplasticity to the manufacturing process, however, high-strain rate deformation velocity of around 10(-2)/s(-1) is necessary. We have reported that alumina addition to 3YTZ (3 mol.%Y2O3 doped ZrO2) is effective in the enhanced ductility. The purpose of this study is to fabricate high-strain rate superplastic 3YTZ by adding manganese and aluminium oxides. Dense and fine-grained 3YTZ systems were obtained by slip casting and low temperature sintering. Manganese and alminium oxides added 3YTZ showed a maximum tensile ductility of about 600% at 1450 degreesC at a strain rate of 1.2 x 10(-2)s(-1). (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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Books and Other Publications

  • サスペンション中の粒子配向制御

    目 義雄, 鈴木 達, 打越 哲郎

    2013

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    我々は,粒子を溶媒中に分散させて成形するコロイドプロセスを強磁場中で行うことにより,配向性アルミナの作製に成功した3-5)。ここでは,粒子配向の原理と配向制御に必要なプロセス因子の要件を紹介し、さらにより高度な配向制御技術について紹介する。

  • セラミックス微粒子の強磁場配向制御

    鈴木 達

    2013

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    固体の物質において、その特性が完全に等方的であることはまれであり、性質に異方性があることを利用して材料として用いることは有用である。例えば、圧電体材料における分極異方性の利用、繊維材の繊維方向に強度が高いという異方性を利用して編み込むことなどによる機械特性の強化、鉄鋼材料での集合組織の精緻な制御などの例を挙げることが出来る。フィラーの利用においても、その特性の異方性を有効に使うために配向制御は有用であり、無機フィラーを用いる場合には、セラミックス粉体プロセスにおける配向手法を役立てることが出来る。本章においては、無機フィラーの配向付与プロセスの一端として、セラミックス微粒子を用いた強磁場配向制御プロセスについて解説する。

  • Orientation control of Silicon Nitride by slip casting in a high magnetic field

    SAITO, Sho, SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, NAKATA, Seiji

    2005

     View Summary

    Aqueous suspensions of three types of different diameter of alpha-Si3N4 particles with sintering additives were prepared and consolidated by slip casting in 10T. They were sintered in N2 atmosphere at temperatures of 1500-1700℃. The usefulness of the processes has been confirmed through the orientation index evaluated by X-ray diffraction patterns and scanning electron microscope (SEM) images of Si3N4 crystals. The crystal a,b-axis of beta-Si3N4 grains aligned to the magnetic direction. It is also confirmed that the crystalline orientation was improved by addition of -Si3N4 whisker.

  • NA

    鈴木 達

    2004

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    従来は磁場の影響を受けないと考えられてきた弱磁性セラミックスでもコロイドプロセスと強磁場を用いることで、その配向を制御できることを見出した。ここでは、アルミナを例にとり、強磁場を用いて配向制御するためのプロセス因子を解説し、その応用として酸化チタン、酸化亜鉛なども配向制御した例を示した。

Misc

  • Metastable intermediate phase formation at reaction milling of titanium and n-heptane

    T. S. Suzuki, M. Nagumo

    Scripta Metallurgica et Materiala   32 ( 8 ) 1215 - 1220  1995.04

    DOI

  • Metastable intermediate phase formation at reaction milling of titanium and n-heptane

    T. S. Suzuki, M. Nagumo

    Scripta Metallurgica et Materiala   32 ( 8 ) 1215 - 1220  1995.04

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  • Mechanochemical reaction of TiAl with hydrocarbon during mechanical alloying

    T. Suzuki, M. Nagumo

    Scripta Metallurgica et Materiala   27 ( 10 ) 1413 - 1418  1992.11

    DOI

  • Synthesis of TiAl-Al2Ti4C2 Composite by Reaction Milling

    Materials Science Forum (1995), Vols. 179-181, 189-194  

  • High Hardness TiAl Alloys through Reaction Milling and Hot Compaction

    Materials Science Forum (1992), Vols. 88-90, 639-646  

  • Al2O3-15vol%ZrO2微粒子系のコロイドプロセス

    粉体および粉末冶金(1997), 44, 356-361  

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  • Synthesis of TiAl-Al2Ti4C2 Composite by Reaction Milling

    Materials Science Forum (1995), Vols. 179-181, 189-194  

  • Mechanochemical Reaction of Ti-Al with Hydrocarbon during Mechanical Alloying

    Scripta Metallurgica et Materialia (1992), 27, 1413-1418  

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  • High Hardness TiAl Alloys through Reaction Milling and Hot Compaction

    Materials Science Forum (1992), Vols. 88-90, 639-646  

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Awards

  • Global Star Award

    2017.01   The Engineering Ceramics Division of The American Ceramics Society  

    Winner: SUZUKI Tohru

  • CerSJ Awards for academic achievements in ceramic science and technology

    2015.06   The Ceramics Society of Japan  

    Winner: SUZUKI Tohru

  • Award for Outstanding Papers in JCerSJ

    2012.06   The Ceramics Society of Japan  

  • Ceramographic Award

    2010.03   The Ceramics Society of Japan  

  • Award for Innovatory Research

    2005.05   Japan Society of Powder and Powder Metallurgy  

  • Distinguished Paper Award

    2001.05   Japan Society of Powder and Powder Metallurgy  

  • Award for Improvement of Basic Research on Powder and Powder Metallurgy

    1998.05   Japan Society of Powder and Powder Metallurgy  

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Presentations

  • Investigation of Sintering Conditions and Electrical Properties of BiFeO3-based Piezoelectric Ceramics

    相澤朋弥, 上野慎太郎, 藤井一郎, 和田智志, 鈴木 達

    エレクトロセラミックス研究討論会 

    Presentation date: 2018.11

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    環境問題の観点から、Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)系セラミックスに代わる高性能な鉛フリー圧電材料の開発が急務となっている。これまでに酸化ビスマスの揮発を抑制するため、低温・短時間で焼結が行えるスパークプラズマ焼結(SPS)法を用いて0.3BT-0.1BMT-0.6BFセラミックスを作製した。しかしながらその圧電特性に大きな改善は見られなかった。これはSPSが還元雰囲気下で行われるため、空気中でポストアニールを行った後も焼結時に生成した酸素空孔の一部が残り、これと鉄の価数変化により圧電特性が低下したためと考えられる。そこで本研究では、焼結時の酸素分圧を変えてセラミックスを作製し、微構造や電気特性を調査した。また、焼結後に空気中でポストアニールを行い、そのときの降温速度の影響も調査した。

  • 最終焼結段階における緻密化挙動のシミュレーション

    金 炳男, 鈴木 達, 森田 孝治, 吉田 英弘, 李 継光, 松原秀彰

    粉体粉末冶金協会平成30年度秋季大会 

    Presentation date: 2018.10

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    粉体の焼結挙動を理解するためには、緻密化速度の粒径依存性や活性化エネルギーの評価、すなわち焼結機構に対する評価も重要であるが、焼結挙動を予測・再現するためには、緻密化速度の相対密度依存性に対する評価が不可欠である。最近緻密化速度の相対密度依存性が実験的に評価できるようになったが、粉体の焼結挙動をより深く理解するためには、これら実験的な計測値を理論モデルにより解析することも必要である。しかし、従来の理論モデルは単純構造気孔の収縮を対象としており、実際の複雑構造の気孔に対しては直接適用できない。本研究では、焼結途中の多孔体における複雑な気孔構造を気孔サイズの分布を持って表した。気孔サイズに分布がある場合、緻密化に伴うサイズ分布の変化や緻密化速度に及ぼす影響などを調べることにより、実際の緻密化挙動を理解・解析することが目的である。

  • Fabrication of textured transparent Alumina

    鈴木 達, 足利昂治, 金 炳男, 清野肇

    粉体粉末冶金協会 秋季大会 

    Presentation date: 2018.10

     View Summary

    高強度、高耐摩耗性などの機械的特性の優れた透明性の高いアルミナを得るためには、極めて低い気孔率と小さな粒径(<1 μm)が不可欠であり、SPSを用いた透光性微細粒アルミナの作製が多く報告されている。また、アルミナは異方性結晶であるため、粒界での複屈折が透光性の劣化原因となるが、結晶方位を揃える配向制御は複屈折を抑えて直線透過性の向上に有効であると示してきた。アルミナはc軸が磁化容易軸となり、磁場中成形を用いることによってc軸配向アルミナを作製可能である。コロイドプロセスを用いて微粒子の分散を制御したスラリーを磁場中スリップキャストすることにより、c軸の向きが揃ったアルミナ成形体を作製し、作製した成形体はSPS法での低速昇温焼結によって透明配向アルミナを作製することが可能である。本研究では、このときのSPS条件がアルミナ焼結体の透光性に及ぼす影響を検討した。

  • Preparing highly structured B4C control rod via magnetic field-assisted colloidal processing

    AZUMA, Shota, UCHIKOSHI, Tetsuo, Yoshida Katsumi, SUZUKI, Tohru

    The Nuclear Materials Conference 

    Presentation date: 2018.10

     View Summary

    Random orientation B4C is usually used as the control rods in fast reactors, but cracks are easily generated during operation because of volume swelling due to the accommodation of helium gas during the neutron absorption reaction. Releasing the accumulated helium is difficult because a conventional pellet has few closed pores without specific direction. However, helium release should be achieved in similar porosity to maintain the mechanical properties. In this study, to develop the B4C control rods with long lifespan than the current one, the conditions of the strong magnetic field-assisted colloid process was optimized for fabricating highly structured materials based on B4C. This ceramic is constructed with oriented tubal pore-phase, and dense- c-axis alignment B4C phase.

  • Control of crystallographic orientation in ceramics by a strong magnetic field

    Muhammand Fajar, SUZUKI, Tohru, AZUMA, Shota, Yoshida Katsumi, Pornphatdetaudom Thanataon, Yano Toyohiko

    The Nuclear Materials Conference 

    Presentation date: 2018.10

     View Summary

    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics and one of the effective ways to improve their properties. Recently, we reported that the successful control of a textured microstructure even in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. This technique can be applied to the wide variety of ceramics as the important materials for nuclear reactor, such as, AlN, SiC and B4C. The green compacts after slip casting in a static or rotating magnetic field were isothermally sintered by SPS. The thermal conductivity and the electrical conductivity perpendicular to the c-axis of the textured SiC and AlN were higher than those parallel to the c-axis in the both textured ceramics.

  • Development of New and High-Functional Software for Electrochemical Impedance Analysis

    KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru

    WAIM2018 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    New and highly functional analysis software for electrochemical impedance is introduced. Various functions such as conventional analysis, Kramers-Kronig transformation tests, automatic analysis using simple artificial-intelligence function will be presented.

  • Fabrication of lanthanum silicate oxyapatite ceramics with crystal orientation by slip casting in a strong magnetic field

    Takaya Akashi, SUZUKI, Tohru, Atsushi Yamazoe, KOBAYASHI, Kiyoshi, UCHIKOSHI, Tetsuo

    WAIM2018 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    Crystal oriented lanthanum silicate oxyapatite (LSO) was successfully fabricated by slip casting under a strong magnetic field. The crystal-oriented LSO showed higher oxide ion conductivity along to c-axis.

  • Development of highly functional impedance analysis software

    小林 清, 鈴木 達

    第79回応用物理学会秋季学術講演会 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    インピーダンス・スペクトルの解析は誘電や伝導などの固体物性,電池やキャパシターにおける反応過程分離,電気回路の交流応答特性の評価など様々な領域で利用されている.既存のインピーダンス解析ソフトは解析者に対して実測スペクトルグラフを表示し,解析者は表示されたスペクトルに当てはめるべき等価回路を推定・設定すると共にモデルパラメータの初期値入力を入力後,非線形最小自乗プロセスを実行する仕様となっている.実測インピーダンス・スペクトルの多くは単純かつ理想的な形状を示さないため,解析に用いる等価回路と初期パラメータの選択は解析者に委ねられていることが解析の難しさになる.本研究では実測スペクトルグラフをインタラクティブに利用しながら逐次モデル構築と初期値設定を容易に行う新しいタイプのインピーダンス解析ソフトを開発した.

  • Effect of green sheet thickness and application of pressure on a compact during sintering in <110>-oriented 0.85(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.15BaTiO3 ceramics

    Fujii Ichiro, ITO Ryo, Kawachi Kosuke, Ueno Shintaro, SUZUKI, Tohru, WADA Satoshi

    IWPMA2018 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    <110>-oriented ceramics with the composition of 0.85(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.15BaTiO3 with a high Curie temperature of ~300。�C were successfully fabricated by reactive templated grain growth of layered hydrogen titanate platelets with (Bi0.5Ti0.5)TiO3 and BaCO3 matrix powders.[1] A large degree of <110> orientation F110 = 84% was achieved by decreasing green sheet thickness and application of pressure on a compact during sintering, as shown in Fig. 1. Consequently, improved remanent polarization was observed in the ceramics compared with randomly oriented ceramics, owing to easier polarization switching. A piezoelectric constant d33 of 103 pC/N and an electromechanical coupling factor k33 of 0.44 were obtained for the <110> grain-oriented ceramics.

  • Control of ZnO crystal orientation by hydrothermal synthesis in high magnetic field

    小沢寛人, 清野肇, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    ZnOナノ構造材料は気相あるいは液相から成長させることができる。気相法による合成は高温かつ高コストであるため、低温かつ穏やかな条件下で合成を行うことができる液相法への注目が高くなってきている。セラミックス材料の特性向上の要因の一つに微細組織の制御がある。多くの固体材料の特性には異方性があり、特性向上のために配向制御は重要であり、セラミックスの配向制御の方法の1つに磁場を印加する手法がある。既存の研究では磁場中でMnやCrをドープしたZnOの水熱合成を行うことでドープ量が増加したと報告され、磁場中水熱合成が有用な手法であるが、ZnO粒子の配向に及ぼす影響については未解明である。したがって、本研究では磁場中水熱合成による磁場中水熱合成が粒子配向に及ぼす影響について調査する。

  • Investigation on anisotropy in magnetic properties of Nd2-xLaxNiO4 for fabrication of oriented electrode in SOFC

    田島卓, 松田元秀, 鈴木 達, 中根 茂行, 名嘉 節, 打越 哲郎

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    低温作動固体酸化物形燃料電池用カソード材として、K2NiF4 型構造からなる Nd2NiO4 (NNO)および La2NiO4 (LNO)が注目されている。その特性は結晶構造の影響で大きな異方性があり、応用に向けては配向化を含めた組織制御が求められる。我々の研究グループは、最近、磁場を用いた電極作製プロセスで、NNO および LNOの配向カソードを低温作動固体酸化物形燃料電池用電解質上に得ることに成功している[1], [2]。その検討の中で、NNO は c 軸配向性を、LNO は ab 面が磁場印加方向に沿って配列する傾向にあることを見出し、NNO とLNO では配向性に違いがあることを明らかにした。そこで本研究では、NNO と LNO に加えて、混合組成である Nd2-xLaxNiO4 (NLNO)を作製し、その結晶磁気異方性について調査を行った。

  • Effect of the amount of CNT additive on the thermal shock resistance, mechanical and thermal properties of B4C/CNT composites

    牧涼介, Muhammad Fajar, Maletaskic Jelena, Gubarevich Anna, 吉田克己, 矢野豊彦, 鈴木 達, 打越 哲郎

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    高速炉では、優れた熱安定性及び中性子吸収断面積を有する炭化ホウ素(B4C)が制御材として用いられている。しかしながら、中性子吸収反応に伴うヘリウムの生成や、不均一な温度分布により生じる熱応力による B4C ペレットの割れなどが問題となっており、B4C ペレットの熱的・機械的特性の向上が高速炉の安全性確保において重要な課題となっている。我々はこれまでに、カーボンナノチューブ(CNT)を添加することで熱的・機械的特性に優れた B4C 基セラミックスの作製に成功している。本研究では、CNT 添加量の異なる B4C/CNT 複合セラミックスを作製し、CNT 添加が B4C 基セラミックスの微構造、熱的・機械的特性及び耐熱衝撃性に与える影響について評価した。

  • Fabrication of translucent Aluminum Oxynitride (AlON) by reactive spark plasma sintering

    川口智也, 清野肇, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

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    酸窒化アルミニウムは優れた光学的特性、機械的特性および化学的安定性を有している。透光性AlONの作製方法はAlON粉末を合成してから焼結する二段工程と酸化アルミニウムと窒化アルミニウムを反応焼結する単一工程の2つある。従来、前者の方法を用いた研究が多くされてきたが、AlON粉末を合成してから焼結するため、プロセスやコストの増加などの問題がある。後者の方法には、高温・長時間の焼結が必要という問題がある。また、セラミックスの透明化には気孔のない高密度な焼結体の作製が重要である。これらの問題を解決するためには、低温・短時間で高密度の焼結体を作製することが求められる。本研究では、スリップキャストで作製したAl2O3とAlNの混合成形体を放電プラズマ焼結によって反応焼結させることで、低温・短時間での透光性AlONの作製を試みた。

  • Reoxiding effect of a three step heat-treatment on the electrical conductivity of lanthanum silicate oxyapatite

    山添敦司, 小林 清, 打越 哲郎, 明石 孝也, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 第31回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

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    オキシアパタイト型ランタンシリケート(LSO)は中低温域において高い酸化物イオン伝導性を示す新規固体電解質である。LSOの酸化物イオン伝導度向上には、c軸配向制御が有効である。本研究では強磁場配向法によるc軸配向化と高温熱処理による粒成長を組み合わせたプロセスを検討した。強磁場配向体を作製後、1973Kによるアルゴン雰囲気での熱処理をすると、試料は還元され黒色化したが、c軸配向性は向上することが明らかとなった。そのため、1273K〜1723Kによる大気中での再酸化プロセスを行ったところ、1273Kで再酸化した試料でイオン伝導度の向上が認められ、1523K、1723Kで再酸化させた試料ではさらに高いイオン伝導度を示した。

  • Fabrication of textured B4C with highly-controlled microstructure via colloidal processing under strong magnetic field

    東 翔太, 打越 哲郎, 吉田克己, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

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    高速炉用B4C制御材の信頼性の更なる向上には、中性子照射時の制御材内部に生じる不均一な熱応力の緩和とB4C結晶内部に発生・蓄積していくHeガスの排気による制御材膨張・破損の抑制が重要である。当グループではこの制御材の熱的/機械的特性の向上とHeガス排気機能の付与の二つの課題を同時解決すべく、配向細孔相およびカーボンナノチューブ(CNT)を含むc軸配向B4C緻密母材層のからなる高次構造制御材の創製を目指している。本発表では、B4C母材粒子,CNT,焼結助剤、造孔材からなる四元系分散スラリーの強磁場中での鋳込み成形から得られる四元系配向成形体,およびその成形体を基とした高次構造制御焼結体の基礎的作製手法の検討結果について報告する。

  • Fabrication of dense ceramics and its total conductivity of yttrium doped lanthanum germanate oxyapatite

    寺井 貴哉, 小林 清, 樋口 透, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 第31回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

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    オキシアパタイト型ランタンゲルマネートは中低温領域で高い酸素イオン伝導性をしめす新規固体電解質である.しかし構造相転移により約750℃以下でイオン伝導度が急激に低下することが問題である.また固相法で作製した粉末によるランタン・ゲルマネートは難焼結性であると報告されている.本研究では構造相転移を抑制するためにランタンの一部をイットリウムに置換したランタン・ゲルマネートについて,固相反応法による合成および高焼結性粉末調整のプロセスを検討した.また製造したセラミックスの密度,全電気伝導度と粉体化プロセス条件の関係を検討した.

  • Effect of crystallographic orientation and alumina as sintering additives on densification behavior and mechanical properties of boron carbide by slip casting

    Fajar Muhammad, 吉田克己, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    Crystallographic orientation of boron carbide (B4C) by 5vol% of Al2O3 sintering aid has been performed under rotation in strong magnetic field 12 T using slip casting method, resulting textured B4C ceramics. The green compacts were densified by spark plasma sintering (SPS) under uniaxial 80 MPa at 1700 and 1800oC for 5 min and by hot pressing (HP) under uniaxial 40MPa 1950oC for 1 h. The effect of texturing crystal orientation and Al2O3 addition were investigated in our works. X-ray diffraction (XRD) was performed to evaluate the materials composition and degree of crystal orientation (texturing) by Lotgering factor equation. Scanning electron microscope and energy dispersive X-ray were performed to observe grain size and secondary phase. Mechanical properties had been evaluated.

  • Experimental and Theoretical Evaluation of Microstructural Change Accompanying Densification and Grain Growth

    金 炳男, 鈴木 達, 森田 孝治, 吉田 英弘, 李 継光, 松原秀彰

    日本セラミックス協会秋季大会 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    The densification behavior during the isothermal sintering of 8YSZ was examined in the entire density range. In the intermediate and final sintering stages, the relationship between the grain size and the relative density is obtained experimentally. Then the densification kinetics is predicted as a function of the density and compared with theoretical sintering models. It is found that the densification kinetics in the final stage can be explained more distinctively by the diffusive single-pore model than by the Coble’s corner-pore model.

  • Neutron Irradiation Induced Lattice Parameter Changes of Highly Oriented Aluminum Nitride

    矢野 豊彦, Pornphatdetaudom Thanataon, 吉田克己, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2018.09

     View Summary

    AlN is one of a ceramic material with excellent mechanical, electrical and chemical properties and expected to be used as corrosion barrier and magneto-hydrodynamic (MHD) barrier. According to previous studies, in terms of effect of neutron fluence, the swelling occurred isotropically in a,b-axes, and c-axis at neutron fluence, while dislocation loop along c-axis was significantly developed at high fluence and brought the swelling anisotropically in c-axis much larger than a,b-axes. In order to develop the properties of materials, in this work, the magnetic field was applied. The prepared sample is expected to have highly oriented particles and induced better properties in each axis.

  • Advanced ceramics processing for controlling crystalline orientation by strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru

    CMCEE2018 

    Presentation date: 2018.07

     View Summary

    Crystallographic orientation is one of the tailored microstructure in ceramics to improve their properties and textured microstructure is expected to be effective way to utilize the anisotropic properties. We have reported that the crystalline orientation can be controlled even in diamagnetic ceramics by a high magnetic field. In addition, the other technique can be used simultaneously to control the elaborate microstructure. We reported that bi-axial orientation could be achieved by slip casting of the platelet particles in a strong magnetic field When the electric field was applied simultaneously, laminar composites with alternate crystalline-oriented layers can be produced by electrophoretic deposition in a strong magnetic field.

  • Transparent polycrystalline ceramics with crystalline orientation prepared by colloidal processing a magnetic field and SPS

    SUZUKI, Tohru, KIM, Byung-Nam

    CMCEE2018 

    Presentation date: 2018.07

     View Summary

    Transparent polycrystalline ceramics provides flexibility in size and shape design to apply for a wide field. Optical birefringence at grain boundaries have strong effect on the in-line transmittance in anisotropic ceramics. If the crystal direction is aligned, birefringence can be suppressed because of the reduced refractive index difference. In this process, a strong magnetic field is applied to the particles in a stable suspension. The particles become rotated to an angle that minimizes the system energy and one-dimensional orientation can be achieved. The c-axes of alumina and AlN are aligned by a magnetic field. After slip casting, SPS was used for densification. Transparency can be improved by the alignment of the c-axis in alumina and AlN due to the suppression of birefringence.

  • Tailored Microstructure with Aligned Pores in B4C Prepared by slip casting in rotating magnetic field

    AZUMA, Shota, UCHIKOSHI, Tetsuo, Yoshida Katsumi, SUZUKI, Tohru

    ICCCI2018 

    Presentation date: 2018.07

     View Summary

    Control rods are one of the structural components in nuclear reactor, and are required to have high functionality and reliability to provide the safety of nuclear reactor. Random orientation B4C is normally used as the control rods, but cracks are easily generated during operation of nuclear reaction because of volume swelling due to accommodation of helium gas and inhomogeneous thermal stress distribution during the neutron absorption reaction. Cracks in the control rods suppress reliability and durability. In this study, we attempted to control the crystalline orientation and align the tubal pore for controlling the thermal stress distribution and releasing the helium gas. Controlling of alignment of the tubal pores was achieved as well as the c-axis orientation of B4C matrix.

  • Mechanical Properties Engineering in Boron Carbide by Spark Plasma Sintering

    VASYLKIV, Oleg, DEMIRSKYI, Dmytro, BADICA, Petre, BORODIANS'KA, Hanna, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    THERMEC 

    Presentation date: 2018.07

     View Summary

    Smart grain-boundary (GB) engineering of typically ‘brittle’ boron carbide leads to exceptional toughness. The complex relation between SPS conditions, consolidation mechanisms, features of B4C (B13C2) ceramics and static and dynamic mechanical properties of consolidated ceramics has been analyzed. The possibility of controlling the dynamic toughness as tested by Split Hopkinson Pressure Bar (SHPSB) method by optimization of the reaction-driven spark plasma sintering (RD-SPS) conditions is attempted. A five times improvement of the dynamic toughness of massive B4C ceramics from ~6 MJ / m2 to ~30 MJ / m2 and of the fracture toughness from 2.2-4.0 MPa /m1/2 to 5.0-7.5 MPa / m1/2 was obtained. The composite B4C- (BxOy / BN) with  0.4% wt. of turbostatic hBN showed a maximum hardness

  • Microstructure control of ceramics by using strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru

    THERMEC2018 

    Presentation date: 2018.07

     View Summary

    A magnetic field is shown to be very effective in controlling the crystallographic orientation in bulk ceramics. When a strong magnetic field is applied to the particles in a stable suspension, the particles were rotated to an angle minimizing the system energy by a magnetic torque. In this processing, dispersion of powders in a suspension is necessary to effective work of a magnetic field. Colloidal processing was used for particle dispersion because of developing for consolidating fine particles to avoid heterogeneous agglomerates by electrostatic repulsion due to surface charge. In the case of SiC, the c-axis was aligned parallel to the magnetic field. The thermal conductivity perpendicular to the c-axis was superior to that parallel to the c-axis in textured SiC.

  • Fabrication of Highly Controlled Microstructure in B4C Ceramics by Magnetic Field-Assisted Colloidal Processing

    AZUMA, Shota, UCHIKOSHI, Tetsuo, Yoshida Katsumi, SUZUKI, Tohru

    MAP8 

    Presentation date: 2018.06

     View Summary

    Control rods are one of the structural components in nuclear reactor and are required to have high functionality and reliability to provide the safety of nuclear reactor. Random orientation boron carbide (B4C) is normally used as the control rods, but cracks are easily generated during operation of nuclear reaction because of volume swelling due to accommodation of helium gas and inhomogeneous thermal stress distribution during the neutron absorption reaction. In this study, we attempted to control the crystalline orientation and align the tubal pore for controlling the thermal stress distribution and releasing the helium gas.

  • Fabrication of transparent crystalline oriented alumina by a slip casting in a magnetic field followed by SPS

    SUZUKI, Tohru, Ashikaga Takaharu, KIM, Byung-Nam, Kiyono Hajime

    ISIEM2018 

    Presentation date: 2018.06

     View Summary

    Transparent polycrystalline ceramics provides flexibility in size and shape design and can be expected to apply for a wide field. When materials possess anisotropic crystal structure, optical birefringence at grain boundaries also affects transmission. If the crystal direction is aligned, effect of birefringence at grain boundary can be reduced. The colloidal processing in a strong magnetic field was able to control the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. The c-axis of alumina is aligned by a static magnetic field. After slip casting, SPS was used for densification. Transparency can be improved by the alignment of the c-axis in alumina.

  • Analysis of densification kinetics depending on grain growth for zirconia

    KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, MORITA, Koji, YOSHIDA, Hidehiro, LI, Jiguang, Hideaki Matsubara

    14th International Conference on Modern Materials and Technology 

    Presentation date: 2018.06

     View Summary

    During sintering of powder compacts, several methods have been proposed to determine the activation energy and the grain-size exponent, but no method for the unspecified density function. In this study, an experimental method is proposed to determine the unspecified density function during isothermal sintering of Y2O3-stabilized zirconia. An interesting point is that the relationship between the grain size G and the relative density D is not constant but dependent on the temperature, though a constant relationship has widely been recognized. With increasing temperature, the density-dependence of the grain size decreases in the intermediate stage, whereas it increases in the final stage. The grain-size exponent evaluated is 2.75 and 1-2 in the intermediate and final stage, respectively. The

  • Advanced ceramic processing with external magnetic field

    SUZUKI, Tohru

    CIMTEC2018 

    Presentation date: 2018.06

     View Summary

    Tailored microstructure in ceramics is important for improving their properties. Especially, crystallographic orientation is expected to be effective way to utilize the anisotropic properties. We have reported that the crystalline orientation can be controlled even in diamagnetic ceramics by a high magnetic field. We also reported that bi-axial orientation could be achieved by slip casting of the platelet particles in a strong magnetic field where the c-axis of the platelet particle was aligned by the force of gravity, and the a- and b-axes were aligned by the magnetic field. We demonstrate that laminar composites with alternate crystalline-oriented layers are produced by electrophoretic deposition in a strong magnetic field.

  • Yb添加透光性アルミナ多結晶セラックスの開発

    古瀬裕章, 中沢俊亮, 森田 孝治, 吉田 英弘, 鈴木 達, 金 炳男, 目 義雄, 平賀 啓二郎

    応用物理学会2018年春期講演会 

    Presentation date: 2018.03

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    YAGよりも約4倍高い熱伝導率を示すAl2O3と希土類(Re3+)イオンの組合せは,高出力光デバイス用の蛍光体として非常に興味深い材料であるが,Al3+とRe3+はイオン半径の差が大きく,高濃度添加は実現困難である.我々は低温・短時間焼結プロセスが可能なパルス通電加圧焼結法を用いて上述の課題に取り組み,Yb添加アルミナ多結晶セラミックスの開発を試みた.市販のYb2O3粉体とAl2O3粉体を,Yb添加濃度が0.2 at.%となるように混合処理した後,得られた粉体をパルス通電加圧焼結装置で焼結した.焼結温度を1000−1400℃,加圧力80 MPa, 昇温速度50−300℃で変化させ,透過特性の評価を行った.波長1000nmにおいて,直線透過率50%を超える試料が得られた.

  • 透光性Yb3+:YAG微結晶セラミックスの開発

    根津優樹, 古瀬裕章, 川村みどり, 藤岡加奈, 宮永憲明, 吉田 英弘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 目 義雄, 平賀 啓二郎

    応用物理学会2018年春季講演会 

    Presentation date: 2018.03

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    本研究では,複合酸化物であるYAGに着目し,①液相共沈法によるYb:YAG微粉体の合成,②パルス通電加圧焼結による緻密透明化,③各種評価(透過スペクトル,組織観察,レーザー出力特性)を行ったので報告する.共沈法により粒子径300 nm程度のYb3+:YAG微粉体を合成した後、パルス通電加圧焼結法を用いて焼結した.焼結温度1350℃,昇温速度10℃/minの焼結体において,平均粒径365 nmと透過率73.9%(波長1100 nm)が得られ,微結晶粒組織と透光性を両立することができた.また波長1030nmにおいてレーザー発振することを確認した.

  • Development of textured B4C with highly-controlled microstructure via colloidal processing under strong magnetic field

    東 翔太, 打越 哲郎, 吉田克己, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2018.03

     View Summary

    高速炉用B4C制御材の信頼性の更なる向上には、中性子照射時に発生するHeガスによる制御材膨張での破損の抑制が重要である。B4Cの配向焼結体では熱伝導率異方性と機械特性向上が報告されており[1],貫通型気孔形成によるHeガス排気機能と併せて制御材信頼性向上に寄与することが期待される。当グループでは高次構造制御という観点から制御材の機械特性とHe排気機能を両立すべく、貫通型気孔を有する配向B4C焼結体の創製を目指している。本発表では、B4C母材粒子および造孔材の二元系分散スラリーの強磁場中での鋳込み成形から得られるB4C-造孔材の配向成形体,その成形体を基とした高次構造制御焼結体、それらの基礎的作製手法の検討結果について報告する。

  • Formation of oriented films through self-assembly of calcium carbonate nanorods

    髙﨑美宏, 鈴木 達, 緒明佑哉, 今井宏明

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2018.03

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    CaCO3系バイオミネラルは、カルサイトあるいはアラゴナイトのナノ結晶が結晶方位をそろえて集積することで形成された階層構造によって優れた機能を獲得している。特に、ナノロッドが規則的に配列したラメラ構造は高い機械的特性に大きく寄与している。本研究では、分散媒の蒸発を利用したカルサイトナノロッドの配向集積をおこない、基板上にバイオミネラルに類似したナノロッドの配向集積フィルムの作製を試みた。

  • Evaluation of theoretical sintering models from experiments

    KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, MORITA, Koji, YOSHIDA, Hidehiro, LI, Jiguang, Hideaki Matsubara

    The 6th International Symposium on Advanced Ceramics (ISAC-6) 

    Presentation date: 2018.03

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    The densification behavior of powder compacts can be characterized by determining the activation energy, grain-size exponent and unspecified density function. Several methods have been proposed to determine the activation energy and the grain-size exponent, but no method for the density function. In this study, a method is proposed to determine the unspecified density function during isothermal sintering of Y2O3-stabilized zirconia. An interesting point is that the relationship between the grain size G and the relative density D is not constant but dependent on the temperature, though a constant relationship has widely been recognized. With increasing temperature, the density-dependence of the grain size decreases in the intermediate stage, whereas it increases in the final stage. The grai

  • ANALYSIS OF DENSIFICATION BEHAVIOR DEPENDING ON GRAIN GROWTH FOR ZIRCONIA

    KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, MORITA, Koji, YOSHIDA, Hidehiro, LI, Jiguang, Hideaki Matsubara

    42nd International Conference and Expo on Advanced Ceramics and 

    Presentation date: 2018.01

     View Summary

    The densification behavior of powder compacts can be characterized by determining the activation energy, grain-size exponent and unspecified density function. Several methods have been proposed to determine the activation energy and the grain-size exponent, but no method for the density function. In this study, a method is proposed to determine the unspecified density function during isothermal sintering of Y2O3-stabilized zirconia. An interesting point is that the relationship between the grain size G and the relative density D is not constant but dependent on the temperature, though a constant relationship has widely been recognized. With increasing temperature, the density-dependence of the grain size decreases in the intermediate stage, whereas it increases in the final stage. The grai

  • Transparent polycrystalline ceramics with crystalline orientation controlled by a magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Ashikaga Takaharu, KIM, Byung-Nam, MORITA, Koji, Kiyono Hajime

    ICACC2018 

    Presentation date: 2018.01

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    Transparent polycrystalline ceramics provides flexibility in size and shape design and can be expected to apply for a wide field. When materials possess anisotropic crystal structure, optical birefringence at grain boundaries also affects transmission. If the crystal direction is aligned, effect of birefringence at grain boundary can be reduced. The colloidal processing in a strong magnetic field was able to control the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. The c-axes of alumina and AlN are aligned by a static magnetic field and a rotating magnetic field, respectively. After slip casting, SPS was used for reduction of porosities. Transparency can be improved by the alignment of the c-axis in alumina and AlN.

  • Mechanical properties of alumina with crystalline orientation controlled by a magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, KIM, Byung-Nam, MORITA, Koji, SAKKA, Yoshio

    ICACC2018 

    Presentation date: 2018.01

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    Crystallographic orientation in materials is important to improve their mechanical and functional properties. The particles with asymmetric crystal structure were rotated to an angle minimizing the system energy by a magnetic torque. After consolidation of alumina slurry in a magnetic field, the compact bodies are sintered by electric furnace or SPS without a magnetic field. The c-axis of alumina was aligned uniaxially parallel to the magnetic field. The bending strength of textured alumina was higher than that of random alumina at room temperature and high temperature. High temperature deformation of alumina depends on the orientation direction and enhanced to the direction at 45-degree angle to the crystallographic orientation.

  • 層状ペロブスカイト型混合伝導体の配向制御と異方特性評価

    矢野広将, 打越 哲郎, 小林 清, 明石孝也, 鈴木 達

    第56回セラミックス基礎討論会 

    Presentation date: 2018.01

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    層状ペロブスカイト型構造を有するSLFC(Sr3-xLaxFe2-yCoyO7-δ)は、酸化物イオンと電子の混合伝導性を持ち、結晶構造が安定であること、低温域での電気伝導性に優れることなどの特徴を有する。そのため、この材料はSOFCのカソード材料としての利用に期待ができる。また、SLFCは結晶構造に異方性があり、酸素イオンや電子の透過経路にも異方性があると考えられる。そのため、結晶配向をコントロールすることで伝導度の向上が期待でき、さらなる優れた電極材料としての利用が期待できる。本研究ではSOFCカソード材料の基礎研究として、磁場中コロイドプロセスを用いて配向体の作製を行い、SLFCの伝導度に与える配向の影響を調査した。

  • Fabrication of textured B4C with highly-controlled microstructure via colloidal processing under strong magnetic field

    東 翔太, 打越 哲郎, 吉田克己, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 基礎科学討論会 

    Presentation date: 2018.01

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    高速炉用B4C制御材の長寿命化を果たすには、中性子照射によって制御材内部に生じる熱応力の不均一性の緩和および同時に生成するヘリウムガスによる制御材膨張の抑制が不可欠である。本研究ではそれらの課題を解決するにあたり、貫通型気孔を有する高次構造制御B4Cセラミックス制御材の創製を目指している。我々は、B4Cマトリックス粒子および気孔形成材の混合分散スラリーを強磁場中でスリップキャスティングすることによって、B4C結晶及び気孔形成材を配向させる試みに取り組んでおり、本発表はその高次構造B4C制御材を得るための強磁場配向プロセスにおける固化成形条件の検討結果について報告する。

  • 強磁場配向法と熱処理最適化によるc軸配向オキシアパタイト型ランタン・シリケートの高イオン伝導体化

    山添 敦司, 小林 清, 打越 哲郎, 明石 孝也, 鈴木 達

    56回セラミックス基礎討論会 

    Presentation date: 2018.01

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    オキシアパタイト型ランタンシリケート(LSO)は新規固体電解質として注目されている。LSOの酸化物イオン伝導度向上には、c軸配向制御や高温焼成が有効と報告されている。本研究では強磁場配向法によるc軸配向化と高温アニールを組み合わせたプロセスを検討し、LSOセラミックスの酸化物イオン伝導性の向上について検討した。強磁場配向体を作製後、1973 Kによるアルゴン雰囲気でのアニールと1273 Kによる大気中での再酸化プロセスによりc軸配向性が向上した。またc軸平行方向における酸化物イオン伝導度はc軸配向度の向上により増加することも明らかになった。

  • Characterization of orientation controlled transparent alumina

    足利昂治, 清野肇, 金 炳男, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 基礎科学討論会 

    Presentation date: 2018.01

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    高強度、高耐摩耗性などの機械的特性の優れた透明性の高いアルミナを得るためには、極めて低い気孔率と小さな粒径が不可欠である。磁気異方性を有する物質を強磁場中に置くと磁気トルクが発生し、磁化容易軸が磁場印加方向と平行になる方向へ結晶が回転する。アルミナはc軸が磁化容易軸となり、磁場中成形を用いることによってc軸配向アルミナを作製可能であることを既に報告している。本研究では、コロイドプロセスを用いて微粒子の分散を制御したスラリーを磁場中スリップキャストすることにより、c軸の向きが揃ったアルミナ成形体を作製した。作製した成形体はSPS法を用いた低速昇温焼結によって緻密化し、アルミナ焼結体の配向性と粒径を制御し、透光性の向上を試みた。また、粒界における散乱係数及び粒界での屈折率差を実験的に算出し、磁場配向の有無で比較することにより透光性向上の原因究明を行った。

  • Development of high functional software for impedance analysis and propose on hierarchical analysis method

    小林 清, 鈴木 達

    第56回セラミックス基礎科学討論会 

    Presentation date: 2018.01

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    我々が開発した高機能電気化学インピーダンス解析ソフトを用いた測定で得られたインピーダンス・スペクトルの新たな解析法として階層解析法を提案する.具体的には単純な部分インピーダンスに分解後,隠れた非定常拡散インピーダンスを探索する手法を紹介する.

  • Propose on hierarchical analysis of impedance spectrum

    小林 清, 鈴木 達

    第26回SOFC研究会 

    Presentation date: 2017.12

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    概要:測定で得られたインピーダンス・スペクトルの新たな解析法として階層解析法を提案する.具体的には単純な部分インピーダンスに分解後,隠れた非定常拡散インピーダンスを探索する手法を紹介する.

  • Densification Kinetics Depending on Grain Growth for Zirconia

    KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, MORITA, Koji, YOSHIDA, Hidehiro, LI, Jiguang, Hideaki Matsubara

    The 34th International Japan-Korea Seminar on Ceramics 

    Presentation date: 2017.11

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    The densification behavior during the isothermal sintering of 8YSZ was examined by using a dilatometer under various environments. Typically, the densification kinetics at constant temperature can be represented as dD=Af(D)G-n, where dD is the densification rate, G is the grain size, n is the grain-size exponent and f(D) is the function dependent mainly on the relative density D. During the isothermal sintering, the relationship between D and G were examined (G「蹈2.4 at 1250 ˚C in air), and the value of n was evaluated to be 1.8 using a theoretical form of f(D)=1-D. Then the theoretical densification kinetics can be represented as a function of D only, dD=A(1-D)D-4.3. In a wide range of 0.62<D<0.95, the densification behavior can be described well with the theoretical kinetics.

  • Investigation of various properties in lead-free (Bi0.5Na0.5)TiO3-Hexagonal BaTiO3 ceramics fabricated by electrophoretic deposition (EPD) method.

    KIM Minsu, ITO Ryo, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, WADA Satoshi

    ICAE2017 

    Presentation date: 2017.11

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    (Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3 (BNT-BT) systems are well known candidate of lead-free piezoelectric materials because of their high Curie temperature and easy to apply mass production. However, it is reported that BNT-BT systems have relatively poor piezoelectric properties and low depolarization temperature. To enhance the piezoelectric properties, we have tried to apply domain engineering mechanism in BNT-BT ceramics. To achieve our goal, we selected electrophoretic deposition (EPD) method because it is reported that [111]-textured BT ceramics can be fabricated using hexagonal BT particles and high magnetic field. We hope that [111] textured BNT-BT ceramics can be fabricated with EPD method with optimum preparation condition and high magnetic field which shows enhanced piezoelectric properties.

  • Fabrication of (111)-oriented BaTiO3 Ceramics by Electropheretic Deposition of Hexagonal and Tetragonal BaTiO3 powders in a High Magnetic Field.

    Nukumizu Kazuki, Ueno Shintaro, Fujii Ichiro, WADA Satoshi, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    ICAE2017 

    Presentation date: 2017.11

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    It is known that the piezoelectric property of BaTiO3 (BT) can be improved by grain-size control or by texture engineering. We previously fabricated (111)-oriented tetragonal BT ceramics consisting of fine grains by electrophoretic deposition (EPD) in a high magnetic field using a hexagonal BT powder [1]. In this study, the degree of the (111) orientation was controlled by changing ratio of hexagonal to tetragonal BT powders, and the effect of the ratio on the dielectric and piezoelectric properties was investigated.

  • Analysis of Densification and Grain Growth Behavior during Isothermal Sintering of 8YSZ

    金 炳男, 鈴木 達, 森田 孝治, 吉田 英弘, 李 継光, 松原 秀彰

    粉体粉末冶金協会 平成29年度秋季大会 

    Presentation date: 2017.11

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    粉体の焼結は緻密化と粒成長を伴う現象であり、焼結挙動を理解・解析するためには、緻密化と粒成長を同時に調べ、緻密化に影響を及ぼす諸因子を厳密に評価する必要がある。一般的に実験的な研究では、緻密化速度に対する活性化エネルギーと粒径指数が評価されるが、焼結応力と体積粘性率に依存する密度関数の評価に関しては全く行われていないのが現状である。本講演では、無加圧焼結時の緻密化挙動に対する従来解析手法の問題点を指摘し、緻密化速度に及ぼす諸因子を厳密に評価する手法を提案する。本手法により、ジルコニア(8YSZ)の中間および最終焼結段階における緻密化速度が精度よく再現・予測できることを示す。

  • Evaluation of theoretical sintering models from experiments

    KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, MORITA, Koji, YOSHIDA, Hidehiro, LI, Jiguang, Hideaki Matsubara

    JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy 

    Presentation date: 2017.11

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    The densification behavior during the isothermal sintering of 8YSZ was examined by using a dilatometer under various environments. Typically, the densification kinetics at constant temperature can be represented as dD=Af(D)G-n, where dD is the densification rate, G is the grain size, n is the grain-size exponent and f(D) is the function dependent mainly on the relative density D. During the isothermal sintering, the relationship between D and G were examined (G「蹈2.4 at 1250 ˚C in air), and the value of n was evaluated to be 1.8 using a theoretical form of f(D)=1-D. Then the theoretical densification kinetics can be represented as a function of D only, dD=A(1-D)D-4.3. In a wide range of 0.62<D<0.95, the densification behavior can be described well with the theoretical kinetics.

  • Fabrication of highly structure-controlled ceramics by advanced powder processing

    SAKKA, Yoshio, ESTILI, Mehdi, SUZUKI, Tohru

    CICC-10 

    Presentation date: 2017.11

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    As the developments of the fine powder processing the following advanced ceramics have been demonstrated. (i) Conductive CNT dispersed alumina with excellent mechanical properties by hetero-coagulation of CNT and alumina powders followed by pulsed electric current activated sintering, (ii) Textured ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field, (iii) Shell-like structure (nacre) of MAX phase ceramics with excellent mechanical properties by colloidal processing under strong magnetic field.

  • Electrical Properties of <111>-oriented BaTiO3 Ceramics Using Hexagonal-Tetragonal Biphase BaTiO3 Particles

    抜水 一輝, 上野 慎太郎, 藤井 一郎, 和田智志, 鈴木 達, 打越 哲郎

    エレクトロセラミックス研究討論会 

    Presentation date: 2017.10

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    チタン酸バリウム(BT)セラミックスの圧電特性を向上させるため、我々は強磁場電気泳動(HM-EPD)法により、微細な、グレインからなる<111>配向BTセラミックスの作製を試みてきた。六方晶BTを原料としてHM-EPD法にて作製した<111>配向BTセラミックスは100%近い配向度を示すのにもかかわらず、圧電特性の改善は確認できなかった。これはプロセス上BTが六方晶から正方晶に相転移する際、双晶欠陥が生じることが一因だと考えられる。本研究では、原料粒子に六方晶と正方晶相の共存する粒子を採用し、HM-EPD法をもちいてBT配向セラミックスを作製することで相転移の際に生じる双晶欠陥の低減を試みた。

  • Tailored Microstructure of Ceramics by Using Electric and Magnetic Fields

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    6th International Conference on Electrophoretic Deposition 

    Presentation date: 2017.10

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    The mechanical and functional properties of ceramics can be improved by designing their microstructures, such as grain size, grain geometry, crystallographic orientation, second phase and so on. Layered structure with different crystalline orientation layer by layer has been proposed as an alternative for the design of structural ceramics. Grain sliding during the high temperature deformation depends on the grain boundary structure and misorientation angle between grains. Our concept is that the crystalline axis depending on the thermal expansion coefficients aligns for controlling the residual stress in the monolithic ceramics. We controlled the layered structure in the monolithic ceramics, such as alumina and silicon carbide for control the crack deflection.

  • FABRICATION OF POROUS, CRYSTALLINE-ORIENTED TITANIA LAYER ON

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, MUTO Hiroyuki, MATSUDA Atsunori

    6th International Conference on Electrophoretic Deposition:Funda 

    Presentation date: 2017.10

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    Dye-sensitized solar cells (DSSCs) are the most extensively investigated systems for the conversion of solar energy into electricity. DSSC commercialization is still limited because of its low conversion efficiency and low reliability of the liquid electrolyte. The low conversion efficiency is due to the non-uniformity of the electrode components with respect to the packing density of TiO2 particles and film thickness of the electrode. In this study, crystalline-oriented porous TiO2 thin films were fabricated on indium-tin oxide (ITO) or fluorine-doped tin oxide (FTO) glass substrates by electrophoretic deposition (EPD) in a superconducting magnet.

  • Investigation of Affecting parameters of Electrophoretic deposition (EPD) method in (Bi0.5Na0.5)TiO3-Hexagonal BaTiO3 and their properties

    KIM Minsu, ITO Ryo, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, WADA Satoshi

    6th International Conference on Electrophoretic Deposition 

    Presentation date: 2017.10

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    (Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3 (BNT-BT) systems are well known candidate of lead-free piezoelectric materials. However, BNT-BT systems have relatively low piezoelectric constant. Electrophoretic deposition method (EPD) has good advantage in mass production. Our final goal is making [111] oriented BNT-BT ceramics which have enhanced piezoelectric properties and appreciate for mass production. To achieve our goals, we prepared BNT-BT ceramics and investigated important factor of making BNT-BT ceramics using EPD method. In this work BNT-BT ceramics were fabricated with various conditions. We could find optimum preparation condition with avoiding Na+ dissolution. Finally, we characterized piezoelectric and dielectric properties of samples.

  • Characterization of orientation controlled transparent alumina

    足利 昂治, 金 炳男, 清野肇, 鈴木 達

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2017.09

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    アルミナは、優れた機械的特性や化学的安定性を有している。CobleによってMgOを添加して高温で焼結する透光性アルミナが報告されて以来、様々な研究が報告されている。本研究では、コロイドプロセスを用いて微粒子の分散・凝集を制御したスラリーを磁場中スリップキャストにより成形し、低速昇温SPS法を用いた緻密化を行うことで透光性に優れた配向アルミナを作製した。配向性および粒径と透光性の関係を検討し、機械特性を評価した。

  • Dependence of the standard uncertainty for fitted parameters on the nonlinear least square algorithm

    小林 清, 鈴木 達

    第30回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2017.09

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    インピーダンス・スペクトルの最小自乗に用いられている複素非線形最小自乗法は,複素関数をプログラム内部で仮想的に実数関数化し,パラメータの最適値を求める手法である.一方で複素関数の実数関数化には複数の記述法が存在する.本研究では,この記述法による解析結果の違いについて検討した.その結果,パラメータの標準不確かさが記述法によって大きく変化することが明らかとなっ た.当日はその原因についても議論する.

  • 粒成長に依存するジルコニアの緻密化挙動解析

    金 炳男, 鈴木 達, 森田 孝治, 吉田 英弘, 李 継光, 松原 秀彰

    日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2017.09

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    粉体の焼結は緻密化と粒成長を伴う現象であり、焼結挙動を理解・解析するためには、緻密化と粒成長を同時に調べ、緻密化に影響を及ぼす諸因子を厳密に評価する必要がある。一般的に実験的な研究では、緻密化速度に対する活性化エネルギーと粒径指数が評価されるが、焼結応力と体積粘性率に依存する密度関数の評価に関しては全く行われていないのが現状である。本講演では、無加圧焼結時の緻密化挙動に対する従来解析手法の問題点を指摘し、緻密化速度に及ぼす諸因子を厳密に評価する手法を提案する。本手法により、ジルコニア(8YSZ)の中間および最終焼結段階における緻密化速度が精度よく再現・予測できることを示す。

  • Transparent Yb3+:YAG laser ceramics fabricated by pulse electric current sintering

    根津優樹, 古瀬裕章, 川村みどり, 藤岡加奈, 宮永憲明, 吉田 英弘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 目 義雄, 平賀 啓二郎

    日本セラミックス協会秋季大会 

    Presentation date: 2017.09

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    近年,高出力レーザー用透光性セラミックスの開発が盛んに進められており,医療応用や新エネルギー開発等への展開が期待されている.高出力レーザー材料として利用するためには熱問題とダメージ問題の解決が必須であり、機械的強度の向上等が重要な課題である.我々はパルス通電加圧焼結法に注目し,透光性レーザーセラミックスの開発に取組み、透光性Yb3+:Y2O3セラミックスでレーザー発振の実証について報告を行った.本研究では,液相共沈法によりYb:YAG粉体を合成し,そのパルス通電加圧焼結を行った.その結果,微結晶粒組織を維持しつつ,直線透過率70%以上を得ることができた.さらに波長1030 nmにおいてレーザー発振することを確認した. 講演では焼結条件やアニール条件,粒径評価,レーザー発振実験の詳細について述べる予定である.

  • Fabrication and mechanical properties of textured Ti3SiC2 with addition of Al2O3 and SiC

    打田 雄一, 森田 孝治, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2017.09

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    Ti3SiC2 is a typical Mn+1AXn (MAX) phase ceramics and shows unique metallic-like and ceramic-like properties. To improve these properties, texturing, Al2O3 and SiC addition have been conducted. Textured Ti3SiC2 was prepared by slip cast in a strong magnetic field followed by spark plasma sintering (SPS) at 1350℃ under 40MPa for 5min. The Lotgering orientation factor of textured Ti3SiC2 was 0.96, and relative density of samples was above 99%. The bending strength and fracture toughness of Ti3SiC2 were improved by texturing. Textured Ti3SiC2 showed excellent value of bending strength of 977.6MPa, but Al2O3 and SiC addition caused deterioration of bending strength and fracture toughness.

  • Dependencies of the crystal orientation and oxide ion conductivity on heating condition of lanthanum silicate oxyapatite

    山添 敦司, 小林 清, 打越 哲郎, 明石 孝也, 鈴木 達

    第30回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2017.09

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    オキシアパタイト型ランタンシリケート(LSO)は中低温域においても高い酸素酸化物イオン伝導を示すため新規固体電解質として注目されている.LSOの酸化物イオン伝導度向上には,c軸配向制御または高温焼成が有効と報告されている.本研究では強磁場配向法によるc軸配向化と高温アニールを組み合わせたプロセスを検討し,LSOセラミックスの高酸化物イオン伝導体化について検討した.強磁場配向焼結体を製造後,1973 Kによる高温還元雰囲気でのアニールと1273 Kによる再酸化プロセスによりc軸配向性が向上した.またc軸平行方向における酸化物イオン伝導度はc軸配向度の向上により増加することも明らかになった.

  • Fabrication of dense/porous multi-layered ceramics by electrophoretic deposition

    東 翔太, 打越 哲郎, 吉田克己, 鈴木 達

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2017.09

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    昨今,異なる構成成分や組織構造が共存する高次制御セラミックスは,様々なデバイスの特性向上に有用であると期待されている。電気泳動堆積(EPD)法は簡易的な装置および操作により複雑な構造を有したセラミックスを容易に作製できる手法として近年注目されている。本発表では,セラミックス主成分,造孔材,もしくはその複合粒子のEPDを交互に行うことによって緻密層と多孔層が多層化した組織制御セラミックスの作製を行った。またEPD法における電場印可条件や堆積させる粒子の分散液調製条件を種々に変化させることによってセラミックス体中の各層の膜厚やその比,総積層数,空隙率などの組織構造の制御を行った。

  • Mechanical Properties of c-axis oriented alumina prrepared by strong magnetic field

    鈴木 達, 森田 孝治, 金 炳男, 目 義雄

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2017.09

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    アルミナは、優れた機械的特性や化学的安定性を有している。強磁場中成形と焼結を用いてc軸配向制御したアルミナの高温強度と高温変形特性に関して検討した。また、アルミナに対して必要な磁場強度の考察も行った。

  • The grain orientation of Pb(Zr,Ti)O3 based ceramics and the dependence of their piezoelectric properties on the orientation direction

    三輪恭也, 川田慎一郎, 木村雅彦, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, Dragan Damjanovic

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2017.09

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    Pb(Zr, Ti)O3 (PZT)およびPb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3 (PNN-PZT)セラミックスはその優れた圧電特性のため、広く実用化されている。しかしデバイスの小型化や新たな用途への展開のため、更に高い電気機械結合係数や圧電d定数が要求されている。この要求に応える手法の一つとして、結晶配向技術がある。一般的なセラミックスでは構成する粒子の向きはランダムであるが、配向技術によって結晶の方位を揃えることによって、特定の方向での圧電特性を大幅に高められる。本研究では配向手法の一つとして、磁場中での鋳込み成形を採用して配向セラミックスの作製を行った。また本研究では得られた配向セラミックスの構造について詳細な解析を行い、結晶配向方位と分布状態のモデル化、および結晶配向状態と圧電特性の関係についての計算モデルの確立を試みた。

  • New impedance analysis software based on spectrum convolution model applying graphic user interface

    小林 清, 鈴木 達

    2017年電気化学秋季大会 

    Presentation date: 2017.09

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    表面コーティングされた金属のインピーダンスは理想的なスペクトル形状を示さないことが多く,解析には仮想素子を用いた等価回路解析を行われる.しかし仮想素子のパラメータは物理的意味が曖昧なため,それ以上の解釈が難しい.本研究ではグラフそのものをユーザーインターフェイスに用いる新しいインピーダンス解析ソフトを開発し,非理想的なインピーダンススペクトルに対しても実素子のみを用いた回路解析を可能にした.

  • Implementation of automatic estimation for equivalent circuit model based on simple artificial intellegence

    小林 清, 鈴木 達

    2017年電気化学秋季大会 

    Presentation date: 2017.09

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    非線形最小自乗モジュールを用いて,測定されたインピーダンススペクトルデータから等価回路を自動で推定する簡易人工知能機能を開発し解析ソフトに実装した.解析者の目による形状認識に頼る従来の等価回路推測を超えた解析が可能になる実証実例を紹介する.

  • FABRICATION AND SOME PROPERTIES OF MAX PHASE CRAMICS

    SAKKA, Yoshio, UCHIDA, Yuichi, MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, Guo-Jun Zhang

    5th International Symposium on SiAlONs and Non-oxides 

    Presentation date: 2017.08

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    Textured MAX phase ceramics have been prepared by slip casting in a strong magnetic field followed by sintering. Textured Nb4AlC3 with plate-like grains are stacked regularly with a clear coherent structure at the grain boundaries without any amorphous phases1. It shows a high flexural strength (about 1200 MPa) and the augmented fracture toughness (about 18 MPa•m1/2). Additionally, this material has excellent machinability and can be machined by a high-speed steel cutter. Excellent mechanical properties also have been shown for the textured Ti3SiC2, Ti2AlN. In comparison with those of the untextured MAX phase ceramic, the bending strength and fracture toughness have been increased. On the other hand, owing to the existence of oxide particles distributing in the grains and at the grai

  • Tailoring the microstructure in SiC by magnetic field

    SUZUKI, Tohru, KOBAYASHI, Kiyoshi, NISHIMURA, Toshiyuki, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ISNT2017&ISSNOX5 

    Presentation date: 2017.08

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    The physical and mechanical properties of ceramics can be tailored by controlling their microstructure. The c-axis of alpha-SiC was controlled by a strong magnetic field and the c-axis was aligned parallel to the magnetic field. Aqueous suspensions were prepared and then consolidated in a strong magnetic field by slip casting. The green SiC compacts were densified by spark plasma sintering. The 3-point bending strengths of the samples sintered by hot pressing were 907 and 799 MPa for the crack-growth directions parallel and perpendicular to the c-axis in the oriented SiC, respectively. The thermal conductivity and the electrical conductivity perpendicular to the c-axis was higher than that parallel to the c-axis in the textured SiC.

  • Microstructure control of diamagnetic ceramics by a magnetic field

    SUZUKI, Tohru, KOBAYASHI, Kiyoshi, Suzuki Yoshikazu, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    IUMRS-ICAM 2017 

    Presentation date: 2017.08

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    Tailored microstructure in ceramics is important for improving their properties. Crystallographic orientation is expected to be effective way to utilize the anisotropic properties and to understand their properties as well, such as electric conductivity. In the case of Al2O3, SiC and LiCoO2, the c-axis of hexagonal crystal structure was aligned parallel to the magnetic field. The thermal conductivity perpendicular to the c-axis was superior to that parallel to the c-axis in the textured SiC. If the orientation axis of platelet particles aligned due to a geometrical effect is different from the axis aligned by using a magnetic field, the multi-dimensional orientation can be controlled by simultaneous use of both the effects, and control of the elaborate microstructure will be expected.

  • Orientation control and anisotropy evaluation of layered perovskite-type mixed conductor

    Hiromasa Yano, UCHIKOSHI, Tetsuo, KOBAYASHI, Kiyoshi, Takaya Akashi, SUZUKI, Tohru

    STAC-10 

    Presentation date: 2017.08

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    Layered perovskite-type mixed conductor (Sr3-xLaxFe2-yCoyO7-d) was synthesized by solid state reaction. Further, crystalline oriented ceramics was fabricated by slip casting under strong magnetic field. Anisotropic conductivity by the crystal orientation was investigated using the ceramics.

  • Heat treatment dependence on the degree of crystalline orientation and oxide-ion conductivity of lanthanum silicate oxypatite

    Atsushi Yamazoe, KOBAYASHI, Kiyoshi, UCHIKOSHI, Tetsuo, Takaya Akashi, SUZUKI, Tohru

    STAC-10 

    Presentation date: 2017.08

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    Dependencies of the degree of crystalline orientation on the Heat treatment condition were investigated for lanthanum silicate oxyapatite ceramics fabricated by slip casting under strong magnetic field. Post annealing at 1973 K was found to be effective to improve the degree of crystalline orientation.

  • 強磁場を用いた配向セラミックスの作製とその耐照射性

    鈴木 達

    東工大先導原子力研究所 研究交流・発表会 

    Presentation date: 2017.06

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    セラミックスは熱的安定性、耐食性などに優れ、原子炉・核融合炉用として有力な材料のひとつである。実際に原子炉等に使用するには、耐照射性等の原子力材料に特有の高速中性子照射、高温、腐食性環境などの過酷環境に耐えうる必要があり、この特性を向上させるためには精緻な組織制御が重要となる。物質の諸特性は結晶面や軸方位により異なる場合が多く、多結晶体における個々の結晶方位を揃えたりするなどの配向制御は、近年特に注目されている組織制御手法の一つであり、耐照射性向上の組織制御法としても期待できる。そこで、結晶配向制御した焼結性セラミックスを作製し、結晶方位が耐照射特性に及ぼす影響について検討する。c軸配向AlNでは強度が高く、また耐照射性に関しては、照射フラックスが低い条件では従来と同様である。また、B4C制御材への応用に関しても研究を推進中である。

  • ジルコニア(8YSZ)の等温焼結中に起きる緻密化および粒成長挙動

    金 炳男, 鈴木 達, 森田 孝治, 吉田 英弘, 李 継光, 松原秀彰

    粉体粉末冶金協会春季大会 

    Presentation date: 2017.05

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    粉体の焼結は緻密化と粒成長を伴う現象であり、焼結挙動を理解・解析するためには、緻密化と粒成長を同時に調べ、緻密化に影響を及ぼす諸因子を厳密に評価する必要がある。一般的に実験的な研究では、緻密化速度に対する活性化エネルギーと粒径指数が評価されるが、焼結応力と体積粘性率に依存する密度関数の評価に関しては全く行われていないのが現状である。本講演では、無加圧焼結時の緻密化挙動に対する従来解析手法の問題点を指摘し、緻密化速度に及ぼす諸因子を厳密に評価する手法を提案する。本手法により、ジルコニア(8YSZ)の中間および最終焼結段階における緻密化速度が精度よく再現・予測できることを示す。

  • Fabrication and oxidation behavior of textured Ti3SiC2 MAX phase systems

    打田 雄一, 森田 孝治, 鈴木 達, 目 義雄

    粉体粉末冶金 平成29年春季大会 

    Presentation date: 2017.05

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    Ti3SiC2はMAX相セラミックスの1つであり, 結晶内に金属結合と共有結合を持つため, 金属としての特性(電気伝導性, 熱伝導性など)とセラミックスとしての特性(高強度, 耐食性など)を併せ持っているユニークな材料として, 多方面への応用が期待されている。 一方で近年, NIMSでは強磁場スリップキャストを用いて配向体を作製し, 様々なセラミックスの特性の向上に成功している。本研究ではTi3SiC2配向体を作製し, 大気中で熱処理させ、酸化したサンプルの各面を評価することにより、Ti3SiC2の酸化挙動について方位依存性を明らかにすることを目的とした。酸化層についてSEM, XRDを利用して分析し、酸化層の厚さより、活性化エネルギーまで算出した。

  • Fabrication of Highly Textured Hydroxyapatite Ceramics by Colloidal Processing in a High Magnetic Field and Sintering

    SAKKA, Yoshio, Kazuya Takahashi, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    PACRIM2017 

    Presentation date: 2017.05

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    We have demonstrated a new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by slip casting in a high magnetic field and subsequent heating. In this study, three kinds of hydroxyapatite powders were used for the fabrication of a textured HAP. The effect of the processing parameters on the orientation were examined. Using the de-agglomerated particle by a milling procedure, it can be possible to control the particle orientation, but when using heavily agglomerated particles, it was impossible to control the particle orientation by applying a high magnetic field. Highly-textured HAP can be fabricated by slip casting using a well-dispersed suspension in a high magnetic field (above 4 T) followed by sintering above 1373 K.

  • Mechanical properties of textured alumina prepared by colloidal processing in a magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, KIM, Byung-Nam, MORITA, Koji

    12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology 

    Presentation date: 2017.05

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    Crystallographic orientation is one of the effective microstructure control in ceramics as well as metals. When a strong magnetic field is applied to alumina particles in a stable suspension, the particles were rotated to an angle minimizing the system energy by a magnetic torque. After consolidation of alumina slurry in a magnetic field, the compact bodies are sintered by electric furnace or SPS without a magnetic field. The c-axis of alumina was aligned parallel to the magnetic field. The bending strength of textured alumina was higher than that of random alumina at room temperature and high temperature. High temperature deformation of alumina depends on the orientation direction and enhanced to the direction at 45-degree angle to the crystallographic orientation.

  • Fabrication of textured B4C ceramics by slip casting in a strong magnetic field and their mechanical and thermal properties

    YOSHIDA Katsumi, FAJAR Muhammad, YANO Toyohiko, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru

    12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology 

    Presentation date: 2017.05

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    Boron carbide (B4C) has been used as a neutron absorber material in fast reactor systems due to its high neutron absorption ability, thermal stability and low radioactivity after irradiation. During operation of fast reactors, B4C pellets were fractured into pieces due to thermal stress and swelling, and absorber-cladding mechanical interaction (ACMI) was caused. The authors have been attempting to develop high performance B4C ceramics with excellent mechanical and thermal properties as a neutron absorber material in fast reactor systems to reduce the thermal stress and improve the thermal shock resistance. In this study, textured B4C ceramics were fabricated by slip casting in a strong magnetic field (12 T), and their mechanical and thermal properties were evaluated.

  • Appropriate suspension for the preparation of (Bi0.5Na0.5)TiO3-hexagonal BaTiO3 ceramics by electrophoretic deposition (EPD) method

    KIM Minsu, ITO Ryo, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, WADA Satoshi

    12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology 

    Presentation date: 2017.05

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    Lead-free piezoelectric materials have been attracting attention as eco-friendly materials, but their properties are still quite poor. To enhance piezoelectric properties, we have studied lead-free ceramics prepared by electrophoretic deposition (EPD) method. In this work, we tried to find optimum preparation condition of (Bi0.5Na0.5)TiO3–BaTiO3 (BNT-BT) ceramics using EPD method. The preparation condition for EPD was optimized and the electrical properties of the ceramics prepared accordingly was investigated and compared with the ceramics prepared by conventional solid state reaction method. The obtained results are almost similar for both of the cases. However, we could expect superior electrical properties under certain modification in this process, which we will focus now onwar

  • Development of the automatic estimation algorithm for equivalent circuit model based on supervised least square regression

    小林 清, 鈴木 達

    (公)日本セラミックス協会 2017年年会 

    Presentation date: 2017.03

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    新規に開発したインピーダンス解析用の等価回路を自動で推定するアルゴリズムについて発表する.

  • パルス通電加圧焼結による透光性Yb:Y2O3レーザーの開発

    古瀬裕章, 中沢俊亮, 吉田 英弘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 目 義雄, 平賀 啓二郎

    日本セラミックス協会 2017年年会 

    Presentation date: 2017.03

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    近年,パルス通電加圧焼結法を用いた透光性多結晶セラミックスの合成に関する研究が盛んに行われている.我々はパルス通電加圧焼結法による高品質レーザー材料の合成を試みている.第一ステップとして産業用高出力レーザーの活性元素であるYb系材料のレーザー実証を目的とし,透光性Yb:Y2O3の透明化に取り組んできた.以降,焼結条件や添加濃度が光学品質に与える影響について調査を行い,透過率の向上およびレーザー発振を初めて観測した.焼結の途中から加圧を始めると損失が少なく,高い光学品質が得られた.これは収縮がある程度進んでから加圧力を増大させることで,ネック形成と閉気孔が抑制でき,散乱源の減少につながったと考えられる.添加濃度10 at.%のYb:Y2O3(厚み0.80 mm)において,レーザー発振波長(1075 nm)における直線透過率75%が得られた.次に,焼結体のレーザー発振試験を行った結果、レーザー発振スペクトルを観測した.

  • パルス通電加圧焼結による共沈法YAG粉体の緻密化および透明化

    ヤン ヤウウェ, 根津優樹, 古瀬裕章, 川村みどり, 平賀啓二郎, 藤岡加奈, 宮永憲明, 吉田 英弘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 目 義雄

    日本セラミックス協会 2017年年会 

    Presentation date: 2017.03

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    近年,透光性多結晶体を用いたレーザー開発が盛んに行われており,幅広い応用分野への展開が期待されている.特に透光性Y3Al5O12(YAG)多結晶体は単結晶体と同等の光学・熱的性質を有しており,かつ大口径化が可能であることから医療分野や高強度物理分野等の次世代大出力レーザー用の母材として光源開発が進められている.本研究ではこれを避けるために,独自に液相共沈法で合成した平均粒径数百mのYAG微粉体を用いて焼結を試みた.液相共沈法は球状で単分散な微粉体の合成が容易であり,YAG微粉体の各種条件が焼結後の光学特性に与える影響について調査を行った.Nd:YAGのレーザーの発振波長である1064 nmにおいて直線透過率77%を得た.また>1150 nmでは直線透過率80%を超えた.

  • 放電プラズマ焼結法を用いた透光性YAG セラミックスの開発

    厳佳月, 根津優樹, 古瀬裕章, 藤岡加奈, 宮永憲明, 川村みどり, 吉田 英弘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 目 義雄, 平賀 啓二郎

    第64回応用物理学会春季学術講演会 

    Presentation date: 2017.03

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    透光性多結晶体を用いたレーザー開発が盛んに行われており,特に透光性Y3Al5O12(YAG)多結晶体は単結晶体と同等の光学・熱的性質を有しており,かつ大口径化が可能であることから医療分野や高強度物理分野等の次世代大出力レーザー用の母材として光源開発が進められている.本研究では,従来の無加圧真空焼結やHIPに変わる新しい焼結方法としてパルス通電加圧焼結法に着目し,透光性多結晶YAGの開発に取り組んでいる.本研究では、独自に液相共沈法で合成した平均粒径数百mのYAG微粉体を用いて、焼結条件は,昇温速度5℃/min,焼結温度1280℃,保持時間10 min,加圧力80 MPa焼結を試みた.その結果、Nd:YAGのレーザーの発振波長である1064 nmにおいて直線透過率77%、また> 1150 nmでは直線透過率80%を実現した.発表では合成手法や焼結対の特性詳細について報告をする予定である.

  • Fabrication of Textured Iron Oxides by Magnetic Field-Assisted Colloidal Processing

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    ISEPD2017 

    Presentation date: 2017.02

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    Textured polycrystalline iron oxides, hematite and magnetite, were synthesized by the magnetic orientation of paramagnetic goethite particles followed by topotactic phase transformation. Commercially-available goethite particles were dispersed in water with a dispersing agent to prepare deflocculated suspension. The a,b axes-oriented goethite green cake was fabricated from the goethite suspension by slip casting technique in a 2 T static magnetic field. Highly c-axis oriented hematite was obtained by sintering the textured goethite cake at 1473 K in air. The c-axis oriented hematite was transformed to <111> oriented magnetite by reducing the textured hematite at 1473 K in Ar. The textured hematite and magnetite showed strong magnetic anisotropy.

  • 放電プラズマ焼結法を用いた透光性Yb:Y2O3セラミックレーザーの開発

    古瀬裕章, 中沢俊亮, 吉田 英弘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 目 義雄, 平賀 啓二郎

    第64回応用物理学会春季学術講演会 

    Presentation date: 2017.02

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    パルス通電加圧焼結法は従来の無加圧真空焼結やHIPと比較して低温かつ短時間での焼成が可能である.これにより粒成長が抑えられ,平均粒径sub-mの微結晶粒バルク化と機械特性の向上を実現できる点が大きな特長の一つであり,次世代の大出力レーザー材料の焼結技術としての可能性を有している.我々はパルス通電加圧焼結法による高品質レーザー材料の合成を試みている.その第一ステップとして産業用高出力レーザーの活性元素であるYb系材料のレーザー実証を目的とし,透光性Yb:Y2O3の透明化に取り組んできた結果について報告する.温度1250 ℃,昇温速度5 ℃/min,保持時間60 min、最大加圧力は80 MPa、真空中でパルス通電加圧焼結を行い、添加濃度10 at.%のYb:Y2O3において,レーザー発振波長(1075 nm)における直線透過率75%の透明焼結体を作製し、レーザー発振スペクトルを観測した.発表では材料合成,発振実験の詳細について報告する.

  • Anisotropic properties of c-axis oriented sic prepared by using strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, KOBAYASHI, Kiyoshi, UCHIKOSHI, Tetsuo, NISHIMURA, Toshiyuki, SAKKA, Yoshio

    ICACC2017 

    Presentation date: 2017.01

     View Summary

    The physical and mechanical properties of ceramics can be tailored by controlling their microstructure. We already reported that the crystalline orientation in alpha-SiC could be controlled by a strong magnetic field and the c-axis was aligned parallel to the magnetic field. The preparation of the dense and textured SiC polycrystal was achieved. The 3-point bending strengths of the samples were 907 and 799 MPa for the crack-growth directions parallel and perpendicular to the c-axis in the c-axis oriented SiC, respectively. The thermal conductivity and the electrical conductivity perpendicular to the c-axis was higher than that parallel to the c-axis in the textured SiC. elect

  • Improvement of transparency in textured Alumina by slip casting in a magnetic field and SPS

    Takaharu Ashikaga, Kiyono Hajime, SUZUKI, Tohru

    ICACC2017 

    Presentation date: 2017.01

     View Summary

    Alumina has excellent optical properties and mechanical properties. In this research, we tried to improve the transparency in alumina by control of the microstructure with the crystalline orientation and densification using a slip casting in a magnetic field and SPS. The preparation of the dense and textured alumina polycrystal was achieved. The in-line transmission of alumina prepared from powder and green compacts without a magnetic field were 17.7% and 38.4%, respectively at a wavelength of 640nm. As a result, the transmittance was improved by colloidal processing. Furthermore, the in-line transmission of the c-axis oriented alumina was 48.5%. Improvement of the transparency of alumina with fine microstructure could be achieved by the c-axis orientation.

  • Enhanced Photoluminescent Property of Crystalline-Oriented β-SiAlON:Eu2+ Phosphor Layer Prepared by Magnetic Field-Assisted Electrophoretic Deposition

    UCHIKOSHI, Tetsuo, ZHANG, Chenning, LIU, Lihong, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, HIROSAKI, Naoto

    ICACC 

    Presentation date: 2017.01

     View Summary

    β-sialon:Eu2+, one of the important members in the oxy-nitride phosphor family, has been known as a promising green phosphor with very narrow emission band (centered at ~535 nm) and high color purity. Besides, this green phosphor has high thermal and chemical stabilities, due to its stiff framework crystal structure of the host lattice. In this study, electrophoretic deposition (EPD) technique assisted with a 12 T strong magnetic field was utilized to fabricate crystalline-orientedβ-sialon:Eu2+ phosphor deposits on ITO glass substrates. Photoluminescence intensity of the oriented deposits was improved by comparing with that of the randomly oriented samples. This technique, EPD process performed in a strong magnetic field, would be a promising method for the packaging of flat LEDs.

  • Improvement of thermal conductivity and transmittance in AlN by microstructure control

    SUZUKI, Tohru, Imai Kento, NISHIMURA, Toshiyuki, Kiyono Hajime, SAKKA, Yoshio

    ICACC2017 

    Presentation date: 2017.01

     View Summary

    The thermal conductivity and transmittance of AlN is expected to be improved by controlling crystalline orientation. In previous studies, we reported that the a-axis oriented AlN could be prepared by a static magnetic field. On the other hand, sintering additives are needed to obtain dense AlN because of its low sinterability. In this study, we tried to make the c-axis oriented AlN with high thermal conductivity and possession of translucency by a rotating magnetic field and SPS. The thermal conductivity of the c-axis oriented AlN was improved compared with the random AlN. Translucent AlN can be fabricated with additions of 2 and 3 wt% CaF2. The thermal conductivity and transmittance can be improved by high temperature annealing due to reduction of grain boundary phase caused by CaF2.

  • Microstructure control in bulk ceramics by using a magnetic field

    鈴木 達

    日本MRS年次大会 

    Presentation date: 2016.12

     View Summary

    強磁場を用いた結晶配向技術はアルミナ、酸化亜鉛、チタニア、炭化ケイ素など様々な非立方晶系セラミックスへの適用が可能である。従来、このプロセスでの配向は結晶軸の一軸のみの制御であった。そこで、さらに形状異方性粒子を用いることで、形状による配向制御と磁場による制御を組み合わせることで、2軸、3軸配向が可能となった。まず、ビスマス系誘電体において板状粒子を用いて、磁場中でのスリップキャストにより、板状によるc軸の配向と磁場によるa軸との配向が同時に可能となり、2軸配向を実証したことを示す。さらに、MgTi2O5の棒状粒子を磁場中でのテープキャストをすることにより3軸配向を達成したことを紹介する。

  • 強磁場を用いたセラミックスの結晶方位制御

    鈴木 達

    レーザー学会「マイクロ固体フォトニクス」専門委員会 

    Presentation date: 2016.12

     View Summary

    バルクセラミックスの特性制御においては、その微構造をどのようにデザインして造り込んでいくかが重要となる。その一つの組織因子として結晶配向が挙げられる。当グループにおいては強磁場を用いた結晶配向を様々なバルクセラミックスへ適用し、透光性セラミックスへの適用も試みた。透光性セラミックスの作製においては、まず、緻密化においてコロイドプロセスを用いることによる成形体でのパッキングが重要であることを示し、SPSでの焼結に有効であることを実証したことを示し、さらに、結晶配向制御が直線透過性の向上に効果があることを紹介する。また、電気泳動堆積法との組み合わせにより、各層での結晶方位を制御することが可能となり配向積層という微構造制御に成功したことも紹介する。

  • Fabrication of Yb:Y2O3 ceramics by spark plasma sintering

    H. Furuse, S. Nakasawa, YOSHIDA, Hidehiro, MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, KIM, Byung-Nam, M. Kawamura, SAKKA, Yoshio, HIRAGA, Keijiro

    12th Laser Ceramics Symposium (LCS) 2016 

    Presentation date: 2016.11

     View Summary

    The purpose of this study is to fabricate a new laser material using SPS and to demonstrate its feasibility. As a first step, we fabricated Yb3+-doped Y2O3 ceramics and study its spectroscopic properties for laser oscillation. We obtained over 70% transmittance for 1 at.% Yb:Y2O3 specimen at the laser wavelength of 1030 nm. For 10 at.% specimen, in-line transmittance is slightly lower than 1 at.% specimen, but the amount of absorption at the excited wavelength (976 nm) is large. The fluorescence of 10 at.% Yb:Y2O3 ceramics shows almost the same spectrum with a previously reported data. In the presentation, the possibility of the laser oscillation will be discussed.

  • 強磁場を用いたセラミックスの微構造制御

    鈴木 達

    第17回五セラミックス研究機関(東工大-名工大-JFCC-AIST-NIMS)合同 

    Presentation date: 2016.11

     View Summary

    バルクセラミックスの特性制御においては、その微構造をどのようにデザインして造り込んでいくかが重要となる。その一つの組織因子として結晶配向が挙げられる。当グループにおいては強磁場を用いた結晶配向を様々なバルクセラミックスへ適用してきた。本発表においては、以下の3つのトピックスについて紹介する。1、静磁場を用いた磁化容易軸の配向制御として炭化ケイ素を挙げ、電気伝導性などの特性異方性が得られること。2、回転磁場を用いた磁化困難軸の配向制御として窒化アルミニウムを挙げ、熱伝導に関する異方性が得られること。3、電気泳動堆積法との組み合わせにより、各層での結晶方位を制御することが可能となり配向積層という微構造制御に成功したこと。

  • Improvement of properties in textured Alumina by slip casting in a magnetic field and SPS

    足利昂治, 清野 肇, 金 炳男, 鈴木 達

    日本磁気科学会 年会 

    Presentation date: 2016.11

     View Summary

    本研究では、コロイドプロセスを用いて微粒子の分散・凝集を制御した磁場中スリップキャストにより、粒子の向きが揃ったアルミナ成形体を作製した。作製した成形体はSpark Plasma Sinteringを用いた二段焼結によって緻密化し、アルミナ焼結体の配向性と粒径を制御し、透光性及び機械的強度等の特性向上を試みた。

  • Development of crystalline orientation during sintering in SiC prepared by slip casting in a magnetic field and Anisotropic properties

    鈴木 達, 西村 聡之, 小林 清, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会 秋季大会 

    Presentation date: 2016.11

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    SiCは優れた耐熱性、高強度をもつ高温構造材料であり、広いバンドギャップを有し、高温化合物半導体材料としても注目される材料であり、この炭化珪素の特性改善のために種々の組織制御が試みられている。組織制御の一つとして結晶配向が有効な手法として種々の材料で行なわれており、SiCにおいてもウィスカーをテンプレートとしてテープキャストにより成形し、粒成長の核として用いることで配向制御を行い、強度、靭性を改善する例も報告されている。我々のグループでは、強磁場を用いることにより非立方晶系構造で結晶磁気異方性を有するアルミナやZnOなどの反磁性セラミックスの配向制御が可能であることを見出し、SiCにも適用することにより配向制御が可能であることを報告してきた。本研究においては、磁場中成形試料の焼結中における液相が配向に及ぼす影響と、またc軸配向したSiCの熱伝導および電気伝導の異方性に関して検討した。

  • Coating of Oriented β-SiAlON:Eu2+ Phosphor Layer on ITO Glass by Magnetic Field-Assisted Electrophoretic Deposition Process

    UCHIKOSHI, Tetsuo, ZHANG, Chenning, LIU, Lihong, SUZUKI, Tohru, HIROSAKI, Naoto, SAKKA, Yoshio

    The 6th NIMS-UR1 Workshop 

    Presentation date: 2016.10

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    Electrophoretic deposition (EPD) technique assisted with a 12 T strong magnetic field was utilized to fabricate crystalline-oriented β-sialon:Eu2+ phosphor deposits on ITO glass substrates. The direction of the applied magnetic field was perpendicular to that of the electric field for EPD. The influence of the horizontally-applied magnetic field assisted the phosphor particles to be oriented in the suspension, simultaneously, the vertically-applied electric field contributed the electrophoretic deposition of the positively-charged β-sialon colloidal particles onto a cathodic ITO glass substrate. Photoluminescence (PL) intensity of the oriented deposits was improved by comparing with that of the randomly oriented samples.

  • Microstructure control in bulk ceramics by colloidal

    SUZUKI, Tohru, KOBAYASHI, Kiyoshi, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    Workshop on Advanced Inorganic Materials (WAIM 2016) 

    Presentation date: 2016.10

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    Tailoring the crystallographic orientation in ceramics is very useful for improving their properties. A magnetic field is shown to be very effective in controlling the crystallographic orientation in bulk ceramics. We reported that the colloidal processing in a strong magnetic field was able to control the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. The thermal conductivity perpendicular to the c-axis was superior to that parallel to the c-axis in textured SiC. If the orientation axis of platelet particles aligned due to a geometrical effect is different from the axis aligned by using a magnetic field, the multi-dimensional orientation can be controlled by simultaneous use of both the effects, and control of the elaborate microstructure will be expected.

  • The Method of Kramers-Kronig Transform Effective to the Impedance Spectrum of Lithium Battery

    KOBAYASHI, Kiyoshi, SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru

    PRiME2016 

    Presentation date: 2016.10

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    The Kramers-Kronig transform algorithm which would applicable to lithium ion battery system is tested for the measured impedance spectrum using coin type lithium ion battery.

  • Fabrication of Dense Ceramics and the Electrical Conductivity Anisotropy of the Textured MgO-doped Lanthanum Silicate Oxyapatite

    Yuki Shimura, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, Takaya Akashi

    PRiME2016 

    Presentation date: 2016.10

     View Summary

    Crystal oriented MgO-doped lanthanum silicate oxyapatite was fabricated by colloidal process under strong magnetic field. By the conductivity measurements using the crystal oriented ceramicsc, the oxide ion conductivity parallel to c-axis is much higher than the conductivity vertical to c-axis.

  • 放電プラズマ焼結を用いた透光性Yb:Y2O3セラミックスの開発

    中沢俊亮, 古瀬裕章, 吉田 英弘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 川村みどり, 目 義雄, 平賀 啓二郎

    第77回応用物理学会秋季学術講演会 

    Presentation date: 2016.09

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    我々は,放電プラズマ焼結法(Spark Plasma Sintering: SPS)による新規レーザー材料の探索に取り組んでいる.SPS法は,高速昇温が可能,低温・短時間で緻密化が可能,大口径焼結体の合成が可能,等の特長を有する通電焼結装置であり,近年多くの機能性材料合成に使用されている.特に短時間焼結によって粒成長を抑制でき,平均粒径sub-mの微結晶材料の焼結と,これによる機械強度の向上が期待できる.本研究では、Yb添加Y2O3セラミックスをモデル材料として、SPS法と従来焼結法との比較を行い,上述の有効性を確かめることを目的としている.Yb添加濃度1at.%と5at.%試料において,それぞれ直線透過率71%と58% (波長 1030 nm)を得ており,さらなる透過率の向上を試みている.また波長1030nmの蛍光強度でYb特有の蛍光を観測した.講演では,研究の進展とレーザー発振の展望について報告する予定である.

  • LSCF系層状ペロブスカイト型混合導電体の特性に及ぼすAサイトイオン欠損の影響

    矢野 広将, 小林 清, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 明石 孝也

    第29回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2016.09

     View Summary

    YSZを電解質とするSOFCセルの構築プロセスにおいて、カソード電極材料の選択及びその界面における高抵抗反応相の生成・抑制はSOFC特性に影響を及ぼす重要な課題である。本研究では、固体酸化物型燃料電池の空気極材料の1つであるR-P型層状ペロブスカイト構造を有するLSCF系酸化物((Sr3-xLax)(Fe2-yCoyO6+δ))について、Aサイトイオンにわずかな欠損を与えたSLFC( (Sr2.45La0.55)( FeCo)O6+δ)粉末の合成を行い、合成した試料粉末と8YSZ粉末との反応性を調査した。次にAサイトに欠損を与えた試料粉末と欠損のない試料粉末の焼結体をそれぞれ作製し、伝導度を比較しAサイト欠損が伝導度に与える影響についても検討した。

  • 放電プラズマ焼結を用いた透光性Yb:Y2O3 多結晶体の合成

    中沢俊亮, 古瀬裕章, 川村みどり, 平賀 啓二郎, 吉田 英弘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 目 義雄

    日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2016.09

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    透光性多結晶体が固体レーザー分野において大きな役割を果たしており、特に単結晶体と同程度の熱伝導率を有し,10 cm角の大口径化が可能な透光性ヤグ多結晶体は,医療や高強度物理等の次世代レーザー応用のための母材として国内外において盛んにレーザー開発が行われている.我々は放電プラズマ焼結法(SPS)によるレーザー品質の焼結体合成に取り組んでいる.本研究では, SPS 法の有効性をYb:Y2O3 セラミックスの合成において調査した.現在,保持時間60 min の時に添加濃度1 at.%と5 at.%試料において,波長1030 nmにおける直線透過率がそれぞれ71%と58%の最大透過率が得られたを得ている.また波長1030 nm の蛍光強度で規格した蛍光スペクトルはYb 特有の蛍光を確認しており,現在励起LD の高強度化と,蛍光寿命測定の準備を進めている.講演では,研究の進展とレーザー発振の展望について議論する予定である.

  • Anisotropic ion-conductivity of highly textured MgO-doped lanthanum silicate oxyapatite dense ceramics

    志村 裕紀, 小林 清, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 明石 孝也

    セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2016.09

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    オキシアパタイト型ランタンシリケート(LSO)は中低温域でイットリア安定化ジルコニアよりも高い酸化物イオン伝導度を示す。LSOへのMgOドープによる伝導度向上の報告があるが、我々のグループではMgOをドープした系におけるイオン伝導度の異方性を明らかにしている。そこで本研究では、この系での結晶配向制御による、更なる特性向上を目的とした。既往の研究において報告されている伝導度の高い組成の粉末を合成し、粒子が良分散したスラリーを強磁場中においてスリップキャスト成形することで、結晶がc軸に配向した試料を作製した。得られた試料は、無ドープの無配向体LSOと比較して、伝導度の値が著しく向上することを確認した。

  • Improvement of thermal conductivity and translucency in AlN by microstructure control

    鈴木 達, 今井 健人, 清野 肇, 西村 聡之, 目 義雄

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2016.09

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    AlNは難焼結性材料であるが、Y2O3やCaF2などの焼結助剤を用いることで焼結が行われており、透光性の付与も可能である。AlNは六方晶構造であるため、c軸方向を揃えることで粒界での散乱が軽減され、透光性が向上すると期待される。また、c軸方向での熱伝導も他の方位に比べて若干高くなることが報告されている。そこで、焼結時および成形時に外場を印加するプロセスとなる、CaF2助剤とSPSを用いることによる緻密化による透光性付与、さらに12Tでの回転磁場中成形を用いることによる結晶配向制御をおこなうことで熱伝導性と透光性向上の両立を試みた。

  • Improvement of properties in textured Alumina by slip casting in a magnetic field and SPS

    足利昂治, 清野 肇, 鈴木 達

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2016.09

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    本研究では、コロイドプロセスを用いて微粒子の分散・凝集を制御した磁場中スリップキャストにより、粒子の向きが揃ったアルミナ成形体を作製した。作製した成形体はSpark Plasma Sinteringを用いた二段焼結によって緻密化し、アルミナ焼結体の配向性と粒径を制御し、透光性及び機械的強度等の特性向上を試みた。

  • Densification Behavior during Isothermal Sintering of 8YSZ

    金 炳男, 鈴木 達, 森田 孝治, 吉田 英弘, 目 義雄, 松原秀彰

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2016.09

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    The densification behavior during the isothermal sintering of 8YSZ was examined in the initial and intermediate stages of sintering, by using a dilatometer. In the initial stage, a difficulty in evaluating the densification behavior arises from the transition of the stable pore structure and the limitation of the theoretical two-sphere model. In the intermediate stage, as shown in Fig. 1, the densification kinetics is represented as , where is the densification rate, t is the time and C is a constant. This empirical equation of densification kinetics is valid in a wide range of density (0.54~0.9), except when the rapid grain growth takes place. At a relative density of 0.6~0.73, the activation energy is 688 kJ/mol. Rapid grain growth is observed at a relative density of 0.73~0.8 and &gt

  • Control of crystallographic orientation in bulk ceramics by colloidal processing in a high magnetic field

    鈴木 達

    日本磁気学会学術講演会 

    Presentation date: 2016.09

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    各種材料において、特性制御のために微構造組織は重要である。異方性制御もその中で有望な組織因子の1つであり材料の結晶配向制御により、特性発現、改善、また信頼性を向上が期待される。本講演においいては、セラミックスでの配向付与に関して、反磁性、常磁性であっても等軸晶でない結晶構造をもつセラミックスならばコロイドプロセスでの成形時に強磁場を印加することにより結晶配向が可能であることを示す。この場合、焼結は磁場外で行うために通常の電気炉、ホットプレス、SPS等での緻密化が可能となる。さらに他のプロセス因子である電場との重畳により新規な微構造を創製可能であることを紹介する。また、形状異方性粒子を用いることで多軸配向制御が可能となる例も紹介する。

  • Fabrication of c-axis oriented AlN by a rotating magnetic field and SPS

    SUZUKI, Tohru, Imai Kento, NISHIMURA, Toshiyuki, Kiyono Hajime, SAKKA, Yoshio

    HTCMC-9 

    Presentation date: 2016.06

     View Summary

    The thermal conductivity of AlN is expected to be improved by controlling crystalline orientation, because AlN has hexagonal crystal structure and the thermal conductivity along the c-axis is higher compared with other directions. In previous studies, we reported that the a-axis oriented AlN could be prepared by a static magnetic field. On the other hand, sintering additives are needed to obtain dense AlN because of its low sinterability. Dense AlN was prepared by a slip casting in a rotating 12T magnetic field followed by SPS at 2073K. The thermal conductivity increased with the increasing amount of CaF2. The thermal conductivity of the c-axis oriented AlN was improved about 10 W/(m・K) compared with the random AlN. Translucent AlN can be fabricated with additions of 2 and 3 wt% CaF2.

  • Fabrication of Oriented β-SiAlON:Eu2+ Phosphor Layer by Magnetic Field-Assisted Electrophoretic Deposition

    UCHIKOSHI, Tetsuo, ZHANG, Chenning, LIU, Lihong, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, HIROSAKI, Naoto

    HTCMC9-GFMAT2016 

    Presentation date: 2016.06

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    β-sialon:Eu2+, one of the important members in the oxy-nitride phosphor family, has been known as a promising green phosphor with very narrow emission band (centered at 〜535 nm) and high color purity. Besides, this green phosphor has high thermal and chemical stabilities, due to its stiff framework crystal structure of the host lattice. In this study, electrophoretic deposition (EPD) technique assisted with a 12 T strong magnetic field was utilized to fabricate crystalline-orientedβ-sialon:Eu2+ phosphor deposits on ITO glass substrates.

  • 配向制御したセラミックスの耐照射性に関する研究

    鈴木 達, 矢野豊彦, 吉田克己

    東工大先導原子力研究所 研究交流・発表会 

    Presentation date: 2016.06

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    セラミックスは熱的安定性、耐食性などに優れ、原子炉・核融合炉用として有力な材料のひとつである。実際に原子炉等に使用するには、耐照射性等の原子力材料に特有の高速中性子照射、高温、腐食性環境などの過酷環境に耐えうる必要があり、この特性を向上させるためには精緻な組織制御が重要となる。物質の諸特性は結晶面や軸方位により異なる場合が多く、多結晶体における個々の結晶方位を揃えたりするなどの配向制御は、近年特に注目されている組織制御手法の一つであり、耐照射性向上の組織制御法としても期待できる。そこで、結晶配向制御した焼結性セラミックスを作製し、結晶方位が耐照射特性に及ぼす影響について検討する。

  • Crystallographic orientation control in ceramics by colloidal processing in a high magnetic field

    SUZUKI, Tohru

    MAP7 

    Presentation date: 2016.06

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    セラミックスなどの材料においては、微構造組織制御は特性向上に重要であり、結晶配向はその効果的手法の一つとしてあげられる。本講演では、強磁場を用いたセラミックスの配向制御プロセスについて概説する。磁場を用いてスラリー中の粒子を回転させる為にはスラリー中での微粒子分散が重要であることを説明し、静磁場による磁化容易軸の一軸配向ではランタンシリケート系への適用による伝導度向上、回転磁場による磁化困難軸の一軸配向ではAlNへの適用における熱伝導性の向上について紹介する。さらに板状粒子と磁場とを重畳作用させることによる多軸配向について解説する。

  • Improvement of thermal conductivity and translucency in AlN by crystalline orientation and SPS

    鈴木 達, 今井 健人, 清野 肇, 西村 聡之, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会 春季大会 

    Presentation date: 2016.05

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    AlNは熱伝導性に優れており、高輝度LEDパッケージの放熱基板として期待され、透光性を付与するができれば高温箇所での光学測定用窓への応用も可能となる。AlNは難焼結性材料であり、透光性を示す緻密体の作製には、Y2O3やCaF2などの焼結助剤添加での放電プラズマ焼結(SPS)が有効である。また、AlNはウルツ鉱型の結晶構造であるため特性に異方性を持ち、c軸配向制御により熱伝導性の向上が期待出来る。光学特性においても屈折率に結晶方位依存性を有するため、結晶方向を一方向に揃えることで光の散乱を減らし透光性を向上できると考えられる。AlNは回転磁場を用いることによって磁化困難軸であるc軸が配向したAlNを作製可能である。本研究においてはSPSにより作製したAlNにおいて、c軸配向とCaF2添加量が熱伝導性と透光性に及ぼす影響を検討した。また、熱処理を行うことで熱伝導性と透光性の向上も試みた。

  • Fabrication of uni- and tri-axially oriented olivine aggregates using colloidal processing under high magnetic field

    小泉早苗, 鈴木 達, 目 義雄, 平賀岳彦

    日本地球惑星科学連合2016年大会 

    Presentation date: 2016.05

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    Olivine is the most abundant mineral in the Earth’s upper mantle and it is considered to orient crystallographically in response to the mantle flow. Magnetic field was applied to fine-grained equigranular Fe-free and Fe-bearing olivine particles. To align the magnetic easy and hard axes of olivine, we used a vertical static magnetic field and rotating magnetic field, respectively. For tri-axial alignment, we used a rotating magnetic field with modulated rate. The particles dried in a strong magnetic field were then densified isostatically and sintered under vacuum condition out of magnet. With this technique, we could obtain c-, b-axes uniaxially and triaxially aligned Fe-bearing (Fe:Mg=1:9) olivine aggregates with achievements of high density (≧ 99%) and fine grain size.

  • 磁場成形による微構造設計のエネルギー材料への適用

    鈴木 達, 小林 清, 山田英登, 打越 哲郎, 目 義雄

    粉体工学会 春期研究発表会 

    Presentation date: 2016.05

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    燃料電池での中低温域作動には、ジルコニアよりも低い温度でのイオン伝導性に優れた電解質が求められており、オキシアパタイト型ランタンシリケート(LSO)がその候補としてあげられる。LSOは六方晶アパタイト構造であり、c軸に平行の伝導度が垂直方向より1桁高いことが単結晶により示されており、多結晶セラミックスにおいてもc軸配向を行うことにより、高い伝導度のLSOを期待出来る。また、リチウム2次電池の正極材料であるLiCoO2は層状岩塩型の結晶構造であり、c面内での電子伝導がc軸方向よりも優れており、さらに、Liイオンの伝導性においても層間での挿入脱離を考えれば、c面の方向を揃えることでLiイオンの導電性が向上することが期待出来る。そこで、本報告においては、LSOおよびLiCoO2について、強磁場を用いた結晶配向制御を行い、その微構造制御の特性向上への有効性を検討した。

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    ICCPS-13 

    Presentation date: 2016.05

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    強磁場中コロイド成形とその後の焼結による配向体作製とその特性に関し、招待講演を行う。特に、本プロセスの原理、酸化物およい非酸化物系セラミックス配向体の特性について発表する。

  • 8YSZの等温焼結における緻密化挙動

    金 炳男, 鈴木 達, 森田 孝治, 吉田 英弘, 目 義雄, 松原秀彰

    日本金属学会春期大会 

    Presentation date: 2016.03

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    The densification behavior during the isothermal sintering of 8YSZ was examined in the initial and intermediate stages of sintering, by using a dilatometer. In the initial stage, a difficulty in evaluating the densification behavior arises from the transition of the stable pore structure and the limitation of the theoretical two-sphere model. In the intermediate stage, as shown in Fig. 1, the densification kinetics is represented as , where is the densification rate, t is the time and C is a constant. This empirical equation of densification kinetics is valid in a wide range of density (0.54~0.9), except when the rapid grain growth takes place. At a relative density of 0.6~0.73, the activation energy is 688 kJ/mol. Rapid grain growth is observed at a relative density of 0.73~0.8 and &gt

  • Fabrication of textured dense ceramics and the electrical conductivity of MgO-doped lanthanum silicate oxyapatite

    志村 裕紀, 小林 清, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 平井 拳也, 明石 孝也

    公益社団法人日本セラミックス協会2016年年会 

    Presentation date: 2016.03

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    固相反応法と遊星ボールミル粉砕により調整された高焼結性のMgOドープ・オキシアパタイト型ランタンシリケート(LSO)を用いて、通常焼結体及び配向焼結体を製造し、電気伝導度の結晶方位依存性を検討した。異なる磁場方向下でのスリップキャスト成形により、a, b軸配向体及びc軸配向体が得られ、これらを1873Kで熱処理することで配向緻密焼結体が製造できた。磁場配向においては、におけるMgOドープLSOの磁化容易軸はa, b軸であり、不純物を含まないLSO(c軸)とは異なっていた。交流インピーダンス法による全電気伝導度測定から、MgOドープLSOにおいても、不純物を含まないLSOと同様に、結晶のc軸方向に高い酸化物イオン伝導が発現することを確認した。

  • Fabrication of b-axis oriented mordenite dense film from b-axis oriented seed layer by the secondary growth method

    UCHIKOSHI, Tetsuo, MATSUNAGA, Chika, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, Motohide Matsuda

    ICACC2016 

    Presentation date: 2016.01

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    The secondary growth of seed particles pre-deposited on substrates is an effective way to synthesize oriented zeolite films. We have proposed a magneto-scientific seeding process using a strong magnetic field to apply crystalline-oriented seed layer on the substrates. In this study, we attempted to prepare oriented mordenite dense film via the secondary growth from the oriented seed layers in reaction solutions with controlled chemical compositions. The b-axis oriented mordenite seed layers were successfully changed to dense films with retaining the initial orientation structure via hydrothermal treatments using a clear reaction solution having the molar ratio of 6Na2O : Al2O3 : 30SiO2 : 3500H2O.

  • Anisotropic properties of c-axis oriented SiC prepared by slip casting in strong magnetic field and SPS

    SUZUKI, Tohru, KOBAYASHI, Kiyoshi, UCHIKOSHI, Tetsuo, NISHIMURA, Toshiyuki, SAKKA, Yoshio

    ICACC2016 

    Presentation date: 2016.01

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    Tailoring the crystallographic texture in ceramics is one effective way to improve their properties. We already reported that development of texture can be controlled by consolidation in a strong magnetic field followed by heating even for diamagnetic ceramics. In this study, we applied this processing to SiC (6H) for producing the textured SiC and investigate some properties. The c-axis of the SiC was parallel to the direction of the applied magnetic field. The 3-point bending strengths were 907 and 799 MPa for the crack-growth directions parallel and perpendicular to the c-axis in the c-axis oriented SiC, respectively. The thermal conductivity and the electrical conductivity perpendicular to the c-axis was higher than that parallel to the c-axis in the textured SiC.

  • Fabrication of Textured Iron Oxide Bulk Ceramics via Topotactic Phase Transformation

    打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    25th anual meeting of MRS-Japan 2015 

    Presentation date: 2015.12

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    Texture control in polycrystalline materials is promising because it can improve their properties equivalent to those of single crystals from inexpensive, commercially-available raw powder. Magnetic alignment is another good method to texture the microstructure, but the dense packing of iron oxide particles in a magnetic field is difficult due to their ferromagnetic property; they connect to each other and form a chain structure. In this study, textured polycrystalline iron oxides, hematite and magnetite, were synthesized by the magnetic orientation of paramagnetic goethite particles followed by topotactic phase transformation.

  • コロイドプロセスによる粒子固化成形と微構造制御

    打越 哲郎, 鈴木 達

    第46回 Continuing Education シリーズ講習会 

    Presentation date: 2015.11

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    直径が10-7〜10-9 m程度の大きさの粒子が気体や液体に分散している状態をコロイドという。コロイド粒子は、ブラウン運動、チンダル現象、透析、電気泳動などの特有な性質を有し、電解質の存在下で凝析や塩析などの現象を示す。こうしたコロイド粒子の基本的な性質は、物質の種類によらず、粒子のサイズで決まる。コロイド粒子のサスペンションから粒子を適当な方法で凝集させると、緻密な固化成形体を得ることができる。スラリーを経由する粉体成形法はコロイドプロセスと呼ばれ、複雑形状のセラミックス製品を製造する方法として注目されている。本講演では、セラミックスを中心にコロイド粒子の分散、凝集についてまず概説し、次いでコロイドプロセスにおけるサスペンション調製の注意点について、例をあげて紹介する。

  • Control of multi-axial orientation in BLSF by anisometric particles and magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Miwa Yasunari, Kimura Masahiko, Kawada Shinichiro, Omiya Suetake, Wada Satoshi, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    US-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Ceramics 

    Presentation date: 2015.11

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    Slurry including the mixture of platelet and spherical particles in bismuth layer-structured ferroelectrics (BLSF) was consolidated by slip casting in a strong magnetic field. The c-axis of the platelet particles can be oriented by a gravity and the a, b-axes can be oriented by the applied magnetic field simultaneously.

  • Study of Textured Piezoelectric Ceramics Fabricated by a Magnetic Alignment

    Kimura Masahiko, Miwa Yasunari, Kawada Shinichiro, Omiya Suetake, Kubodera Noriyuki, Ando Akira, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    US-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Ceramics 

    Presentation date: 2015.11

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    Textured ceramics has gotten a lot of attention as a method to improve properties of electronic ceramics. We fabricated textured ceramics of perovskite type lead-containing piezoelectric materials by magnetic alignment. Then, highly textured ceramics were successfully obtained, and the piezoelectric constants were drastically improved.

  • 強磁場を用いたセラミックス粒子の配向制御

    鈴木 達

    デンカ NIMS講演会 

    Presentation date: 2015.11

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    各種材料において、特性制御のために微構造組織は重要である。異方性制御もその中で有望な組織因子の1つであり材料の結晶配向制御により、特性発現、改善、また信頼性を向上が期待される。本講演においいては、セラミックスでの配向付与に関して、反磁性、常磁性であっても等軸晶でない結晶構造をもつセラミックスならばコロイドプロセスでの成形時に強磁場を印加することにより結晶配向が可能であることを示す。この場合、焼結は磁場外で行うために通常の電気炉、ホットプレス、SPS等での緻密化が可能となる。さらに他のプロセス因子である電場との重畳により新規な微構造を創製可能であることを紹介する。また、形状異方性粒子を用いることで多軸配向制御が可能となる例も紹介する。

  • Fabrication and some properties of Textured MAX phase Ceramics

    SAKKA, Yoshio, MUSHA, Shotaro, SUZUKI, Tohru

    APMA2015 

    Presentation date: 2015.11

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    Textured MAX phase ceramics have been prepared by slip casting in a strong magnetic field followed by sintering. Textured Nb4AlC3 with plate-like grains are stacked regularly with a clear coherent structure at the grain boundaries without any amorphous phases. It shows a high flexural strength (about 1200 MPa) and the augmented fracture toughness (about 18 MPa•m1/2). Additionally, this material has excellent machinability and can be machined by a high-speed steel cutter. Excellent mechanical properties also have been shown for the textured Ti3Si(Al)C2, Ti2AlN.

  • Hydrothermal Synthesis of Mordenite Film in a 12 T Superconducting Magnet

    打越 哲郎, 松永知佳, 廣田 憲之, 鈴木 達, 田中優実, 松田元秀

    無機マテリアル学会第131回講演会 

    Presentation date: 2015.11

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    ゼオライトの配向膜は優れた分子選択性を示す高度な分離材として注目され,これまでに様々な膜作製方法が提案されてきた.Secondary growth法として知られる膜作製法は,種粒子を基板上に予め塗布し,その後水熱処理を行うことによって膜を得る方法である.我々は,これまでの研究で,磁場を利用したプロセスでゼオライトを配向させ,配向ゼオライト種結晶前駆体膜を作製し,それを強磁場の外で緻密固化する水熱処理により,種結晶前駆体膜の優先配向方位を保持した緻密配向膜を作製することに成功している.しかし,水熱合成過程においても強磁場を印加した場合,どのような微構造のゼオライト膜が得られるかは大変興味深い.そこで本研究では,強磁場中での水熱処理を行う反応システムの設計,試作を行い,それを用いてモルデナイト膜の作製を試みた.

  • Control of tri-axial orientation in anisometric particles by tape casting in a strong magnetic field

    鈴木 達, 鈴木義和, 打越 哲郎, 目 義雄

    無機マテリアル学会 学術講演会 

    Presentation date: 2015.11

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    従来では、形状異方性粒子と強磁場中スリップキャストを用いてビスマス層状化合物において2軸配向制御を達成してきた。さらに、擬ブルッカイト系の斜方晶系結晶構造であるMgTi 2O5(MT2)を用いて、3軸配向制御を試みた。まずMT2の棒状粒子を粒状粒子を混合したスラリーを磁場中でテープキャストを用いることにより成形した。焼結後の試料において、b軸が磁場と平行に配向し、a軸を粒子の形状効果により配向させることができ、明確な3軸配向制御を達成した。このとき、配向度はb軸>c軸>a軸となった。通常、磁気トルクの算出はa軸とb軸を等価とするために、磁気トルクは一方向だけに発生する結果となるが、a、b、c軸の磁化率が全て異なる場合には、他の方向の磁気トルクも発生することを示し、配向性に与える影響を考察した。

  • Control of tri-axial orientation in anisometric particles by a strong magnetic field

    鈴木 達, 鈴木義和, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本磁気科学会 年会 

    Presentation date: 2015.10

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    結晶配向を用いた構造制御は材料の特性を支配する重要な因子の一つとして挙げられる。近年では多機能性の付与やさらなる特性向上などのため、より精緻な組織制御が求められており、多軸配向制御はその1つの組織制御手法として期待される。そこで、板状粒子を強磁場中でスリップキャストするプロセスにより2軸配向することを試みて成功してきた。しかしながら、これらのビスマス層状化合物では、a軸とb軸の差が小さく、解析が困難であることと、磁気異方性が極めて小さいと考えられるために3軸配向制御を明確にはすることが出来なかった。そこで、本研究においては、擬ブルッカイト系で斜方晶結晶構造を持つMgTi2O5(MT2)に注目し、その形状異方性粒子と磁場を用いた3軸配向制御を試みた。

  • Control of multi-axis orientation in ceramics by geometric effect and magnetic field

    SUZUKI, Tohru, SUZUKI Yoshikazu, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    International Conference on Magneto-Science 2015 

    Presentation date: 2015.10

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    Tri- or bi-axially orientation is expected to obtain the single crystal-like ceramics with superior properties compared with the random orientation ceramics. In the TGG process, anisometric particles are aligned with share stress in a matrix of fine particles during consolidation, such as tape casting and one directional extrusion. On the other hand, the colloidal processing in a strong magnetic field was able to control the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. However, basically control of the orientation was restricted to the uni-axis orientation by means of these methods. In this study, control of the multi-axis orientation was achieved by the geometric effect of anisometric particles and a magnetic field.

  • Neutron irradiation effects on textured ceramics prepared by slip casting in strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Yoshida Katsumi, SAKKA, Yoshio, Yano Toyohiko

    BR2共同利用照射成果報告会・大洗研究会 

    Presentation date: 2015.10

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    セラミックスは熱的安定性、耐食性などに優れ、原子炉・核融合炉用として有力な材料のひとつである。実際に原子炉等に使用するには、耐照射性等の原子力材料に特有の高速中性子照射、高温、腐食性環境などの過酷環境に耐えうる必要があり、この特性を向上させるためには精緻な組織制御が重要となる。物質の諸特性は結晶面や軸方位により異なる場合が多く、多結晶体における個々の結晶方位を揃えたりするなどの配向制御は、近年特に注目されている組織制御手法の一つであり、耐照射性向上の組織制御法としても期待できる。そこで、結晶配向制御した焼結性セラミックスを作製し、結晶方位が耐照射特性に及ぼす影響について検討する。

  • Fabrication of Crystalline-Oriented Porous Tinania Films on Transparent Electrode by Electrophoretic Deposition

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, MUTO Hiroyuki, MATSUDA Atsunori, SAKKA, Yoshio

    STAC-9&TOEO-9 

    Presentation date: 2015.10

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    Dye-sensitized solar cells (DSSCs) are the most extensively investigated systems for the conversion of solar energy into electricity, since it can convert light at longer wavelengths into electricity and can be manufactured using less energy compared to the bulk semiconductor-type cells with a p-n junction. In order to significantly enhance the cell performance, it is important to optimize the photo-anode structure of the DSSC on the basis of its fundamental properties. In this study, crystalline-oriented porous TiO2 thin films were fabricated on indium-tin oxide (ITO) or fluorine-doped tin oxide (FTO) glass substrates by electrophoretic deposition (EPD) in a superconducting magnet.

  • Densification Kinetics during Isothermal Sintering of 8YSZ

    KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, MORITA, Koji, YOSHIDA, Hidehiro, SAKKA, Yoshio, Hideaki Matsubara

    STAC-9 

    Presentation date: 2015.10

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    The densification behavior during the isothermal sintering of 8YSZ was examined in the initial and intermediate stages of sintering. In the initial stage, a difficulty in evaluating the densification behavior arises from the transition of the stable pore structure and the limitation of the theoretical two-sphere model. In the intermediate stage, a linear relationship with a slope of -1/2 is observed between the densification rate and the time. An empirical equation of the densification kinetics is proposed and found to be valid in a wide density range. At a relative density of 0.6~0.73, the activation energy is 688 kJ/mol.

  • Fabrication of c-axis oriented ceramic of lanthanum silicate oxyapatite by slip casting in a strong magnetic field using the highly sinterable powder

    Kenya Hirai, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, Takaya Akashi, SAKKA, Yoshio

    STAC-9 

    Presentation date: 2015.10

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    The c-axis oriented ceramic bulk of lanthanum silicate oxyapatite is successfully prepared by slip casting in a strong magnetic field using above sinterable powder. Lanthanum silicate oxyapatite was synthesized by heating at 1673 K for 10 h from lanthanum hydroxide and quartz silica. The resultant powder was milled with dispersant in water as solvent using planetary ball-milling for preparing slurry.

  • Preparation of c-axis oriented AlN by CaF2 sintering additive and a rotating magnetic field

    Imai Kento, Kiyono Hagime, SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru

    STAC-9 

    Presentation date: 2015.10

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    Because AlN has high thermal conductivity. of this property, AlN is used as heat release substrate. AlN has hexagonal crystal structure. The thermal conductivity is expected to be improved by controlling crystallographic orientation. Crystallographic orientation can be controlled by using a strong magnetic field. In previous studies, we reported that we can obtain the c-axis oriented AlN by a rotating magnetic field. In this study, we tried to make the textured AlN with high thermal conductivity using CaF2 as sintering aid and a rotating magnetic field. The thermal conductivity of the sample prepared in a strong magnetic field was improved about 10 W/(m・K) compared with the sample prepared without a magnetic field. Translucent AlN can be fabricated with additions of 2 and 3 wt% CaF2.

  • Fabrication of oriented Ln2NiO4(Ln=La, Nd) cathode

    村田充史, 橋本実和, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2015.09

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    K2NiF4 型化合物として知られる Ln2NiO4(Ln = La, Pr and Nd, 以後 LNO)は低温でも優れた混合導電性を示し、現在低温作動固体酸化物形燃料電池用カソードとして注目されている。既報によれば、LNO における酸 化物イオンの拡散性は一般に広く検討されている(La, Sr)(Co, Fe)O3 よりも高いことが指摘されている。しかし、K2NiF4 型化合物はペロブスカイト層と岩塩層が c 軸方向に沿って積層した構造を持つため、観測される物性には大きな異方性が生じ、高い混合導電性はab面に沿って観測されることが報告されている。そのため、LNOをカソード材として用いるには、配向性制御が極めて重要となる。本研究では、Ln 元素としてLaを導入した La-LNO の配向カソードの作製を検討した結果を報告する。

  • Effect of Surface Modification of Complex Oxide Powders with Polyelectrolyte Layers on Electrophoretic Deposition Process

    打越 哲郎, 鈴木晴絵, 松永知佳, 小林 清, 鈴木 達, 武藤浩行, 松田厚範

    日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2015.09

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    ポリカチオンおよびポリアニオンの静電交互吸着(LbL)は、液中における粒子表面のチャージを高電位かつ均一に制御するために有効な手法として知られている。本発表では、複数の電位決定点を有するLSGMやGDCなどの複酸化物粒子を例に、LbL法による表面電荷制御がEPD 特性の改善に有効であることを紹介する。また、EPD後の堆積体の乾燥割れは、本プロセスの実用化において解決すべき重要な問題の一つである。しかし、スラリーへのバインダー添加は、しばしばスラリーの安定性を損ねEPD特性をむしろ劣化させる要因となる。その改善策として、EPD後にポリマーをディップコートすることで、乾燥割れを効果的に防止するテクニックについても紹介する。

  • Preparation of transparent c-axis oriented AlN by a rotating magnetic field

    今井健人, 清野肇, 目 義雄, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2015.09

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    AlNは熱伝導にすぐれ、また透光性を付与することで蛍光体のホスト材としてや光学材料として期待出来る。また、ウルツ鉱型の結晶構造を有するため、一軸配向制御することで透光性が向上することも期待出来る。イットリアやフッ化カルシュウムを焼結助剤とすることで透光性AlNが作製可能であることが報告させている。さらに我々は、回転磁場を用いることにより、c軸配向AlNを作製可能であることを報告してきている。そこで、本研究においてはフッ化カルシュウムと回転磁場を用いてc軸が一方向に揃った透光性AlNの作製を試みた。

  • Fabrication of textured lanthanum silicate oxyapatite ceramics and characterization of their anistropic properties

    平井 拳也, 小林 清, 鈴木 達, 打越 哲郎, 明石 孝也, 目 義雄

    日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2015.09

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    オキシアパタイト型ランタンシリケートは高い酸化物イオン伝導性や化学的安定性から酸素センサーや中低温域作動の固体酸化物形燃料電池としての応用が期待されている。この材料はc軸方向に高い酸化物イオン伝導性が確認されている一方、焼結温度の高さや単相合成が困難であることが問題である。本研究では、固相法により大量合成しやすいプロセスで単相のオキシアパタイト型ランタンシリケート高焼結性粉末を作製した。さらに緻密体作製時にコロイドプロセス中で強磁場を印加することで高い酸化物イオン伝導度を有するc軸配向焼結体を作製し、イオン伝導度を測定した。

  • Anisotropic properties in the c-axis oriented SiC prepared by a strong magnetic field

    鈴木 達, 小林 清, 西村 聡之, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2015.09

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    当グループでは強磁場中でのスリップキャストにより作製した成形体をホットプレス焼結やSPSを用いることによりc軸配向炭化ケイ素を作製することに成功してきており、アルミナやイットリアを助剤として用いた場合でも配向制御が可能であることを示してきた。また、曲げ強度においてはc軸平行方向で900MPa以上となり他の方位やランダム体よりも高い強度が得られていた。本発表においては、c軸配向した炭化ケイ素の熱伝導および電気伝導異方性に関して、助剤の影響も含めて報告する。焼結助剤無添加配向試料においては、熱伝導度はc面内での伝導度が高いことが明らかとなり、助剤を用いた場合には異方性がほとんど無くなった。

  • Orientation control and stress reduction during colloidal shaping of functional ceramics

    打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2015.09

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    配向セラミックスの作製法として、強磁場コロイドプロセスは極めて有効な手法である。しかし、結晶方位の揃ったセラミックスでは、高機能性が期待できる一方で、乾燥または焼結時における収縮異方性が原因で成形体の一方向に細かいひび割れが顕著に生じ、材料の高密度化を妨げる場合がしばしば生じる。本研究では、水平磁場を印加した状態で、試料を載置したステージを鉛直方向を回転軸としてゆっくり回転させて、ab軸を鉛直方向に高配向させつつc軸をランダム配向させて割れを緩和させた試みについて、c軸を磁化容易軸とする機能性セラミックス材料を例にとり紹介する。

  • Densification Behavior during Isothermal Sintering of 8YSZ

    金 炳男, 鈴木 達, 森田 孝治, 吉田 英弘, 目 義雄, 松原秀彰

    日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2015.09

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    The densification behavior during the isothermal sintering of 8YSZ was examined in the initial and intermediate stages of sintering. In the initial stage, a difficulty in evaluating the densification behavior arises from the transition of the stable pore structure and the limitation of the theoretical two-sphere model. In the intermediate stage, a linear relationship with a slope of -1/2 is observed between the densification rate and the time. An empirical equation of the densification kinetics is proposed and found to be valid in a wide density range. At a relative density of 0.6~0.73, the activation energy is 688 kJ/mol.

  • Control of multiaxis orientation in ceramics by geometric effect and magnetic field

    SUZUKI, Tohru, SUZUKI Yoshikazu, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    GMAC2015 

    Presentation date: 2015.08

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    The physical properties of a crystal depend on the direction of the crystal axis. Tri- or bi-axially orientation is expected to obtain the single crystal-like ceramics with superior properties compared with the random orientation ceramics. In this study, we attempt to control multi-dimensional orientation of ceramics by using the geometric effect and a strong magnetic field. The tape casting and slip casting was performed for making effective use of geometric anisotropy of particles. After the consolidation in a horizontal magnetic field, a certain axis was aligned by the magnetic field and the other axis was aligned by the geometric anisotropy. Therefore, we achieved to control multi-dimensional orientation of ceramics by a magnetic field and a geometric effect.

  • Fabrication and characterization of textured bulk ceramics of lanthanum silicate oxyapatite

    UCHIKOSHI, Tetsuo, TAKAHASHI, Satoshi, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, Taskamasa ISHIGAKI

    PacRim-11 

    Presentation date: 2015.08

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    Lanthanum silicate oxyapatite (LSO) is lately-found oxide ion conductor. The oxide ion conduction mainly occurs along the c-axis; therefore, the c-axis orientation in dense polycrystals is preferable for its potential applications. LSO has anisotropic magnetic susceptibility due to its anisotropic crystalline structure. This anisotropy is quite small but the energy in a strong magnetic field can be higher than the energy of thermal motion at room temperature, therefore, when the LSO particles suspended in a liquid medium are placed in a strong magnetic field, they will rotate to an angle minimizing the system energy. We demonstrate in this paper that c-axis oriented ceramics are successfully fabricated using magnetic field-assisted colloidal processing technique.

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics

    SAKKA, Yoshio, HU, Chunfeng, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    PACRIM 11 

    Presentation date: 2015.08

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    Some trials also have been presented to fabricate highly textured ceramics using template particles, changing magnetic susceptibility of different cationic doping, rotation magnetic field, etc. This processing can be applied to fabricate many kinds of textured ceramics with non-cubic structure, such as i, AlN, SiC, Si3N4, MAX phase ceramics, ZrB2, B4C, etc. Some another anisotropic properties, such as high thermal conductivity of Si3N4, high mechanical properties of MAX phase ceramics, will be demonstrated.

  • Control of crystallographic orientation in ceramics by a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru

    NIMS/MANA-Waseda University International Symposium 

    Presentation date: 2015.07

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    セラミックス材料における各種特性改善と信頼性向上のために、その微細組織が特性を支配する重要な因子の一つであるため、結晶粒微細化、粒子分散、粒界制御等において巧緻な組織制御技術が試みられてきた。Al2O3、AlN、TiO2などの反磁性体、常磁性体では、その磁化率が極めて小さいことから磁場による配向などの組織制御は出来ないとするのが常識的な考えであったが、我々は、コロイドプロセスを用いることでこれらの弱磁性セラミックスにおいて強磁場配向が可能であることを見出している。さらに、電気泳動堆積法との組み合わせによる配向積層構造の造り込みや、形状異方性粒子を磁場中で配向させることによる多軸配向制御も可能にしている。本発表では、セラミックスにおける磁場配向プロセスを概説し、筆者らの結果も含めた適用例を紹介する。

  • Fabrication and some properties of Textured MAX phase Ceramics

    SAKKA, Yoshio, MUSHA, Shotaro, SATO, Kimitoshi, HU, Chunfeng, SUZUKI, Tohru

    ICCI 2015 

    Presentation date: 2015.07

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    we have fabricated textured MAX phase ceramics, which possessed a shell-like microstructure configuration from the nano- scale to the milli- scale. MAX phases are the layered ternary ceramics with the general formula Mn+1AXn (where M is an early transition metal, A is an A group element in the periodic table, X is a C or N, and n = 1, 2, 3). They show unique combination of metallic and ceramic properties, which were derived from their layered hexagonal structure and the anisotropy of the bonding strength. There are strong M-X bonds and weak M-A bonds in the nano-laminate.

  • Control of tri-axis orientation in MgTi2O5 by geometric effect and strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, SUZUKI Yoshikazu, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    14th International Conference of the European Ceramic Soceity 

    Presentation date: 2015.06

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    The physical properties of a crystal depend on the direction of the crystal axis. Tri- or bi-axially orientation is expected to obtain the single crystal-like ceramics with superior properties compared with the random orientation ceramics. In this study, we attempt to control three dimensional orientation of MgTi2O5 (MT2) by using the rod-like particles and a strong magnetic field. The tape casting was performed for making effective use of geometric anisotropy of particles. After the tape casting in a horizontal magnetic field, the b-axis was aligned by the magnetic field and the a-axis is aligned by the geometric anisotropy. Therefore, we achieved to control three dimensional orientation of MT2 by a magnetic field and a geometric effect.

  • Preparation and some properties of textured Ti2AlN ceramics

    MUSHA, Shotaro, SATO, Kimitoshi, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    European Ceramic Society 2015 

    Presentation date: 2015.06

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    We attempt to fabricate textured Ti2AlN by using the strong magnetic field and measure some properties of textured one.

  • Anisotropic properties of textured SiC prepared by slip casting in a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    CMCEE 2015 

    Presentation date: 2015.06

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    In general, the physical properties of a crystal depend on the direction of the crystal axis. Tailoring the crystallographic texture in ceramics is one way of effectively improving their properties, such as electrical property, thermal conductivity and mechanical properties. In this study, we applied this processing to silicon carbide for producing the textured SiC and investigate the thermal and mechanical properties. The c-axis of the SiC was parallel to the direction of the applied magnetic field. The bending strength of the textured SiC depends on the crack-growth direction. The 3-point bending strengths were 907 and 799 MPa for the crack-growth directions parallel and perpendicular to the c-axis in the textured SiC, respectively, and for the random SiC, the strength was 724 MPa.

  • Surface modification of GDC and LSGM powders with polyelectrolyte layers to improve their EPD characteristics

    UCHIKOSHI, Tetsuo, Eiji ETO, Harue T. SUZUKI, MATSUNAGA, Chika, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, Hiroyuki MUTO, Atsunori MATSUDA

    11th CMCEE 

    Presentation date: 2015.06

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    The surface modification of Gd doped ceria (GDC) and Sr- and Mg-codoped lanthanum gallate (LSGM) powders with cationic and anionic polyelectrolytes, PDDA and PAMPS, respevtively, was performed in ethanol by the layer by layer adsorption technique to improve the surface-charging uniformity. The laminar composites of GDC/LSGM/GDC tri-layers were fabricated on a polypyrrole-coated porous NiO-YSZ substrates by the sequential electrophoretic deposition (EPD) process using the ethanol-based suspensions of the surface-modified GDC and LSGM powders aiming SOFC applications. The topcoating of hydroxyl-propyl cellulose on the tri-layers was conducted to control the drying rate with suppressing cracking and peeling-off. The advantage of the use of those polymers for EPD process was demonstrated.

  • Fabrication and some properties of textured Ti2AlN ceramic by slip casting in a strong magnetic field and spark plasma sintering

    武舍 翔太郎, 鈴木 達, 藤本憲次郎, 目 義雄

    材料科学会年会 

    Presentation date: 2015.06

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    本研究では, Ti3SiC2などの炭化物と比較すると研究例の少ない窒化物のMAX相に着目し, Ti2AlN配向体を作製した2). また、配向の及ぼす影響について, 力学特性の評価を行った.

  • 配向制御したセラミックスの耐照射性に関する研究

    鈴木 達, 目 義雄, 矢野豊彦, 吉田克己

    東工大原子炉工学研究所 研究交流・発表会 

    Presentation date: 2015.06

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    セラミックスは熱的安定性、耐食性などに優れ、原子炉・核融合炉用として有力な材料のひとつである。実際に原子炉等に使用するには、耐照射性等の原子力材料に特有の高速中性子照射、高温、腐食性環境などの過酷環境に耐えうる必要があり、この特性を向上させるためには精緻な組織制御が重要となる。物質の諸特性は結晶面や軸方位により異なる場合が多く、多結晶体における個々の結晶方位を揃えたりするなどの配向制御は、近年特に注目されている組織制御手法の一つであり、耐照射性向上の組織制御法としても期待できる。そこで、結晶配向制御した焼結性セラミックスを作製し、結晶方位が耐照射特性に及ぼす影響について検討する。

  • Preparation and mechanical properties of ultra-high temperature ZrB2-based ceramics by SPS

    目 義雄, ウ ウェンウェン, エスティリ メーディ, 西村 聡之, 鈴木 達

    粉体粉末冶金協会春季大会 

    Presentation date: 2015.05

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    The Electric Current Activated/Assisted Sintering (ECAS) is an ever growing class of versatile techniques for sintering particulate materials. Among ECAS, the unique potentials of spark plasma sintering (SPS) are highlighted by our recent research works.

  • 強磁場鋳込み成形法によるオキシアパタイト型ランタンシリケート配向バルク体の組織制御と電気伝導異方性の評価

    打越 哲郎, 高橋聡志, 小林 清, 鈴木 達, 目 義雄, 石垣隆正

    粉体粉末冶金協会平成27年度春季大会 

    Presentation date: 2015.05

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    オキシアパタイト型ランタンシリケート(LSO)は、c軸方向に酸化物イオンが配列した結晶構造を有し、c軸方向に高い伝導性を示す新しい酸化物イオン伝導体である。一方、従来からよく知られているYSZ、ScSZ、GDC、LSGM等の酸化物イオン伝導体は、いずれも立方晶系の螢石型もしくはペロブスカイト型構造を持ち、伝導度の結晶方位依存性は報告されていない。我々はこれまでに、LSOの結晶磁気異方性に着目し、強磁場を用いた粒子配向技術とコロイドプロセスによる固化成形技術を融合させた強磁場鋳込み成形法で、c軸方向に高配向したLSOの緻密多結晶バルク体の作製と、電気伝導特性の向上について検討してきた。本講演では、強磁場鋳込み成形法で作製した配向バルクLSOについて、結晶配向度や電気伝導度の異方性を評価するとともに、配向LSOを電解質とする固体酸化物形燃料電池(SOFC)の単セルを作製して、発電特性に及ぼす配向効果について検討した結果を報告する。

  • Fabrication of textured Fe-free and Fe-bearing olivine aggregates using colloidal processing under high magnetic field

    小泉 早苗, 鈴木 達, 目 義雄, 平賀 岳彦

    日本地球惑星科学連合2015年大会 

    Presentation date: 2015.05

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    Crystallographic preferred orientation (CPO) of minerals is considered to be widely produced in the Earth’s interior. Due to the presence of anisotropic physical properties of single crystal minerals. Magnetic field was applied to fine-grained (∼120nm) equigranular Fe-free and Fe-bearing olivine particles. The aligned particles were gradually deposited on a solid-liquid separation filter during ethanol drainage. The dried particles were sintered using the alumina tube furnace. Highly dense (density of ≧99%) and fine grained (∼1um) samples with a-axis alignment for Fe-free and c-axis alignment for Fe-bearing olivine to the magnetic direction were obtained. Such synthesized aggregates will allow us to measure CPO effect on the physical properties of olivine aggregate.

  • Microstructure and Piezoelectric Properties of (111)-oriented Barium Titanate Ceramics Fabricated by an Electrophoretic Deposition in a High Magnetic Field

    小林 英悟, 上野 慎太郎, 中島 光一, 熊田 伸弘, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 和田 聡志

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2015.03

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    チタン酸バリウム(BaTiO3, BT)セラミックスの圧電特性は、グレインの微細化や、配向付与により向上することが知られている。水素雰囲気下にて高温熱処理を行うことで得られる反磁性異方性を持つ六方晶 BT 微粒子を用いて磁場配向により作製した配向集積体は、焼結することで配向を維持したまま強誘電体相である正方晶BTに相転移させることが可能である。しかしこれまでの研究で、磁場中電気泳動堆積による圧電特性の向上は確認できなかった。これは焼結後のセラミックスに、六方晶BTに由来する双晶欠陥が含まれているためだと考えられる。そこで本研究では、テンプレート粒子成長(TGG)法にならい、六方晶BT 粒子にフィラーとして擬立方晶BTナノ粒子を混ぜることで双晶欠陥を含まない(111)配向 BT セラミックスの作製、及びそのグレインサイズ微細化を検討し、圧電特性の向上を試みた。

  • Experience-based learning of magnetic field for high school student

    鈴木 達, 打越 哲郎, 松永 知佳

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2015.03

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    ネオジム磁石や超伝導マグネットの発生する強磁場を用いると、いわゆる非磁性体と呼ばれる磁石につかない材料が磁場の作用を受ける興味深い変化を観察することができる。本講演では、物質・材料研究機構(NIMS)において一般の高校生の見学者を対象に行っている様々なデモンストレーション実験を紹介して、物質(強磁性物質、反磁性物質)と磁場の相互作用を体験する学習とその効果について討論する。

  • Fabrication and characterization of textured bulk ceramics of lanthanum silicate oxyapatite

    打越 哲郎, 高橋 聡志, 小林 清, 鈴木 達, 目 義雄, 石垣隆正

    日本セラミックス協会 2015年年会 

    Presentation date: 2015.03

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    オキシアパタイト型ランタンシリケート(LSO)は、c軸方向に酸化物イオンが配列した結晶構造を有し、c軸方向に高いイオン伝導性を発現する。一方、酸化物イオン伝導体としてSOFCの電解質に利用されるYSZ、ScSZ、GDC、LSGM等は、いずれも立方晶系の螢石型もしくはペロブスカイト型構造を持ち、酸化物イオン伝導度の結晶方位依存性は報告されていない。我々はこれまでに、La9.33Si6Oxの結晶磁気異方性に基づく強磁場を用いた粒子配向技術とコロイドプロセスによる固化成形技術を融合させた強磁場鋳込み成形法により、多結晶ながら結晶粒がc軸方向に高配向したLSOの緻密バルク体の作製について報告してきた。この方法は、サイズの大きなバルク体の作製が容易であり、中低温域で高い発電効率を持つセル作製への応用も期待できる。本研究では、上記の方法により作製した配向LSOについて、結晶配向度や電気伝導度の異方性を評価した。

  • Development of controlling microstructure in ceramics by using a strong magnetic field

    鈴木 達

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2015.03

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    セラミックスにおいて、その微構造は特性を支配する重要な因子の一つであり、結晶粒微細化、粒子分散、粒界制御などが行われてきている。結晶配向を用いた微構造制御もその一つとして挙げられ、テンプレート粒子成長法、ホットフォージ、一軸押し出し成形など種々の配向プロセスにより特定の結晶軸を一方向に揃えることが行われている。一方、近年の超伝導技術の発達と冷凍技術の著しい進歩により、10Tを超える強磁場が比較的容易に得られるようになっている。常磁性体や反磁性体などの弱磁性セラミックスは、その極めて僅少な磁化率から磁場の作用を受けない物質(いわゆる非磁性体)として扱うことが通常であったが、強磁場を用いればその効果が期待できるようになった。そこで、強磁場利用した配向制御の実証とその汎用性の高さ、また、他のプロセスとの重畳作用による新規な微構造創製の可能性を示す。

  • 強磁場を用いたバルクセラミックスの配向組織制御

    鈴木 達

    物質化学セミナー 

    Presentation date: 2015.02

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    各種材料において、特性制御のために微構造組織は重要である。異方性もその中で有望な因子の1つであり、材料の配向を制御することは、特性発現、改善、また信頼性を向上さるために有望である。本講演においいては、バルクセラミックスにおける配向付与に関して、反磁性セラミックスであっても強磁場を用いたコロイドプロセスにより結晶配向が可能であることを示し、さらに他のプロセス因子との重畳により新規な微構造を創製可能であることを紹介する。

  • Development of 3-dimensional orientation in MgTi2O5 by tape casting in a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, SUZUKI Yoshikazu, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ICACC2015 

    Presentation date: 2015.01

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    The colloidal processing in a strong magnetic field was able to control the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. In this study, we attempt to control three dimensional orientation of MgTi2O5 (MT2) by using the rod-like particles and a strong magnetic field. MT2 has orthorhombic psuedobrookite-type structure and shows anisotropic thermal expansion. Aqueous slurries were prepared from the MT2 granular powder and 50 wt% rod-like MT2 particles. The tape casting was performed in a strong 12T magnetic field. We achieved to control three dimensional orientation by a magnetic field. The b-axis of MT2 was aligned parallel to the magnetic field and the a-axis is aligned by the geometric effect during tape casting.

  • Study of Textured Piezoelectric Ceramics Fabricated by a Magnetic Alignment

    Kimura Masahiko, Miwa Yasunari, Kawada Shinichiro, Omiya Suetake, Kubodera Noriyuki, Ando Akira, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    Electronic Materials and Applications 

    Presentation date: 2015.01

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    Recently, improvement of the piezoelectric constants is strongly required as never before according with rapid downsizing of the electric components. One of the solutions is textured ceramics. Some of the texturing methods need high crystal anisotropy of the materials, and their applicability is limited. On the other hand, magnetic alignment does not require high crystal anisotropy for the materials. Therefore, we studied fabrication of textured ceramics of perovskite type lead- containing piezoelectric ceramics. Then, we successfully obtained the highly textured ceramics, and the improvements of piezoelectric constants were observed. Thus, we see magnetic alignment is an effective texturing method also for perovskite type piezoelectric ceramics.

  • プロセス制御による高次微構造材料の構築

    鈴木 達

    材料科学談話会 

    Presentation date: 2014.12

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    材料における機械的特性や電気的特性などの各種特性改善、また信頼性向上が求められる中で、その微構造組織は特性を支配する因子の一つであることから、結晶粒微細化、粒子分散、粒界制御、配向制御等を行う組織制御プロセスが重要となる。金属材料では加工・再結晶などの手法を用いて精緻な組織制御が可能であるが、脆性材料であるセラミックスへ適用することは難しい。そのため、粉末冶金同様にセラミックスの創製プロセスでも、原料、成形、焼結での制御が重要となる。ここでは、組織制御プロセスの1つであるコロイドプロセスを取り上げ、外場と組み合わせた微構造制御プロセスについても紹介する。

  • Milliwave Sintering of Silicon Carbide with Carbon Additives

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, TANAKA, Hidehiko, NISHIMURA, Toshiyuki, SAKKA, Yoshio

    The 31st Korea-Japan International Seminar on Ceramics 

    Presentation date: 2014.11

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    Microwave heating is one of the new sintering processes in which the materials absorb the electromagnetic energy of microwave and transform it into heat. Microwave sintering has a lot of advantages, e.g. selective heating, self-heating, rapid and volumetric heating. Microwave sintering is an effective method for the sintering of dielectric materials because their loss tangent (tanδ) is quite large. Selective heating is a distinct characteristic that has not been seen in any other heating process: The material with the highest loss tangent is selectively heated if two or more materials with different dielectric losses exist in a compact. In this study, we utilized the milliwave of 28 GHz for densifying hard-to-sinter SiC by coating the SiC particles with high loss tangent carbon additives.

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    Materiaux2014 

    Presentation date: 2014.11

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    Some trials have been presented to fabricate highly textured ceramics using template particles, changing magnetic susceptibility of different cationic doping, rotation magnetic field, etc. This processing can be applied to fabricate many kinds of textured ceramics with non-cubic structure, such as -Al2O3, TiO2, ZnO, AlN, SiC, Si3N4, MAX phase materials, ZrB2, B4C, etc. Some anisotropic properties, such as mechanical properties, thermal conductivity, oxidation resistance, etc. will be demonstrated. Typical examples of excellent properties of textured ceramics are high thermal conductive Si3N4, shell-like structure of MAX phase ceramics such as Nb3AlC2, Ti3Al(Si)C2 with excellent bending strength and fracture toughness.

  • 強磁場と異方性粒子を用いた2チタン酸マグネシウムの3軸配向制御

    鈴木 達, 鈴木義和, 打越 哲郎, 目 義雄

    無機マテリアル学会 学術講演会 

    Presentation date: 2014.11

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    従来では、形状異方性粒子と強磁場中スリップキャストを用いてビスマス層状化合物において多軸配向制御を達成してきた。しかしながら、これらの系では、a軸とb軸の区別をすることが困難であり、2軸配向として表すことが限界であった。そこで、擬ブルッカイト系の斜方晶系結晶構造であるMgTi 2O5(MT2)を用いて、3軸配向制御を試みた。まずMT2の棒状粒子を固相反応により作製し、その形状異方性粒子と粒状粒子を混合したスラリーを磁場中での成形にスリップキャストではなくテープキャストを用いることにより成形した。焼結後の試料において、b軸が磁場と平行に配向し、a軸を粒子の形状効果により配向させることができ、明確な3軸配向制御を達成した。

  • オキシアパタイト型ランタンシリケート配向バルク体の作製とその特性評価

    打越 哲郎, 高橋聡志, 小林 清, 鈴木 達, 目 義雄, 石垣隆正

    無機マテリアル学会 第129回講演会 

    Presentation date: 2014.11

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    ランタンシリケートは、c軸方向に酸素イオンが配列したアパタイト型の結晶構造を有し、この方向に高い酸素イオン伝導性を示す。本研究では、La9.33(SiO4)6O2の粉体を強磁場中で鋳込み成形した後に焼成することで、ランタンシリケートのc軸配向バルク配向体の作製を試みた。また、この配向体の電気伝導度異方性およびSOFCセルの発電特性を測定して、配向性が機能特性に与える影響を評価した。

  • 配向制御した炭化ケイ素における特性の方位依存性

    鈴木 達, 西村 聡之, 打越 哲郎, 目 義雄

    セラミックスエンジニアリングワークショップ 

    Presentation date: 2014.11

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    炭化ケイ素は優れた熱伝性および耐熱性を有し、また強度、硬度および耐磨耗性を兼ね備えた材料であり、これらの特性を生かして様々な分野での応用が期待される。結晶方位の配向制御は重要な微構造制御の一つとして挙げられ、6Hのような非対称の結晶構造をとるα-SiCでは、結晶方位を揃えることで結晶方向に依存する特性の向上が期待出来る。強磁場中成形後にホットプレスまたはSPSを用いて、緻密なc軸配向炭化ケイ素を作製した。配向度はEBSDの測定からc軸の傾き分布を計算した。配向方向に対して20度以内に80%の結晶粒が存在する高い配向性を得られた。配向方位に依存した、曲げ強度、熱拡散率などを測定し、その方位依存性について調べたので報告する。

  • 形状異方性粒子と強磁場を用いたMgTi2O5の3軸配向制御

    鈴木 達, 鈴木義和, 目 義雄

    セラミックス総合研究会 

    Presentation date: 2014.11

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    従来では、形状異方性粒子と強磁場中スリップキャストを用いてビスマス層状化合物において多軸配向制御を達成してきた。しかしながら、これらの系では、a軸とb軸の区別をすることが困難であり、2軸配向とすることが限界であった。そこで、擬ブルッカイト系であるMgTi2O5を用いて、まず棒状粒子を作製し、その形状異方性粒子と粒状粒子を混合して磁場中での成形にスリップキャストではなくテープキャストを用いることにより明確な3軸配向制御を達成したので、報告する。

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    Japan-Korea International Symposium on Materials Science & Tech 

    Presentation date: 2014.11

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    New Processing for textured ceramics is demonstrated. Strong magnetic application to the colloidal processing can be applied to fabricate manykinds of textured ceramics with non-cubic structure, such as Al2O3, AlN, SiC, Si3N4, MAX phase ceramics, ZrB2, B4C, etc. Several typical examples of excellent properties of textured ceramics are shown such as excellent mechanical properties of textured MAX phase (Nb4AlC3, Ti3Al(Si)C2, Ti2SiN) ceramics, excellent thermal conductivity of c-axis in beta-Si3N4, etc.

  • A Study of Oriented PbTiO3 Ceramics Formed in Magnetic Field

    Hideki Ishii, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Suetake Omiya, Noriyuki Kubodera, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    第6回日中強誘電体応用会議 

    Presentation date: 2014.11

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    粒子配向技術は圧電体の圧電d定数の向上に効果があると言われており、近年、様々な粒子配向技術が研究されている。今回、我々は磁場印加による粒子配向技術に注目し、PbTiO3セラミックスの粒子配向を試みた。その結果、配向度90%(Lotgering法)の高配向試料を得ることに成功した。

  • Fabrication and Piezoelectric Properties of (111)-oriented BaTiO3 Ceramics by an Electrophoretic Deposition in a High Magnetic Field

    Eigo Kobayashi, Koichi Nakashima, Shintaro Ueno, Nobuhiro Kumada, Satoshi Wada, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    第6回日中強誘電体応用会議 

    Presentation date: 2014.11

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    チタン酸バリウム(BaTiO3, BT)は代表的な非鉛系圧電材料である。その圧電特性は、グレインの微細化や、粒子を(110)配向させることにより向上することが知られている。我々は、微細な六方晶BT粒子を強磁場電気泳動(HM-EPD)法により堆積させることで、微細なグレインからなる配向BTセラミックスの作製を検討してきた。水素雰囲気下にて還元処理を行うことで作製した六方晶BT配向体は、焼結時にその配向を維持したまま正方晶BTに相転移する。しかし、六方晶BTを完全に正方晶に相転移させるには高温での熱処理が必要であり、得られるセラミックスのグレインを微細化することは難しい。BTセラミックスは適量のMnを添加することで、粒成長を抑制することができると考えられる。そこで本研究ではMnを添加し、焼成条件を最適化させることで微細なグレインからなる(111)配向BTセラミックスの作製を試みた。

  • 電気泳動堆積法により形成した粒子堆積膜の乾燥割れを防ぐ2,3のアイデア

    打越 哲郎, 鈴木 達

    第5回 セラミックスエンジニアリングワークショップ 

    Presentation date: 2014.11

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    電気泳動堆積プロセスにおける液中粒子表面のチャージコントロールや、堆積体の乾燥割れの防止をポリマー修飾により効果的に行うためのテクニックについて、LSGMやGDCなどの複酸化物を例に紹介する。

  • 配向性SiCのSPSによる緻密化と熱伝導異方性

    鈴木 達, 西村 聡之, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会 秋季大会 

    Presentation date: 2014.10

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    炭化ケイ素は優れた熱伝性および耐熱性を有し、また強度、硬度および耐磨耗性を兼ね備えた材料であり、これらの特性を生かして様々な分野での応用が期待される。材料において機能の新規発現や特性の向上には、微構造組織制御は極めて重要であり、組織粒の微細化、第2相や粒子の分散、粒界制御などの様々な組織因子の制御が行われてきている。結晶方位の配向制御も重要な微構造制御の一つとして挙げられ、6Hのような非対称の結晶構造をとる-SiCでは、結晶方位を揃えることで結晶方向に依存する特性の向上が期待出来る。そこで、本研究においては、強磁場を用いた結晶配向制御を行い、さらにSPSを用いることで、緻密な配向炭化ケイ素を作製し、熱伝導などの特性に及ぼす配向性の影響について検討することを目的とした。

  • Preparation and electrode property of oriented Nd2NiO4 cathode for low temperature solid oxide fuel cell

    村田充史, 小塚敏之, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2014.09

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    現在、低温作動可能な固体酸化物形燃料電池(SOFC)のカソード材として、高いイオン・電子混合導電性を有するK2NiF4型酸化物が注目されている。K2NiF4型酸化物は層状構造であるため、導電率に異方性を有しており、c軸方向の導電率よりもab面上の導電率の方が高いことで知られる。そのため、カソードとしてK2NiF4型酸化物を用いる際には、カソード層の微細構造制御が重要となる。一方、近年、結晶磁気異方性に基づく強磁場印加の下でのセラミックス粒子の配向制御が注目されている。そこで現在我々の研究グループでは、磁場を用いたプロセスにより、K2NiF4型カソードの配向制御を検討している。本研究では、カソード材としてNd2NiO4(NNO)を用い、その磁場配向性および配向カソードの作製について検討した。

  • Effect of applied strong magnetic field on hydrothermal synthesis of mordenite film

    松永 知佳, 打越 哲郎, 廣田 憲之, 鈴木 達, 松田元秀, 武藤浩行, 松田厚範

    日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2014.09

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    ゼオライトの配向膜は優れた分子選択性を示す高度な分離材として注目され、これまでに様々な膜作製方法が提案されてきた。Secondary growth法として知られる膜作製法は、種粒子を基板上に予め塗布し、その後水熱処理を行うことによって膜を得る方法である。現在我々の研究グループは、磁場を利用したプロセスでゼオライトを配向させ、配向ゼオライト種結晶前駆体膜を作製し、それを緻密固化する水熱処理条件を用いることにより、種結晶前駆体膜の配向を有する緻密配向膜の作製に成功した。しかし、水熱合成過程においても強磁場を印加した場合、どのような膜が得られるかは大変興味深い。そこで本研究では、強磁場中での水熱処理を行うシステム設計、機構を行い、それを用いてモルデナイト膜作製を試みた。

  • Tri-axial crystalline orientation of MgTi2O achieved by using strong magnetic field and geometric effect

    鈴木 達, 鈴木義和, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2014.09

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    従来では、形状異方性粒子と強磁場中スリップキャストを用いてビスマス層状化合物において多軸配向制御を達成してきた。しかしながら、これらの系では、a軸とb軸の区別をすることが困難であり、2軸配向とすることが限界であった。そこで、擬ブルッカイト系であるMgTi2O5を用いて、まず棒状粒子を作製し、その形状異方性粒子と粒状粒子を混合して磁場中での成形にスリップキャストではなくテープキャストを用いることにより明確な3軸配向制御を達成したので、報告する。

  • Grain-Size Dependence of Piezoelectric Properties of (111)-oriented Barium Titanate Ceramics Fabricated by an Electrophoretic Deposition in a High Magnetic Field

    小林 英悟, 上野 慎太郎, 中島 光一, 熊田 伸弘, 和田 聡志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2014.09

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    チタン酸バリウム(BT)の圧電特性は、グレインの微細化や配向付与により向上することが知られている。我々は強磁場電気泳動(HM-EPD)法により、配向BT セラミックスの作製を検討してきた。磁気異方性を持つ六方晶 BT 微粒子を用いて、配向した集積体を作製し、焼成すると、配向性を維持したまま強誘電体相である正方晶 BT に相転移させることが可能で、最終的に(111)配向 BT セラミックスが得られる。しかし、六方晶 BT を完全に正方晶 BT に相転移させるには高温で熱処理する必要があるため、グレインを微細化することが難しい。そこで本研究では、焼結温度や昇温速度などの焼結条件を制御することで、BT 配向セラミックスのグレインサイズを変化させ、得られた BT セラミックスの配向度や圧電特性のグレインサイズ依存性を明らかにすることによって、グレインの微細化による特性向上を検討した。

  • Control of residual stress in textured ceramics

    鈴木 達

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2014.09

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    結晶方位がランダムである通常のセラミックスにおいては、結晶方位に依存した焼結収縮異方性、熱膨張異方性などにより結晶粒界において、焼結後に不均一な応力が残留する。しかし、結晶配向させることによりその残留応力が緩和されることが予想される。また、各層での結晶方位を制御した構造とすることにより、単相材でも積層体のように振る舞う構造を作り込むことが可能となった。この場合にも、焼結収縮と熱膨張の異方性により各層に引張り応力と圧縮応力が残留する。これらミクロとマクロの視点で、配向セラミックスの残留応力制御の可能性を検討する。

  • Fabrication of textured MAX phase ceramics through colloidal processing in strong magnetic field and subsequent sintering

    SAKKA, Yoshio, SATO, Kimitoshi, HU, Chunfeng, SUZUKI, Tohru

    Sintering 2014 

    Presentation date: 2014.08

     View Summary

    The design of bionic shell-like (nacre) structures has led to the strengthening and toughening of ceramics. Hybrid organic and inorganic materials have been extensively used for configuring layered composites. However, the high-temperature application is the forbidden zone for these ceramics. In the present investigation, we applied a strong magnetic field to align nanolayered MAX phase (Nb4AlC3 and Ti3SiC2) particles in an aqueous suspension and then densified the dried green body by sintering (spark plasma sintering or pressureless sintering). Here we will demonstrate processing of textured MAX phase ceramics (Nb4AlC3 and Ti3SiC2).

  • Anisotropic shrinkage during sintering in textured ceramics

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    International Conference on Sintering 2014 

    Presentation date: 2014.08

     View Summary

    Anisotropic shrinkage can be controlled by anisometric particle morphology, anisotropic surface or grain boundary energy. Furthermore, processing parameters determine particle-packing characteristics which can play an important role in determining the nature of the sintering shrinkage. We focus on the effect of the crystallographic orientation on anisotropic shrinkage during sintering. In this study, we fabricated the c-axis oriented alumina by slip casting in a strong magnetic field without using the anisometric particles and analyzed the anisotropic shrinkage during sintering. Sintering shrinkage in the c-axis direction was larger than that of the direction perpendicular to the c-axis. Shrinkage in the c-axis direction depended on the heating rate.

  • Fabrication of textured MAX phase ceramics through colloidal processing in strong magnetic field and subsequent sintering

    SAKKA, Yoshio, SATO, Kimitoshi, MUSHA, Shotaro, HU, Chunfeng, SUZUKI, Tohru

    The 5th International Congress on Ceramics (ICC5) 

    Presentation date: 2014.08

     View Summary

    we will demonstrate processing of textured MAX phase ceramics (Nb4AlC3, Ti3Si(Al)C2 and Ti2AlN). Synthesis of high purity MAX phase powder, well-dispersion of powder adding appropriate amount of dispersion, and sintering methods of SPS for Nb4AlC3, Ti3Si(Al)C2 and Ti2AlN, and pressure-less sintering for Ti3SiC2) will be demonstrated. The as-prepared bulk ceramic possessed a shell-like microstructure configuration from the nano- scale to the milli- scale, which endowed it with a high flexural strength (about 1200 MPa) and the augmented fracture toughness (about 18 MPa•m1/2) for Nb4AlC3. Additionally, this material has excellent machinability and can be machined by a high-speed steel cutter.

  • Tailored Microstructure of Laminar Ceramics by Using Electric and Magnetic Fields

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    International Conference on Composites or Nano Engineering 

    Presentation date: 2014.07

     View Summary

    結晶配向は組織制御に有効であり、セラミックスではTGGなどで付与される。超電導マグネットが発達してきた近年、弱磁性セラミックスの配向付与を強磁場を用いることで可能となることを報告してきている。また、EPD法はコロイド成形の1つであり、泳動と堆積という2つのステップがある。EPDは積層体や傾斜機能材料などの様々な材料創製に展開されている。セラミックスの機械特性は、その微構造に敏感に影響される。残留応力の導入による亀裂偏向などで靭性などの特性の向上が見込める。我々のコンセプトは単相材料において残留応力の導入を行うために、結晶軸に依存した熱膨張と焼結収縮を使うことであり、ここでは、磁場中EPDを用いて、異なる結晶配向を持つ層を積層させることで、単相材において残留応力の導入を試みた。

  • Fabrication and some properties of textured Ti2AlN ceramic by slip casting in a strong magnetic field and spark plasma sintering

    MUSHA, Shotaro, SATO, Kimitoshi, HU, Chunfeng, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    MAP6 

    Presentation date: 2014.07

     View Summary

    MAX phases are the layered ternary ceramics with the general formula Mn+1AXn, (n = 1, 2,3). They show unique combination of metallic and ceramic properties. The properties were derived from their layered hexagonal structure and the anisotropy of the bonding strength. There are strong M-X bonds and weak M-A bonds in the nano-laminate. Recently, we fabricated textured a kind of MAX phases, Nb4AlC3 ceramic by slip casting in a magnetic field, and indicated that the textured MAX phases show excellent mechanical properties. In this study, we attempt to fabricate textured Ti2AlN by using the strong magnetic field and show excellent mechanical properties.

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics

    SAKKA, Yoshio, SATO, Kimitoshi, HU, Chunfeng, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    MAP6 

    Presentation date: 2014.07

     View Summary

    Strong magnetic application to the colloidal processing can be applied to fabricate manykinds of textured ceramics with non-cubic structure, such as Al2O3, AlN, SiC, Si3N4, MAX phase ceramics, ZrB2, B4C, etc. Several typical examples of excelent properties of textured ceramics are shown such as excellent mechanical properties of textured MAX phase (Nb4AlC3, Ti3Al(Si)C2, Ti2SiN) ceramics, excellent thermal conductivity of c-axis in beta-Si3N4, etc.References

  • Selective Orientation Control of Mordenite Seed Particles for the Fabrication of Mordenite Membrane with Oriented Channels

    MATSUNAGA, Chika, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, HIROTA, Noriyuki, SAKKA, Yoshio, MotohideMATSUDA

    6th International Workshop on Materials Analysis and Processing 

    Presentation date: 2014.07

     View Summary

    Secondary growth is one of fabrication methods for zeolite films: Fine seed crystals are applied on a substrate, and then the seeded substrate is hydrothermally treated in a reaction sol. The microstructures of the resultant zeolite films are generally dominated by the seeding process. In this study, fabrication of orientation controlled mordenite compacts were performed by slip casting in a 12 T strong magnetic field.

  • Design of multi-axial orientation in piezoelectric ceramics by anisometric particles and magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ELECTROCERAMICS XIV 

    Presentation date: 2014.06

     View Summary

    Tailoring the crystallographic orientation in piezoelectric ceramics is very useful for improving their properties. We reported that the colloidal processing in a strong magnetic field was able to control the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. In this presentation, our concept is that control of multi-axial crystalline orientation in ceramics by using both anisometric particles and a magnetic field. When the crystal axis controlled by the magnetic field is different from the direction aligned by their geometrical shape, the multi-dimensional orientation can be simultaneously tailored using the anisometric particles and the magnetic field. We applied this method to some ceramics, such as bismuth titanate, and achieved the multi-axial orientation.

  • Fabrication and some properties of textured Ti2AlN ceramic by slip casting in a strong magnetic field and spark plasma sintering

    武舍 翔太郎, 藤本憲次郎, 佐藤 仁俊, 鈴木 達, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会春季大会 

    Presentation date: 2014.06

     View Summary

    MAX相セラミックスは、一般式はMn+1AXnで表され、MはSc、Ti、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Taなどの遷移金属元素、AはAl、Si、P、Ga、Ge、As、In、Sn、PbなどのAグループ元素、XはCかNである。MAX相セラミックスは、電気伝導性、熱伝導性などに代表される金属の特徴と、耐食性、高強度などのセラミックスの特徴を併せ持った材料であり、多くの関心が寄せられている。本研究では、炭化物系と比較すると研究例の少ない窒化物のMAX相に着目し、Ti2AlNを合成した。また、強磁場を用いて配向体を作製し、その特性についても評価を行った。

  • Fabrication of Barium Titanate Grain-oriented Ceramics using Hexagonal Barium Titanate Particles by Electrophoresis Deposition M

    小林 英悟, 上野 慎太郎, 中島 光一, 和田 聡志, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 馬込 栄輔, 森吉 千佳子, 黒岩 芳弘, 三輪 恭也, 川田慎太郎, 大宮 季武, 久保寺 紀之

    強誘電体応用会議 

    Presentation date: 2014.05

     View Summary

    近年環境にやさしく誘電・圧電特性の大きなBaTiO3(BT)配向セラミックスが注目されている。これまでの研究より、正方晶構造において<110>または<111>方位に配向させ、かつ組織粒の小さな BTを作製できれば、更なる圧電特性の向上が期待でき、作製には強磁場スリップキャスト法や強磁場電気泳動法が有効と考えられている。六方晶構造の BT 粒子の使用では、いくつかの報告において配向可能であることが明らかとなった。しかし、六方晶 BT を強誘電体である正方晶 BT に変換することができず、立方晶 BT が形成され、圧電特性が正しく評価できないという問題点があった。そこで、本研究では六方晶 BT 粒子を用いたプロセスを再検討し、セラミックス作製条件を最適化した結果、ほぼ 100%<111>方位に配向した正方晶構造 BT セラミックスを作製できたので、その誘電、圧電特性とともに報告する。

  • Fabrication of highly textured -Si3N4 and -Sialon by slip casting in a strong magnetic field and reaction-sintering

    SAKKA, Yoshio, ZHU, Xinwen, SUZUKI, Tohru

    ISSNOX4 

    Presentation date: 2014.05

     View Summary

    It reveals that the -Si3N4 nuclei play a key role in the texture development in -Si3N4/-sialon. This technique developed provides highly conductive -Si3N4 with conductivity to the thickness direction, which is a major advantage in practical use. The technique is also simple, inexpensive and effective for producing textured Si3N4 with high thermal conductivity of over 170 Wm-1K-1.

  • Effect of pulverized particles on crystallographic orientation in AlN prepared by slip casting in a strong magnetic field

    Kento Imai, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    International Symposium on SiAlONs and Non-oxides 

    Presentation date: 2014.05

     View Summary

    AlN has hexagonal crystal structure, and the control of asymmetric crystal structure is expected to improve their properties. It is possible to use a strong magnetic field to control the crystallographic orientation. However, many agglomerated particles were observed in as-received AlN powder, and the strong agglomeration prevents each particle from rotating in a magnetic field. Colloidal processing is very effective in rotating AlN particles and consolidating fine particles by breaking heterogeneous agglomerates. The number of small particles with average size of 0.4 m increased and the size distribution became narrow by the planetary-type ball mill. When the pulverized powder are used for preparing the textured AlN, the degree of orientation are expected to be high.

  • Control of Orientation in Aluminum Nitride Prepared by Slip Casting in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, Kento Imai, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    International Symposium on SiAlONs and Non-oxides 

    Presentation date: 2014.05

     View Summary

    AlN exhibits anisotropy in its properties because of its hexagonal crystal structure, consequently the textured microstructure is expected to make an improvement of the properties. In this study, the starting materials were commercially available AlN powders. The suspension with this powder was consolidated by a slip casting in a static and a rotating strong magnetic field of 12 T. The a, b-axis and the c-axis of AlN were aligned using the static and the rotating magnetic field, respectively. The c-axis of the 61% of grains were aligned with less than 20 degree of tilting angle between the c-axis and rotating plane of a magnetic field in the c-axis oriented AlN. The some properties depend on the orientation direction in the textured AlN.

  • Fabrication of mordenite oriented dense film using oriented seed layer

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    第3回JACI/GSCシンポジウム 

    Presentation date: 2014.05

     View Summary

    斜方晶系に属する反磁性体材料のモルデナイトの配向挙動を磁場によって制御し、得られた前駆体を適当な反応溶液組成からなる溶液中で水熱処理することによって、前駆体の配向に由来する配向性を持つモルデナイト緻密膜が作製できることがわかった。

  • Application of magnetic field for crystalline orientation in diamagnetic diamagnetic ceramics

    SUZUKI, Tohru

    The 9th International Symposium on Advanced Materials and Techno 

    Presentation date: 2014.05

     View Summary

    セラミックスや金属において,その微構造は特性を支配する重要な因子であり高度に制御することが求められる.結晶配向は微構造制御の一つとして特性を改善するものと期待される。セラミックスにおいては、金属材料のように加工熱処理することが難しいために、成形段階でのプロセスの工夫が試みられてきており、強磁場を印加するプロセスも当グループをはじめとして提案されてきている。反磁性、常磁性セラミックスでは、その磁化率が極めて小さく通常では10T級の強磁場を用いても配向制御は難しい。しかし、微粒子の分散制御に有効なコロイドプロセスを用いることでスラリー中の粒子を回転させやすい状態とし、磁場配向に成功した。本発表においては、磁場中成形を用いた配向制御とこのプロセスをアルミナ、チタニア、酸化亜鉛、炭化ケイ素、窒化アルミニウムなど多様なセラミックスへ適応した結果について紹介する。

  • New Developments in Electrophoretic Deposition Process

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    2nd Workshop of YU, Korea and NIMS, Japan 

    Presentation date: 2014.05

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    Electrophoretic deposition (EPD) is a colloidal process wherein ceramic bodies are directly shaped from a stable colloid suspension by a DC electric field. EPD is gaining increasing interest as a processing technique for production of novel inorganic nanostructured materials. In this presentation, we will introduce our recent studies on EPD for variety of applications in structural and functional ceramics, and discuss its versatility and potentiality.

  • Fabrication of textual polycrysgalline forsterite using colloidal processing in a magnetic field

    小泉 早苗, 平賀 岳彦, 鈴木 達, 目 義雄

    日本地球惑星科学連合2014年大会 

    Presentation date: 2014.04

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    It is well known that the crystallographic preferred orientation (CPO) of minerals is commonly produced in the Earth’s interior. Thus, it is important to understand the physical properties of the mineral aggregates that exhibit CPO. We used a technique of slip casting in a high magnetic field to align certain crystallographic axis of mineral particles. Vacuum sintering of the powders that were composed of the aligned particles was expected to produce a polycrystalline material aggregate that exhibits CPO, which allows us to examine the effect of CPO on the physical properties of the earth

  • Fabrication of dense mordenite film with oriented channels -Utilization of physical property of mordenite zeolite for controlling its chemical property-

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    第1回資源・環境関連セラミックス材料・技術研究講演会 

    Presentation date: 2014.03

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    現在我々の研究グループは、近年注目されている磁場を利用したプロセスで、ゼオライトの配向化を検討している。磁場配向プロセスでは、結晶の磁気異方性という物理パラメータを利用して物質の配向挙動を制御できる。本研究では斜方晶系に属する反磁性体材料のモルデナイト(Na8Al8Si40O96•nH2O)を検討対象材とし、磁場を用いることにより配向前駆体膜を作製し、次いで得られた配向前駆体膜を水熱処理することによって緻密な配向膜へ水熱固化するプロセスの有効性と可能性を検討した。

  • バルクセラミックスの配向組織制御

    鈴木 達

    日本セラミックス協会 年会サテライトプログラム 

    Presentation date: 2014.03

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    セラミックス材料における機械的特性や電気的特性などの各種特性改善、また信頼性向上が求められる中で、その微細組織は特性を支配する重要な因子の一つであることから、金属材料と同様に結晶粒微細化、粒子分散、粒界制御等において巧緻な組織制御技術が期待されている。気体や液体を除いた物質や材料においては、その特性が完全に等方的であることは稀であり、性質が異方的であることを利用して有用な材料とする場合が多くある。よって、材料の配向を制御することは、その特性を改善させたり、信頼性を向上させたりするのに非常に有効である。金属材料では加工・再結晶などの手法を用いて精緻な集合組織制御が可能であり、その技術も既に高度に発達しているが、これら集合組織制御手法を脆性材料であるセラミックスへ適用することは難しい。本発表においいては、セラミックスでの結晶配向付与方法および、結晶配向による特性制御に関して概観する。

  • Preparation of pulverized powders for high oriented LNT

    末廣 志穂, 中野 裕美, 武田 忠彦, 木村 善衛, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2014.03

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    Li-Nb-Ti-O系固溶体(以後LNTと省略)は,特定の組成域でユニークな周期構造(超構造)を有するM相が存在する。これまでLNT固溶体は,誘電特性や,最近では,蛍光体の母体材料としての研究が報告されてきた.著者らは,このユニークな構造を最大限に活かし,異方性工学により電気特性の異方性を発現させ,構造との関連性を明確にする研究に着手した.今回は,初期段階として強磁場(12 T)中でスリップキャストによる配向セラミックスの作製を試み,配向度向上のための紛体条件を検討した.その結果,粒子の粒度分布を精緻に制御することにより,配向度を向上させた。

  • Fabrication and Piezoelectric Properties of (111)-oriented BaTiO3 Ceramics with Fine Grains by Electrophoretic Deposition in a High Magnetic Field

    小林 英悟, 上野 慎太郎, 中島 光一, 熊田 伸弘, 和田 聡志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 三輪 恭也, 川田慎太郎, 大宮 季武, 久保寺 紀之

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2014.03

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    チタン酸バリウム(BaTiO3, BT)は代表的な非鉛系圧電材料である。その圧電特性は、結晶粒の微細化や、粒子を(110)配向させることにより向上することが知られている。我々は、微細な六方晶BT粒子を強磁場電気泳動法により堆積させることで、微細な結晶粒からなる配向BTセラミックスの作製を検討してきた。水素還元処理で作製した六方晶BTは、磁場中での配向を焼結時に維持したまま強誘電体相である正方晶BTに相転移する。しかしながら、六方晶BTを完全に正方晶に相転移させるには高温で熱処理しなければならないため、得られるセラミックスの結晶粒を微細化することは難しい。BTは適量のMnを添加することで、その粒界にMnが分布し粒成長が抑制されると考えられる。そこで本研究ではMnを添加し、焼成条件を最適化させることで微細な結晶粒からなる(111)配向BTセラミックスの作製を試みた。

  • Neutron irradiation effects on textured AlN prepared by slip casting in strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Katsumi Yoshida, Areerak Rueanngoen, Toyohiko Yano, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ICACC2014 

    Presentation date: 2014.01

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    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics and one of the effective ways to improve their properties. Recently, we reported that the successful control of the development of a textured microstructure even in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. The c-axis of AlN was aligned perpendicular to the rotating magnetic field. The random and textured AlN were neutron irradiated. Neutron irradiation increased lattice parameters both in the textured and random AlN. Effect of irradiation on the a-axis was more sensitive in random sample than textured sample. The increments in lattice parameter of the c-axis in random AlN were similar to the textured sample.

  • Fabrication of Oriented Oxyapatite-Type Lanthanum Silicate Bulk Ceramics by Magnetic Field-Assisted Colloidal Processing

    高橋聡志, 小林 清, 鈴木 達, 目 義雄, 石垣隆正, 打越 哲郎

    法政大学マイクロ・ナノテクノロジー研究センター公開シンポジウム 

    Presentation date: 2014.01

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    強磁場鋳込み成形法によるオキシアパタイト型ランタンシリケート配向バルク体の作製を行い、得られた配向バルク多結晶体について配向度や電気伝導度の特性評価を行った。作製したバルク体のXRD測定から、(00l)面でのロットゲーリングファクターの値は0.84であり、非常に配向度の高いc軸配向体が得られたことが示された。SEM画像から、結晶粒は異方性を持ちa, b軸方向に扁平になっている様子が観察され、この材料はa軸およびb軸方向に粒成長しやすい傾向があることが明らかとなった。さらに、電気伝導度の測定から顕著な異方性が確認され、配向体c軸平行方向>無配向体>配向体c軸垂直方向の順に伝導度が高いことが示された。

  • Fabrication and Characterization of c-Axis Oriented Lanthanum Silicate Oxyapatite Polycrystalline Ceramics

    TAKAHASHI Satoshi, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, ISHIGAKI Takamasa, UCHIKOSHI, Tetsuo

    5th International Symposium on Advanced Ceramics (ISAC-5) 

    Presentation date: 2013.12

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    Lanthanum silicate oxyapatite La9.33+2x(SiO4)6O2+3x is a lately-found oxide ion conductor. The oxide ion conduction mainly occurs along the c-axis; therefore, the c-axis orientation in dense polycrystals is preferable for its potential applications such as gas-sensing devices and solid oxide fuel cells at moderate temperatures. We demonstrate in this presentation that the c-axis oriented ceramics can be fabricated using a magnetic field-assisted colloidal processing technique. The crystalline orientation was investigated by X-ray diffraction (XRD). The electric conductivity of the bulk compacts was evaluated by the complex impedance method.

  • Design of multi-axial orientation in ceramics by anisometric particles and magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    THERMEC 2013 

    Presentation date: 2013.12

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    Design of the crystallographic orientation in ceramics is expected to improve their functional and mechanical properties. Recently we have achieved the control of orientation in ceramics by a strong magnetic field. The driving force for the magnetic alignment is a magnetic torque, thus the orientation of the crystal depends on the axis having easy magnetization and one-dimensional orientation can be achieved. In this presentation, our concept is that control of multi-axial crystalline orientation in ceramics by using both anisometric particles and a magnetic field. The multi-dimensional orientation can be simultaneously tailored using the anisometric particles and the magnetic field. We applied this process to some ceramics and achieved the multi-axial orientation.

  • Tailored microstructure of ceramics by EPD in strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    Japan-Korea International Seminar on Ceramics 

    Presentation date: 2013.11

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    単相アルミナにおいて、強磁場中電気泳動堆積法を用いて結晶配向を導入することで単相でありながら層状構造を制御することが可能であることを実証し、残留応力を発生させることも可能であることを報告してきている。残留応力は配向角度と層厚で制御可能であり、この配向制御による劈開面の並びと導入された残留応力が亀裂偏向や破面形態に及ぼす影響を検討する。

  • Fabrication and some properties of Textured MAX phase Ceramics

    SAKKA, Yoshio, HU, Chunfeng, SATO, Kimitoshi, SUZUKI, Tohru

    Korea-Japan International Ceramic Seminar 

    Presentation date: 2013.11

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    In the present investigation, we applied a strong magnetic field to align nanolayered Nb4AlC3 particles in an aqueous suspension and then densified the dried green body by spark plasma sintering (SPS). The as-prepared bulk ceramic possessed a shell-like microstructure configuration from the nano- scale to the milli- scale, which endowed it with a high flexural strength (about 1200 MPa) and the augmented fracture toughness (about 18 MPa•m1/2). Additionally, this material has excellent machinability and can be machined by a high-speed steel cutter.

  • Fabrication of c-axis Oriented Zeolite L Film from c-axis Oriented Seed Layer Using Strong Magnetic Field

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    無機マテリアル学会第127回講演会 

    Presentation date: 2013.11

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    ゼオライトの緻密配向膜は,高いガス選択性を示す高度な分離材やメンブレンリアクターなど様々な分野への応用が期待できる材料として,その開発が求められている.これまで,水熱反応条件の調整や,種結晶に用いる粒子の形状制御といった点などから検討されているが,得られた知見は検討対象としたゼオライトに適用できるものの,その適用範囲は限定される.ゼオライト種の多様性を考えると,より広範囲に応用可能なゼオライト配向化技術の開発が望まれる.本研究では,成膜が短時間で作製可能であり膜厚制御性も良い電気泳動堆積(EPD)法を強磁場中で用いることにより,c軸方向に細孔を有するL型ゼオライトの配向種結晶膜を多孔質基板上に作製し,水熱処理することにより緻密な配向膜を作製することを検討した.

  • Fabrication and Characterization of Oriented Iron Oxide Bulk Ceramics by Colloidal Processing in Strong Magnetic Field followed by Thermal Treatment

    打越 哲郎, 鈴木 達, 白幡 直人, 目 義雄

    無機マテリアル学会第127回講演会 

    Presentation date: 2013.11

     View Summary

    材料の結晶磁気異方性を利用した磁場配向プロセスは,市販の安価な粉体を出発原料とした配向多結晶材料の作製に非常に有効であり,すでに多くの常磁性または反磁性セラミックスの配向による特性改善に成功してきた.しかし,本方法を強磁性材料に適用し磁場中で固化成形を行った場合では,粒子間の磁気的相互作用が邪魔をして粒子がネットワークを形成してしまい,最終的に緻密なバルク体が得られない難点があった.しかし,強磁性材料であっても,結晶磁気異方性を有する常磁性または反磁性体である前駆体が存在し,後処理で強磁性体に転換できるケースでは,前述の磁場配向プロセスの適用が可能である.これらの前駆体として,斜方晶系に属しかつ常磁性体であるα-FeOOH (goethite)に注目し, α-FeOOHに対して強磁場プロセスを適用して固化成形体を作製し,次いでこれを熱処理することで酸化鉄配向体の作製を試みた.

  • 磁場中成形を用いた窒化アルミニウムの配向制御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    セラミックス総合研究会 

    Presentation date: 2013.11

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    AlNは優れた熱伝導特性と電気絶縁性を持ち、基板材料や半導体製造装置用部材として注目されている。これらの特性は結晶方位により優劣があることが予想され、結晶方向を揃える配向制御は特性を改善するための一手法として期待できる。当グループにおいては、強磁場を用いた結晶配向制御プロセスを実証してきており、Al2O3、TiO2、ZnO、SiCなどの非立方晶系物質への適用が可能であることを報告してきている。本研究では、ウルツ鉱型結晶構造であるAlNに対して強磁場を用いて結晶配向をさせることにより、諸特性の改善の可能性を探る。

  • FABRICATION OF TEXTURED LANTHANUM SILICATE BULK CERAMICS BY MAGNETIC FIELD-ASSISTED COLLOIDAL PROCESSING

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SatoshiTAKAHASHI, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, TakamasaISHIGAKI

    The 2013 Composites at Lake Louise Conference 

    Presentation date: 2013.11

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    Lanthanum silicate oxyapatite La9.33+2x(SiO4)6O2+3x is lately-found oxide ion conductor. The oxide ion conduction mainly occurs along the c-axis; therefore, the c-axis orientation in dense polycrystals is preferable for its potential applications such as gas-sensing devices and solid oxide fuel cells (SOFCs) at moderate temperatures. We demonstrate in this paper that c-axis oriented ceramics are successfully fabricated using magnetic field-assisted colloidal processing technique.

  • Controlling orientation in each layer of ceramics by using electric and magnetic fields

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    Composites at Lake Louise 2013 

    Presentation date: 2013.11

     View Summary

    Tailoring the crystallographic orientation in ceramics is one of effective ways for improving their properties. Layered structure has been proposed as an alternative for the design of structural ceramics. The suspension was consolidated by EPD in a strong magnetic field of 12T to control the lamellar structure with different orientated-layers in monolithic ceramics. The direction of the electric field relative to the magnetic field was altered to control the dominant crystal faces. The grains in alternate layers are aligned differently in the multilayer composite. This processing was applied to alumina and SiC, and the lamellar microstructure was examined by EBSD analysis.

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    ISIEM2013 

    Presentation date: 2013.10

     View Summary

    This processing can be applied to fabricate many kinds of textured ceramics with non-cubic structure, such as alpha-alumina, aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, MAX phase materials, ZrB2, B4C, etc. Crystalline-textured controlled laminated composites can be fabricated by two methods: one is textured layered structure materials, such as textured MAX phase ceramics, and the other is using electrophoretic deposition by varying the angle between the vectors of electric field and magnetic field. Some anisotropic properties, such as mechanical properties, thermal conductivity, oxidation resistance, etc. will be demonstrated.

  • Synthesis of Oriented Mordenite Dense Film Using Magnetically-Oriented Seed layer by Secondary Growth Method

    MATSUNAGA, Chika, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, MATSUDAMotohide

    3rd Workshop NIMS-UR1 

    Presentation date: 2013.10

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    Randomly-oriented and b-axis oriented mordenite seed layers, which were pre-fabricated out of and in a strong 12T magnetic field, were hydrothermally treated in clear reaction solutions with molar ratios of 6Na2O:Al2O3:30SiO2:xH2O (x = 1500, 3500 and 10000). Crystal growth of the seed particles slightly occurred in the solution of x = 10000, but occurred in the solutions of x = 1500 and 3500, giving rise to densified films. However, the films treated with x = 1500 were composed of two layers with different morphologies.-the precipitation of crystals from the solution was considered to induce the upper layer in the bilayered films. Homogenized films were formed in the solutions of x = 3500. The initial orientation of the seed layer was retained in the continuous films treated at x = 3500.

  • Fabrication and Characterization of Li-ion Secondary Batteries using Sintered Oriented LiCoO2

    YAMADA, Hideto, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, Hozumi Masato, SAITO Toshiya, SAKKA, Yoshio

    ISIEM 2013 

    Presentation date: 2013.10

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    Li-ion batteries have widely been utilized in consumer’s electronic devices such as cellular phones, laptop PCs, etc. The improvement of the energy density is highly desired to the Li-ion batteries for reducing on board space. One of the popular cathode materials for the Li-ion battery is LiCoO2. We have reported that LiCoO2 has a crystalline-induced magnetic anisotropy and can be textured using a strong magnetic field: The c- and a-axes of LiCoO2 align parallel and perpendicular to the magnetic field, respectively. In this study, we attempted to fabricate dense LiCoO2 electrodes with various crystalline orientations by slip casting in a strong magnetic field followed by sintering. We also characterized the relationship between the crystal orientation and the battery performance.

  • Development of Microstructure in Textured Ceramics during Sintering

    SUZUKI, Tohru, YAMADA, Hideto, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    MS&T 

    Presentation date: 2013.10

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    Tailoring the crystallographic orientation in ceramics is effective way for improving their properties. In this decade, we have reported that the successful control of the crystallographic orientation in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field and the textured microstructure was developed during sintering outside of the magnet. Effect of the crystalline orientation on the grain growth and the sintering behavior was studied. Abnormal grain growth was suppressed and anisotropic grain growth was observed in the textured ceramics. The suppression of the abnormal grain growth enhanced with the increasing degree of orientation. Shrinkage during densification depended on the orientation axis in the textured ceramics.

  • Oxide ion conductive oxyapatite: from development of the synthesis process to analysis on its electrochemical properties

    小林 清, 北嶋 将太, 三原 俊哉, 高橋 聡志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 樋口 透, 明石 拓也, 石垣 隆正, 目 義雄

    第33回エレクトロセラミックス討論会 

    Presentation date: 2013.10

     View Summary

    1995年,中山らによって発見された酸化物イオン伝導性オキシアパタイトは優れた酸化物イオン伝導性と高い化学的安定性から次世代固体電解質として期待されている.一方で発見当初から非常に高い焼結温度や固体電気化学特性の特異性が問題となっていた.本公演ではNIMSで独自に開発したオキシアパタイト低温合成プロセスとその反応過程解析,固体電気化学特性の解明について概論する.さらに本材料固有の性質を利用した高イオン伝導性を発現させる特殊プロセスを利用した配向性バルク体製造の結果とSOFC応用を見据えた電極特性の結果も紹介する.

  • Control of multi-axis orientation in piezoelectric ceramics prepared by platelet particles and strong magnetic field

    鈴木 達, 三輪 恭也, 川田 慎一郎, 打越 哲郎, 目 義雄

    第33回エレクトロセラミックス研究討論会 

    Presentation date: 2013.10

     View Summary

    圧電セラミックスにおいては、その電気特性を向上させるために配向制御などの組織制御が用いられている。しかしながら、TGG法のように、形状異方性がある板状セラミック粒子をスリップキャストあるいはシート成形しただけでは、セラミック粒子の結晶軸のうち、形状異方性のある1軸しか配向させることができなかった。同様に、磁場中での成形でも、セラミック粒子の結晶軸のうち、静磁場で磁化容易軸、回転磁場を用いて磁化困難軸しか配向させることができなかった。すなわち、従来の配向技術では、セラミック粒子の結晶軸のうち、1軸しか配向させることができなかった。しかしながら、より精緻な組織制御が求められており、多軸配向制御はその1つの組織制御手法として期待される。そこで、形状異方性粒子を用いた配向制御と磁場を用いた配向制御技術を組み合わせることにより、非鉛系で圧電性を有するセラミックスについて多軸配向制御を試みた。

  • Fabrication of c-Axis Oriented Oxyapatite-Type Lanthanum Silicate Bulk Ceramics by Magnetic Field-Assisted Colloidal Processing

    高橋 聡志, 小林 清, 鈴木 達, 目 義雄, 石垣 隆正, 打越 哲郎

    第33回エレクトロセラミックス討論会 

    Presentation date: 2013.10

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    1995年,中山らによって発見されたオキシアパタイト型ランタンシリケートは優れた酸化物イオン伝導性と高い化学的安定性から次世代固体電解質として期待されている.オキシアパタイト型ランタンシリケートは六方晶系の結晶構造を有し,c軸にそって高いイオン伝導度が発現することが知られている.したがってc軸配向したセラミックスバルク体の製造が重要である.本研究では強磁場コロイドプロセスを用いたc軸高配向オキシアパタイトセラミックスの製造に成功した.またイオン伝導度の結晶方位依存性についても検討した.

  • Crack deflection in ceramics with different oriented layers prepared by EPD in a strong magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本金属学会 秋期大会 

    Presentation date: 2013.09

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    セラミックスの材料特性の向上や新規発現のための組織制御として、結晶配向が有効である。これまでに、常磁性体や反磁性体粒子も磁場配向できる強磁場コロイドプロセスの一つである強磁場中電気泳動堆積法(Electorophoretic Deposition: EPD)において、磁場印加方向に対し、電極基板の傾き(B-E)を変化させることで、粒子の配向方向を任意に設定し、一定時間ごとに電極基板の傾きを変化させることで、層ごとに配向方向が異なる配向積層体を単一組成で作製できることを報告してきた。そこで、本研究では、強磁場中EPD法を用いて、Al2O3単一組成の配向積層体を作製し、その破壊形態と亀裂進展挙動を調べた。

  • 結晶配向したセラミックスの照射特性

    鈴木 達, 吉田 克己, Areerak Rueanngoen, 矢野 豊彦, 打越 哲郎, 目 義雄

    東北大学金属材料研究所大洗研究会 

    Presentation date: 2013.09

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    強磁場を用いた結晶配向プロセスによりAlNおよびSiCでのc軸一軸配向制御し、その中性子照射特性についてAlNの照射後の格子定数変化を検討した。

  • Microstructural control and mechanical properties of ceramics with different oriented layers

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 シンポジウム 

    Presentation date: 2013.09

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    組織と結晶の配向は材料特性に大きく影響し、特性改善のための効果的な組織制御手法の一つである。セラミックス積層コンポジットでは、機械特性を改善する手法の一つとして熱膨張率の異なる材料を積層させ残留応力を発生させることにより亀裂進展を制御する方法が試みられている。我々のグループでは電気泳動堆積法の積層体成形方法と強磁場を組み合わせることで、各々の層の結晶方位を制御した配向制御積層構造を作製することに成功している。本研究では、層厚と結晶方位を制御したアルミナや炭化ケイ素を作製し、その微構造発達と機械特性について検討する。

  • Fabrication of lanthanum-silicate by the colloidal process method

    高橋聡志, 小林 清, 鈴木 達, 鱒渕友治, 目 義雄, 石垣隆正, 打越 哲郎

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2013.09

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    一般に、ランタンシリケートの合成にはLa2O3粉とSiO2粉を原料とし、1575-1700 ℃の高温で長時間焼成する固相反応が用いられる。しかし、ランタンシリケート相のLa2O3過剰側およびSiO2過剰側には、それぞれ高抵抗物質であるLa2SiO5およびLa2Si2O7組成の安定相が存在するため、十分な混合が必要である。粉末を均一に混合する方法として静電吸着を利用した液中ヘテロ凝集法が知られており、粒径の大きなコア粒子表面に、粒径の小さなシェル粒子を均一に修飾させるために、原料粒子の一方または両方の表面にポリカチオンおよびポリアニオンの静電交互吸着(Layer-by-Layer(LbL))を行って、粒子表面の電荷を均質にする方法が近年注目されている。本研究では、LbL法を適用したLa(OH)3粉とSiO2粉を用いてヘテロ凝集を行い、凝集粉を鋳込み成形した後に焼成することで、ランタンシリケートの単相の作製を試みた。

  • Residual Stress Control of Structural Ceramics by Sequential Electrophoretic Deposition Process

    打越 哲郎, 鈴木 達

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2013.09

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    例えば、真珠やアワビの貝殻の炭酸カルシウム−タンパク質の積層構造に見られるように、層状化したセラミックスの界面に低強度な第三相を挿入して積層化し、割れによりもたらされたクラックを界面相で偏向させる方法は、セラミックス材料の高靱化に有効な方法として知られている。他方で、こうした弱い相を界面に挿入するのではなく、熱膨張係数の異なるセラミックスを積層、緻密焼結し、残留応力を導入する方法も高靱化方法の一つである。本研究では、アルミナやジルコニアなどの構造セラミックスの積層化を取り上げ、電気泳動堆積(EPD)法による異種材料の交互積層コンポジットおよび強磁場EPD法を用いた同種材料の配向積層コンポジットをそれぞれ作製して、残留応力制御による高靱化機構の有効性について検討した。

  • AAO-template assisted synthesis and evalution of one-dimensional oxide materials

    愛須 一史, 鈴木 達, 中村 衣利, 阿部 浩也, 鈴木 義和

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2013.09

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    チタニアの様々な機能性を向上させるため、1次元ナノ構造を有するチタニアが研究されている。1次元ナノ構造のチタニアの作製方法としては、水熱合成、テンプレート法、陽極酸化法などがある。本研究は、陽極酸化アルミナをプレートに用いる作製方法を選択し、従来の方法よりシンプルなプロセスで様々な長さの1次元ナノ構造を有するチタニアの作製を試みた。

  • Preparation of Grain-Oriented BT-BKT Ceramics Using EPD Method under a Strong Magnetic Field

    稲葉 勝也, 上野 慎太郎, 中島 光一, 熊田 伸弘, 和田 聡志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2013.09

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    環境問題の観点から、新規非鉛系圧電材料の開発が急務となっている。代表的な非鉛系圧電材料として知られるチタン酸バリウムは、<110>方位へ配向させることで圧電定数が向上することが報告されている。またBTの低いキュリー温度は、室温でBTと同じ正方晶系のペロブスカイト小僧を持つチタン酸ビスマスカリウムと固溶体を作製することで、130℃から380℃の間で任意に変化させることが出来る。本研究では、出発原料に六方晶BTを用い、強磁場中で電気泳動堆積を行うことで配向制御を試みた。

  • Fabrication and Piezoelectric Properties of Textured Ceramics Using Hexagonal BaTiO3 by EPD in a Strong Magnetic Field

    小林 英悟, 上野 慎太郎, 中島 光一, 熊田 伸弘, 和田 聡志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 三輪 恭也, 川田慎太郎, 大宮 季武, 久保寺 紀之

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2013.09

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    チタン酸バリウム(BaTiO3)セラミックスは代表的な非鉛系圧電材料である。その圧電特性は、組織の微細化や、(110)配向させることで向上することが知られている。BaTiO3は反磁性粒子であり、これまでに六方晶BaTiO3を用いた強磁場スリップキャスト成形法による配向セラミックスの作製などが報告されている。また特定の作製条件下で得られた六方晶BaTiO3は、適切な熱処理によって強誘電体相である正方晶に相転移させることができる。従って本研究では、強磁場EPD法によって得られた配向性の六方晶BaTiO3集積体を熱処理により相転移させることで、配向性の正方晶BaTiO3セラミックスの作製を試みた。また、これらの集積体及びセラミックスの配向度、圧電特性の評価を行った。

  • Fabrication of Oriented Zeolite L Seed Layer on Porous Substrate by Electrophoretic Deposition in Strong Magnetic Field

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2013.09

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    我々は、モルデナイトを静磁場中で鋳込み成形することよりb軸が配向した種結晶膜を作製し、それを水熱処理することにより種結晶の配向を保持した緻密な配向膜の作製に成功している1)。しかしながら、種結晶の塗布プロセスとして鋳込み成形法は、時間がかかる上、膜厚の制御性に劣る欠点があった。本研究では、成膜が短時間で作製可能であり膜厚制御性も良い電気泳動堆積(EPD)法を強磁場中で用いることにより、c軸方向に細孔を有するL型ゼオライトの配向種結晶膜を多孔質基板上に作製することを検討した。

  • Fabrication of b-axis oriented mordenite dense film from b-axis oriented seed layer by the secondary growth method

    UCHIKOSHI, Tetsuo, MATSUNAGA, Chika, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, Motohide MATSUDA

    EEMR-2013 

    Presentation date: 2013.08

     View Summary

    The secondary growth of seed particles pre-deposited on substrates is an effective way to synthesize oriented zeolite films. We have proposed a magneto-scientific seeding process using a strong magnetic field to apply crystalline-oriented seed layer on the substrates. We have already succeeded in the selective preparation of b- or c-axis oriented mordenite compacts using a strong magnetic field of 12 T. In this study, we attempted to prepare oriented mordenite dense film via the secondary growth from the oriented seed layers in reaction solutions with controlled chemical compositions.

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    ICCP-12 

    Presentation date: 2013.08

     View Summary

    This processing can be applied to fabricate many kinds of textured ceramics with non-cubic structure, such as alpha-alumina, aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, MAX phase materials, ZrB2, B4C, etc. Crystalline-textured controlled laminated composites can be fabricated by two methods: one is textured layered structure materials, such as textured MAX phase ceramics, and the other is using electrophoretic deposition by varying the angle between the vectors of electric field and magnetic field. Some anisotropic properties, such as mechanical properties, thermal conductivity, oxidation resistance, etc. will be demonstrated.

  • Control of lamellar structure with different orientated layers by using electric and magnetic fields

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ICCPS-12 

    Presentation date: 2013.08

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    Layered structure has been proposed as an alternative for the design of structural ceramics. On the other hand, in this decade, we have reported that the successful control of the crystallographic orientation in diamagnetic ceramics, such as alumina, titania, alpha-SiC, was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. The suspension was consolidated by EPD in a strong magnetic field of 12T to control the lamellar structure with different orientated-layers. The direction of the electric field relative to the magnetic field was altered to control the dominant crystal faces. This processing was applied to alumina and SiC, and the lamellar microstructure was examined by EBSD analysis.

  • 配向LiCoO2焼結体の作製とLiCoO2焼結体を電極として用いたLiイオン二次電池の特性評価

    山田 英登, 鈴木 達, 打越 哲郎, 穂積正人, 齋藤俊哉, 目 義雄

    第49回夏期シンポジウム:「粉体による材料微細構造創製とその新展 

    Presentation date: 2013.07

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    Liイオン二次電池は携帯機器をはじめ様々な分野に適用されており、LiCoO2は層状酸化物の正極材料として広く知られている。物質の諸特性は結晶方位により異なることが多く、その特性向上のひとつの手法として、特定の結晶方位を優先的に成長させたり並べたりするなどの配向制御が注目されている。我々は、反磁性セラミックス粒子のコロイド分散系に強磁場を印加、成形することにより結晶方位の制御されたセラミックス材料を創製し、種々の特性向上を図る試みを行っている。そこで、我々はLiCoO2の磁気異方性に着目し、強磁場印加コロイドプロセスによるLiCoO2配向体の作製を試みた。また、得られた配向焼結体を正極とする電池を作製し、配向と電池特性の関係について検討した。

  • Preparation of oriented Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 solid solution with superstructure by slip casting in a high magnetic field

    Hiromi Nakano, Shiho Suehiro, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    13th International Conference of the European Ceramic Society 

    Presentation date: 2013.06

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    In the Li2O-Nb2O5-TiO2 system, Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 (0.11 < x < 0.33, 0 < y < 0.09) (LNT) forms with a superstructure, and this is known as the M-phase. The superstructure of the M-phase is formed by periodical insertion of an intergrowth layer in a matrix having a trigonal structure. In this work, as an application of the unique qualities of an electro-ceramic with an anisotropy structure, we prepared an oriented LNT ceramic by slip casting in a high magnetic field. TEM images showed that the superstructure was maintained even after ball milling for 32 h. The c-axis of the LNT was aligned parallel to the magnetic field. A high orientation degree was achieved with slurries having small grains and a higher aspect ratio of the grain.

  • Tailored microstructure of ceramics by using electric and magnetic fields

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    13th International Conference of the European Ceramic Society 

    Presentation date: 2013.06

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    Tailoring the crystallographic orientation in ceramics is one of effective ways for improving their properties. We have reported that crystallographic oriented ceramics films and layers were fabricated by EPD in a strong magnetic field in order to control their microstructures. The direction of the electric field relative to the magnetic field was altered to control the dominant crystal faces. The composite was fabricated by alternately changing the angle between the directions of the magnetic and electric fields layer by layer during EPD in 12T. The grains in alternate layers are aligned differently in the multilayer composite. The crack deflection was observed at the boundary between the layers with different orientation. This processing can be applied to alpha-SiC.

  • Fabrication of textured MAX phase ceramics and their some properties through colloidal processing in strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SATO, Kimitoshi, MISHRA, Mrinalini, SUZUKI, Tohru

    13th Conference of the European Ceramic Society 

    Presentation date: 2013.06

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    we will demonstrate processing of textured MAX phase ceramics (Nb4AlC3 and Ti3SiC2). Synthesis of high purity MAX phase powder, well-dispersion of powder adding appropriate amount of dispersion, and sintering methods of SPS for Nb4AlC3 and pressure-less sintering for Ti3SiC2) will be demonstrated. Highly textured MAX phase ceramics have been fabricated by the colloidal processing and sintering. Some anisotropic properties of electric conductivity, mechanical properties will be also demonstrated.

  • Fabrication of Oriented Mordenite Dense Film from Oriented Seed Layer by the Secondary Growth Method

    MATSUNAGA, Chika, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, MotohideMATSUDA

    第7回先進セラミックス国際会議(STAC-7) 

    Presentation date: 2013.06

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    The secondary growth of seed particles pre-deposited on substrates is an effective way to synthesize oriented zeolite films. We have proposed a magneto-scientific seeding process using a strong magnetic field to apply crystalline-oriented seed layer on the substrates. We have already succeeded in the selective preparation of b- or c-axis oriented mordenite compacts using a strong magnetic field of 12 T . In this study, we attempted to prepare oriented mordenite dense film via the secondary growth from the oriented seed layers in reaction solutions with controlled chemical compositions.

  • Effect of Initial Orientation on Abnormal Grain Growth of LiCoO2

    YAMADA, Hideto, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, Hozumi Masato, SAITO Toshiya, SAKKA, Yoshio

    STAC-7 

    Presentation date: 2013.06

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    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics science and technology since it is one of the effective ways to improve their properties. One of the popular cathode materials for Li-ion secondary battery is LiCoO2, which has a layered rock-salt structure. We have reported that LiCoO2 has a magnetic anisotropy and the particles can be aligned in a strong magnetic field.[1,2] In this study, we prepared a crystalline-oriented bulk LiCoO2 by slip casting in a strong magnetic field. The relationship between the development of the crystallographic orientation and the grain growth behavior will be discussed.

  • Fabrication of c-axis Oriented Lanthanum-Silicate Bulk Ceramics by Magnetic Field-Assisted Colloidal Processing

    Satoshi TAKAHASHI, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, Takamasa ISHIGAKI, UCHIKOSHI, Tetsuo

    第7回先進セラミックス国際会議(STAC-7) 

    Presentation date: 2013.06

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    Lanthanum silicate oxyapatite La9.33+2x(SiO4)6O2+3x is lately-found oxide ion conductor. The oxide ion conduction mainly occurs along the c-axis; therefore, the c-axis orientation in dense polycrystals is preferable for its potential applications such as gas-sensing devices and solid oxide fuel cells (SOFCs) at moderate temperatures. We demonstrate in this paper that dense, c-axis oriented bulk lanthanum silicate ceramics can be fabricated using magnetic field-assisted colloidal processing technique.

  • Two-dimensional orientation in piezoelectric ceramics prepared using platelet particles and a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology 

    Presentation date: 2013.06

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    Tailoring the crystallographic orientation in piezoelectric ceramics is very useful for improving their properties. We reported that the colloidal processing in a strong magnetic field was able to control the crystallographic orientation even in diamagnetic ceramics. In many cases of piezoelectric ceramics, a crystal texture with the <100> axis parallel to a magnetic field had been developed. In this study, development of the orientation of not only the <100> axes, but also the c-axis, was achieved by using platelet particles and a magnetic field. A magnetic field enhanced not only the<100> axes orientation but also the c-axis orientation. Furthermore, orientation of matrix particles by a magnetic field effectively enhanced the 2-dimensional orientation after densificatio

  • Electrophoretic Deposition of Orientation-Controlled Zeolite L Layer on Porous Ceramic Substrate

    UCHIKOSHI, Tetsuo, MATSUNAGA, Chika, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, MATSUDA Motohide

    10th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology 

    Presentation date: 2013.06

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    Oriented zeolite films have recently attracted much attention for various applications. The secondary growth is an effective way to make the oriented zeolite films. During the hydrothermal process, the orientation of seed particles can be retained in the final films; therefore, forming seed layers is an important step in the process. In this study, magneto-scientific technique combined with colloidal processing was applied to obtain crystalline-oriented zeolite L seed layers.

  • FABRICATION OF C-AXIS ORIENTED LANTHANIUM-SILICATE BULK CERAMICS BY MAGNETIC FIELD-ASSISTED COLLOIDAL PROCESSING

    Satoshi TAKAHASHI, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, Takamasa ISHIGAKI, UCHIKOSHI, Tetsuo

    The 19th International Conference on Solid State Ionics 

    Presentation date: 2013.06

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    We demonstrate in this paper that c-axis oriented ceramics are fabricated using magnetic field-assisted colloidal processing technique. The lanthanum silicate oxyapatite bulk ceramics pre-pared in the 12 T magnetic field have very good c-axis orientation. The degree of texturing evaluated by the Lotgering method was 0.84. The XRD result also re-vealed that the c-axis of lanthanum silicate oxyapatite is the easy-magnetization axis. Higher electric conductivity along the c-axis direction was also confirmed from the electric conductivity measurements.

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    10th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology 

    Presentation date: 2013.06

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    We have demonstrated a new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in a high magnetic field and subsequent heating. This processing can be applied to fabricate many kinds of textured ceramics with non-cubic structure, such as alpha-alumina, aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, MAX phase materials, ZrB2, B4C, etc. Crystalline-textured controlled laminated composites can be fabricated using electrophoretic deposition by varying the angle between the vectors of electric field and magnetic field. Some anisotropic properties will be demonstrated.

  • DISTRIBUTION OF MAGNESIUM IONS IN LANTHANUM SILICATE OXYAPATITE

    KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    SSI-19 

    Presentation date: 2013.06

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    Mechanism of magnesium ion substitution in lanthanum silicate oxyapatite is investigated by combinations of the density and X – ray diffraction analysis. The magnesium ions are substituted to the silicon site as well as the lanthanum ion sites. Neutral lanthanum ion vacancy also exists as similar to the non – doped lanthanum silicate oxyapatite. Number of oxide ions on the c – axis is almost independent of magnesium concentration in the composition line on 58.4 mol% LaO1.5 – (41.6 – x) mol% SiO2 – x mol% MgO (3.2 x 6) due to the complex substitution of magnesium ion on several sites.

  • Fabrication of Barium Titanate Grain-oriented Ceramics using Barium Titanate Particles with Different Crystal Structure by Electrophoresis Deposition Method under High Magnetic field and Their Dielectric and Piezoelectric Properties

    和田 智志, 小林 英悟, 上野 慎太郎, 中島 光一, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 馬込 栄輔, 森吉 千佳子, 黒岩 芳弘, 三輪 恭也, 川田 慎一郎, 大宮 季武, 久保寺 紀之

    強誘電体応用会議 

    Presentation date: 2013.05

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    近年環境にやさしく誘電・圧電特性の大きなチタン酸バリウム(BT)配向セラミックスが注目されている。これまでの研究より、正方晶構造において<110>または<111>方位に配向させ、かつグレインサイズの小さなBTセラミックスを作製できれば、更なる圧電特性の向上が期待できることが予測されており、この理想のBT配向セラミックスの作製において、強磁場スリップキャスト法や強磁場電気泳動法が有効と考えられている。そこで本研究では、正方晶構造でかつシングルドメイン構造の強誘電体BT粒子と、六方晶構造の常誘電体BT粒子という2種類のBT粒子を用い強磁場電気泳動法によりBT配向セラミックスの作製を検討し、更にそれらの誘電・圧電特性について評価を行ったので、その結果について報告する。

  • Texture developing and some properties of feeble magnetic ceramics

    SAKKA, Yoshio, HU, Chunfeng, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    The 8th International Symposium on Advanced Materials and Techno 

    Presentation date: 2013.05

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    We have demonstrated a new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in a high magnetic field and subsequent heating. This process is applied to fabricate many kinds of textured ceramics with non-cubic structure, such as alpha-alumina, aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, MAX phase materials, ZrB2, B4C, etc. Crystalline-textured controlled laminated composites can be fabricated using electrophoretic deposition by varying the angle between the vectors of electric field and magnetic field. Some anisotropic properties will be demonstrated.

  • 均質水溶液を用いたオキシアパタイト型ランタンゲルマネートの新規低温合成法

    北嶋将太, 小林 清, 鈴木 達, 樋口 透, 目 義雄

    電気化学会第80回大会 

    Presentation date: 2013.03

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    オキシアパタイト型ランタンゲルマネートは新規酸素イオン伝導体として注目されている.我々はランタンとゲルマニウムが共存する均質水溶液の調整に成功した.発表では共沈法によるランタンゲルマネートの低温合成過程について報告する.

  • Preparation of Oriented Lanthanum-Silicate Bulk Ceramics by Magnetic Field-Assisted Colloidal Processing

    高橋聡志, 小林 清, 鈴木 達, 鱒渕友治, 目 義雄, 石垣隆正, 打越 哲郎

    電気化学会第80回大会 

    Presentation date: 2013.03

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    ランタンシリケートは、c軸方向に酸化物イオンが配列したアパタイト型の結晶構造を有し、この方向に高い酸化物イオン伝導性を示すことが報告されている。本研究では、La9.33(SiO4)6O2の粉体を強磁場中で鋳込み成形した後に焼成することで、大きなサイズで高配向なランタンシリケートの緻密配向体の作製を試みた。その結果、極めて高配向なc軸配向体の作製に成功した。電気伝導度の測定結果から、電気伝導度に顕著な異方性が認められ、c軸//>ランダム体>c軸⊥の順に伝導度が高いことが示された。微細組織にも明らかな異方性が認められた。

  • Fabrication of Textured Ceramics Using Various Barium Titanate by Deposition in a Strong Magnetic Field

    小林 英悟, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 上野 慎太郎, 藤井 一郎, 中島 光一, 和田 智志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 三輪 恭也, 川田 慎一郎, 大宮 季武, 久保寺 紀之, 黒岩 芳弘

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2013.03

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    近年環境にやさしく誘電・圧電特性の大きなチタン酸バリウム(BaTiO3)配向セラミックスが注目されている。我々はこれまで12Tという強磁場下での、電気泳動(EPD)法やスリップキャスト法といった堆積法による配向セラミックスの作製を検討してきた。そのために本研究では、二段階熱分解法を導入したシュウ酸塩法により合成された高結晶性を持つBaTiO3ナノ粒子を合成した。その粒子を強磁場下で堆積させ集積体を得た後、その集積体を焼結することで配向セラミックスの作製を行う。また、MnをドープしたBaTiO3粒子等による作製も同様に行った。このようにして得られた集積体及びセラミックスの配向度、電気特性の評価を行ったので報告する。

  • Orientation Control of Mordenite Zeolite in Strong Magnetic Field -Effect of Applied Static or Rotating Magnetic Field-

    松永知佳, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会2013年年会 

    Presentation date: 2013.03

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    我々のは、近年注目されている磁場を利用したプロセスで、ゼオライトの配向化を検討している。磁場配向プロセスでは、物質の化学合成プロセス条件に依存しない結晶の磁気異方性という物理パラメータを利用して物質の配向挙動を制御できる。すなわち、立方晶以外の結晶では、磁場印加によって、その配向挙動の制御が可能である。本研究では、斜方晶系のモルデナイトを検討対象材として取り上げ、モルデナイトの磁場配向制御について検討した。

  • Effects of Strong Magnetic Field and Sintering Methods on the Microstructure of Al2O3/SiC Nanowires Composites

    Noppasint Jiraborvornpongsa, 今井 雅三, 吉田 克己, 矢野 豊彦, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2013.03

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    Recently, the texture-controll of ceramics has gained much interest because it has led to the improvement of their mechanical, electrical and thermal properties. Alumina matrix composites were developed to enhance the properties of alumina by adding secondary phases. We produced silicon carbide nanowires (SiCNWs) by thermal evaporation method and the SiCNWs were used as the reinforcement of alumina composites. To synthesize composites, we employed spark plasma sintering (SPS) and milliwave sintering. Milliwave sintering is a pressureless sintering technique that involves internal heating and selfheating. This experiment was conducted to investigate the effects of strong magnetic field and sintering methods on the microstructure of alumina composites.

  • Microstructure control of Barium Titanate Nanoparticles with Necking Structure/Polymer Complex and Their Dielectric Properties

    塚本 修平, 小林 英悟, 中島 光一, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 和田 聡志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2013.03

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    将来の大容量通信に対応する電子デバイス基盤技術としてフィルム状で、且つ比誘電率が高いフィルムキャパシタを作製することが必要である。高誘電率なフィルムキャパシタを作製するためには、(Ⅰ)高誘電率のBaTiO3ナノ粒子を使用する、(Ⅱ)電気泳動法による高密度集積体の作製、(Ⅲ) 集積体にネッキング構造の導入を行う必要がある。我々はこの条件を満たしたフィルムキャパシタを作製し、その誘電特性を評価したので報告する。

  • Hydrothermal Transformation of Oriented-Controlled Mordenite Precursor into Oriented Dense Film

    松永知佳, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会2013年年会 

    Presentation date: 2013.03

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    これまでの検討で、モルデナイトの磁場配向挙動を明らかにし、モルデナイトのb 軸およびc 軸が優先的に配向した成形体を得ることに成功している。もし、その配向組織を崩壊させることなく、試料を緻密化できれば、モルデナイトのb 軸およびc 軸配向緻密膜を得ることができる。本研究では、モルデナイト無配向膜およびb 軸優先配向膜を前駆体膜とし、緻密固化の実現を目指して、水熱反応条件を検討した。

  • Preparation of the oriented lanthanum-silicate bulk ceramics by the strong magnetic field colloidal process method

    高橋聡志, 小林 清, 鈴木 達, 鱒渕友治, 目 義雄, 石垣隆正, 打越 哲郎

    日本セラミックス協会2013年年会 

    Presentation date: 2013.03

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    固体酸化物燃料電池(SOFC)は、貴金属触媒を用いることなく多様な燃料を利用可能という特徴がある一方で、作動温度の高さによる周辺部材の劣化の問題が指摘されており、中低温域でYSZを凌ぐ酸素イオン導電性を示す材料の研究が盛んにおこなわれている。ランタンシリケートは、c軸方向に酸素イオンが配列したアパタイト型の結晶構造を有し、この方向に高い酸素イオン伝導性を示す。それ故、結晶c軸が配向した焼成体の作製が近年特に注目されている。これまでにLa2SiO5とLa2Si2O7の焼成体からなる拡散対を1600℃、〜100h熱処理することで、2層の中間にランタンシリケートの薄い配向多結晶層を作製した例が福田らにより報告されているが、大きなサイズで高配向な緻密配向体を作製した報告はない。本研究では、La9.33(SiO4)6O2の粉体を強磁場中で鋳込み成形した後に焼成することで、ランタンシリケートのバルク配向体の作製を試みた。

  • AAO-template assisted synthesis and evalution of TiO2 nanomaterials

    愛須 一史, 鈴木 達, 鈴木 義和

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2013.03

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    チタニアは顔料、化粧品、ガスセンサー、電子デバイス、光触媒、触媒担体、色素増感型太陽電池などの幅広い用途で利用されている。チタニアの様々な機能性を向上させるため、1次元ナノ構造を有するチタニアが研究されている。1次元ナノ構造のTiO2の作製方法としては、水熱合成法、テンプレート法、陽極酸化法などがある。我々は、陽極酸化アルミナをテンプレートとして用いることで、形状を制御し、高比表面積のチタニアナノ材料の作製を試みた。

  • Anisotropic Science and Technology for Ceramics

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    IWNMD2012 

    Presentation date: 2012.12

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    セラミックス材料における各種特性改善と信頼性向上のために、その微細組織が特性を支配する重要な因子の一つであるため、結晶粒微細化、粒子分散、粒界制御等において巧緻な組織制御技術が試みられてきた。気体や液体を除いた物質や材料においては、その特性が完全に等方的であることは稀であり、性質が異方的であることを利用して有用な材料とする場合が多くある。Al2O3、AlN、TiO2などの反磁性体、常磁性体では、その磁化率が極めて小さいことから磁場の作用を受けない物質(いわゆる非磁性物質)として扱われることが通常であり、磁場による配向などの組織制御は出来ないとするのが常識的な考えであったが、我々は、コロイドプロセスを用いることでこれらの弱磁性セラミックスにおいて強磁場配向が可能であることを見出している。本発表では、セラミックスにおける磁場配向プロセスを概説し、筆者らの結果も含めた適用例を紹介する。

  • Fabrication of Orientation Controlled Mordenite Seed Layer on Porous Ceramic Substrate in Strong Magnetic Field

    UCHIKOSHI, Tetsuo, MATSUNAGA, Chika, SUZUKI, Tohru, Motohide MATSUDA

    2012 Collaborative Conference on Crystal Growth 

    Presentation date: 2012.12

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    Fabrication of orientation controlled mordenite seed layer on porous ceramics substrates were performed by slip casting in a 12 T strong magnetic field. The magnetic field was applied in the following ways: (a) vertically-applied static magnetic field, (b) horizontally-applied static magnetic field, (c) horizontally-applied, rotating magnetic field. It became apparent that the b- or c-axis orientated mordenite layer can be selectively obtained by applying a static or a rotating magnetic field.

  • Fabrication of dense textured Ti3SiC2 films by electrophoretic deposition in a strong magnetic field

    MISHRA, Mrinalini, SATO, Kimitoshi, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    29th International Korea-Japan Seminar on Ceramics 

    Presentation date: 2012.11

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    Texture development was achieved by performing EPD in a strong magnetic field (12T). The c-planes could be aligned on the substrates when the applied electric field was perpendicular to magnetic field and a,b-planes could be aligned when the applied electric field was parallel the magnetic field direction. Application of strong magnetic field (~12T) followed by pressure-less sintering by adding sintering aids resulted in dense, textured films of Ti3SiC2 on Al2O3

  • Fabrication of Textured Ti3AlC2 Ceramic by Slip Casting in Strong Magnetic Field and Spark Plasma Sintering

    MIZUNO, Yutaka, SAKKA, Yoshio, MISHRA, Mrinalini, SATO, Kimitoshi, SUZUKI, Tohru

    29th International Korea-Japan Seminar on Ceramics 

    Presentation date: 2012.11

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    The Plate-like Ti3AlC2 powder was fabricated by ball-milling of the heated powder mixture. A dense, textured Ti3AlC2 was fabricated by SPS of green body. The relative density was found to exceed 99%.The degree of orientation calculated from the above equation was 0.99.

  • 水系電気泳動堆積プロセスに関する研究

    打越 哲郎, Laximidhar BESRA, 鈴木 達, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会 平成24年度秋季大会 

    Presentation date: 2012.11

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    EPD用サスペンションの分散媒には、現在有機溶媒が多く用いられている。コストや環境問題、粒子分散性の高さや多岐にわたる分散剤が利用できる利点から水系サスペンションの利用が求められているが、水の電気分解で発生する気泡が粒子堆積層内に巻き込まれ膜質や膜密度を低下させる問題を抱えており、水系溶媒の使用は実用化に至っていない。我々は、電極基材や添加剤の選択などから気泡の発生を抑止するための様々な工夫を行い、EPDプロセスを非水系プロセスから環境負荷の少ない水系プロセスへ転化させるための基礎研究を行ってきた。本講演では、Pdカソード基板を用いたりDCパルス電場を用いた気泡の抑止方法の他に、水系EPDプロセスにおける粒子堆積のメカニズムや、EPDプロセスに適したサスペンションの設計指針などについても紹介する。

  • Preparation of the oriented lanthanum-silicate bulk ceramics by the strong magnetic field colloidal process method

    高橋聡志, 打越 哲郎, 小林 清, 鈴木 達, 目 義雄, 鱒渕友治, 石垣隆正

    無機マテリアル学会 第125回学術講演会 

    Presentation date: 2012.11

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    ランタンシリケートは、六方晶系アパタイト型構造をとり、c軸方向に酸素イオンが配列した結晶構造に由来して、c軸方向に高い酸素イオン伝導性が発現することが知られている。このバルク焼結体の結晶粒配向を制御することができれば、中低温域で高い発電効率を持つSOFCの作製が期待できる。本研究では、La9.33Si6Oxの粉体を強磁場中で鋳込み成形したのちに焼成することで、ランタンシリケートのc軸配向バルク多結晶体を作製し、その電気伝導度異方性について評価した。

  • New developments in electrophoretic deposition process

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    3rd NIMS-Saint Gobain Center Workshop 

    Presentation date: 2012.10

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    Electrophoretic deposition (EPD) is a colloidal process wherein ceramic bodies are directly shaped from a stable colloid suspension by a dc electric field. Compared to other advanced shaping techniques, the EPD process is very versatile since it can be modified easily for a specific application. EPD is also gaining increasing interest as a processing technique for production of novel inorganic nanostructured and nanoscale materials. In this presentation, we will introduce our recent studies on EPD for variety of applications in structural and functional ceramics, and discuss its versatility and potentiality.

  • 磁場と電場を用いた配向積層セラミックスの創製と亀裂偏向

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    セラミックス総合研究会 

    Presentation date: 2012.10

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    単相アルミナにおいて、電場と強磁場を用いたコロイドプロセスを行うことで結晶配向と層状構造を制御することにより残留応力を発生させることが可能であることを報告してきている。この残留応力は配向角度と層厚で制御可能であり、この配向制御による劈開面の並びと導入された残留応力が亀裂偏向や破面形態に及ぼす影響を検討した結果について報告する。また、炭化ケイ素への展開も可能であることを述べる。

  • Texturing and anisotropic properties of Borides Ceramics via Strong Magnetic Field Alignment

    Wen-Wen Wu, SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, Wen-Wen Wu

    Materials Science & Technology 2012 Conference & Exhibition 

    Presentation date: 2012.10

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    Highly textured ZrB2-ceramics with an oriented microstructure of elongated ZrB2 grains were fabricated by colloidal processing in a high magnetic field and subsequent sintering. Anisotropic properties of textured ZrB2-based ceramics as well as elongated grain growth behavior of ZrB2 were investigated.

  • Taylored Microstructure of Ceramics by using Magnetic and Electric Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ICAT 64th International Smart Actuator Symposium 

    Presentation date: 2012.10

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    The residual stress generated in each layer during cooling down from the sintering temperature has an influence on the crack deflection, hence the control of the residual stress is important for the crack growth resistance in order to improve the mechanical properties. Our concept is that the crystalline axis depending on the CTE aligns for controlling the residual stress in the monolithic ceramics. The composite was fabricated by alternately changing the angle between the directions of the magnetic and electric fields layer by layer during EPD in 12T. The grains in alternate layers are aligned differently in the multilayer composite. The crack deflection was observed at the boundary between the layers with different orientation. The fracture behavior depended on each layer.

  • Fabrication of solid electrolyte layers on porous SOFC electrode by electrophoretic deposition

    鈴木晴絵, 打越 哲郎, 小林 清, 古谷健司, 鈴木 達, 目 義雄, 宗像文男

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2012.09

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    高温型と呼ばれている固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)の燃料極では、ガスの流通と界面反応をスムーズに行わせるために、高い多孔性が必要となる。燃料極支持型セルでは、電解質膜形成後の焼成過程でも燃料極が高い多孔性を保持し、かつ適度な強度を有するような微細構造設計が重要である。そこで、本研究では気孔を均一に分散することで通気性と強度に優れた多孔性燃料極の形成する条件について検討した。また、その多孔質燃料極上へ電気泳動堆積(EPD)法により電解質及び緩衝層の固体電解質積層膜の形成を行った。

  • Textured Ti3SiC2 dense thin films fabricated by EPD in a strong magnetic field

    ミシュラ ムリナリニ, 目 義雄, 佐藤 仁俊, 鈴木 達, 打越 哲郎

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2012.09

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    Electrophoretic deposition (EPD) was performed from 1 vol% ethanol suspension of Ti3SiC2 to which 30-70 wt% of Ti-Si-TiC (1:1.2:2) molar mixture had been added. 1 wt% PEI and 1 wt% PVB have been used as dispersant and binder respectively. High quality green films of thickness ~1mm on porous Al2O3 substrates, which were devoid of cracks and peel-off could be fabricated. Application of strong magnetic field (~12T) followed by pressure-less sintering resulted in dense, textured thin films of Ti3SiC2 on Al2O3.

  • Control of crack propagation in alumina by residual stress

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2012.09

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    単相アルミナにおいて、電場と強磁場を用いたコロイドプロセスを行うことで結晶配向と層状構造を制御することにより残留応力を発生させることが可能であることを報告してきている。この残留応力は配向角度と層厚で制御可能であり、この配向制御による劈開面の並びと導入された残留応力が亀裂偏向や破面形態に及ぼす影響を検討する。

  • Crystal growth and structural refinement of Na-cancrinite

    越後 拓也, 山田 裕久, 田村 堅志, 鈴木 達

    日本鉱物科学会2012年年会 

    Presentation date: 2012.09

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    Cancrinite [(Na, Ca)6-8(SiAlO4)6(CO3)1.0-1.7・2H2O] は準長石族の一種であり、3次元フレームワーク構造を持つアルミノ珪酸塩鉱物である。Cancrinite族鉱物の結晶化学的研究は数多く行われているが、陽イオンとしてNaイオンのみを含む結晶 (Na-cancrinite) の構造解析結果は報告されていない。そこで本研究では、Na-cancriniteの良質な単結晶を育成し、単結晶X線回折法による結晶構造の精密化を行った。結晶構造解析の結果、炭酸イオンは動的無秩序分布を示し、水分子は静的無秩序分布を示すことが明らかになった。この結果は、cancrinite構造において、陽イオンの種類と量が陰イオンおよび水分子の挙動にも影響を与えることを示唆する。

  • AAO-template assisted synthesis and evalution of TiO2 nanotubes

    愛須 一史, 小澤 隆弘, 鈴木 達, 鈴木 義和

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2012.09

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    TiO2 は色素、化粧品、ガスセンサー、電子デバイス、光触媒、触媒担体、色素増感型太陽電池などの幅広い用途で利用されている。その中でTiO2 の様々な機能性を向上させるため、1 次元ナノ構造のTiO2 が研究されている。1 次元ナノ構造のTiO2 の作製方法としては、水熱合成法、テンプレート法、陽極酸化法などがある。我々は、陽極酸化アルミナをテンプレートとして用いることで、形状を制御し、また熱安定性に優れたTiO2 ナノチューブの作製を試みた。

  • Microstructure control of Barium Titanate Nanoparticles with Necking Structure

    塚本 修平, 藤井 一郎, 中島 光一, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 和田 聡志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2012.09

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    将来の大容量通信に対応する電子デバイス基盤技術としてフィルム状で、比誘電率が100以上のフィルムキャパシタを作製することが求められる。高誘電率なフィルムキャパシタを作製するためには、(I)高誘電率のBaTiO3ナノ粒子を使用する、(II)電気泳動法による高密度集積体の作製、(III)集積体にネッキング構造の導入を行うことが重要となる。我々は、この条件を満たしたフィルムキャパシタを開発してきている。今回は、このフィルムキャパシタについて様々な微構造制御をおこなったので報告する。

  • EPD 法を用いたセラミックスコーティングによる固体酸化物燃料電池カソードの作製

    橋本実和, 松永知佳, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    2012年日本金属学会秋期講演大会 

    Presentation date: 2012.09

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    現在我々は、高効率な発電デバイスとして注目されている固体酸化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell : SOFC)へのEPD 法の応用を検討している。本研究では、低温作動SOFC の電解質として注目されているGd0.1Ce0.9O1.95(GDC)を導電性ポリマーであるPolypyrrole(Ppy)によって表面コーティングし、EPD によるカソード層の作製を検討した。焼成後に、電解質とカソード層間で、焼付け処理中での電解質とカソード層の熱挙動が異なるためと考えられる剥離が観測された。多孔材として用いたてんぷんの添加量を変化させ焼付けを検討した結果、適当量のでんぷんを添加することによって焼付け状態の改善に成功した。

  • Crystal structure and cation exchange properties of Na-cancrinite

    ECHIGO, Takuya, YAMADA, Hirohisa, TAMURA, Kenji, SUZUKI, Tohru

    The 2nd Asian Clay Conference 

    Presentation date: 2012.09

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    Single crystals of cancrinite were grown under hydrothermal condintion (500˚C under 1 kbar for 14 days) using synthetic hydroxyl-sodalite and sodium oxalate. SC-XRD data were collected by Bruker SMART APEX II CCD diffractometer. The successive stacking of the layers forms large channels running along [001] in which extra-framework cation (Na+), anion (CO32-) and H2O molecules are hosted. These extra-framework ions/molecules show disordered distribution which were not observed in other cancrinite group minerals.

  • Control of orientation in ceramic films and layers using EPD in a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, KAWAKITA, Mamiko, KAWAKITA, Jin, SAKKA, Yoshio

    ICFPE 

    Presentation date: 2012.09

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    Tailoring the crystallographic orientation in ceramics is one way of effectively improving their properties, such as electrical, piezoelectric and mechanical properties. In this decade, we have reported that the successful control of the crystallographic orientation in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. Electrophoretic deposition (EPD) is a colloidal processing technique wherein ceramics bodies are directly shaped from a stable colloid suspension by a dc electric field. Complex shaped ceramics, ceramic films and coating of the metallic substrate can be easily attained. In this study, crystallographic oriented ceramics films and layers were fabricated by EPD in a strong magnetic field in order to improve their properties.

  • EFFECT OF TEHRMAL TREATMENT ON DEVELOPMENT OF TEXTURED MICROSTRUCTURE OF HEMATITE PREPARED BY MAGNETIC FIELD-ASSISTED COLLOIDAL PROCESSING

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    ICCCI2012 

    Presentation date: 2012.09

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    Textured hematite was fabricated via thermal treatment of textured goethite using magneto scientific technique. The consolidated cake of the goethite, which was prepared by slip casting in a 2 T magnetic field, was dried and then thermally treated in air out of the magnetic field in order to transform it into hematite. It was observed that the orientation of hematite was improved by heating, and a completely-textured microstructure with the Lotgering factor, which is an index of the degree of c-axis grain alignment, F=1.0 was accomplished at 1473 K.

  • Control of Laminar Structure in Alumina Using EPD in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ICCCI 2012 

    Presentation date: 2012.09

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    Layered structure has been proposed as an alternative for the design of structural ceramics. The residual stress generated in each layer during cooling down from the sintering temperature has an influence on the crack deflection and crack bifurcation, hence the control of the residual stress is important for the crack growth resistance in order to improve the mechanical properties. We have reported that the layered structure in alumina could be produced by EPD in a strong magnetic field. Hence, in this study we attempt to control the residual stress in alumina/alumina laminar composites with different crystalline-oriented layers by EPD in a strong magnetic field to study the crack deflection and the fracture behavior in the laminar alumina composites.

  • The impact of crystalline orientation control on Li ion battery

    穂積正人, 小谷 幸成, 山田 英登, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    ICCCI2012 

    Presentation date: 2012.09

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    Rechargeable Li ion batteries are expected as a key device for environmentally friendly technology, and further increase of energy density is required for EV, Plug-in HV and other large scale applications. The simple and direct way for increasing energy density is to enlarge ratio of active material in electrodes ideally up to 100 %. The LiCoO2 is the most commonly used cathode active material in Li ion batteries and has reasonably high ionic and electronic conductivity. However, we need to control grain boundary and crystalline orientation of LiCoO2 to realize 100 % active material electrode with this material due to anisotropic ionic/electronic conductivity. In this study, we evaluated the oriented cathode material as an electrode of Li ion batteries.

  • Relationship between grain growth and orientation of the oriented LiCoO2 prepared by colloidal processing in a strong magnetic field

    YAMADA, Hideto, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, Hozumi Masato, KOTANI Yukinari, SAKKA, Yoshio

    ICCCI2012 

    Presentation date: 2012.09

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    An all-solid-state Li-ion battery is expected to have a high durability and safety. Despite this advantage, the problems are lower ionic conductivity of the solid electrolyte and lower power as compared with the general liquid type Li-ion batteries. One of the solutions is to optimize the interface of the active material. LiCoO2 is one of the popular cathode materials for Li-ion secondary battery, which has a layered rock-salt structure. The property of layered materials depends on the anisotropic crystallographic structure. We prepared a crystalline-oriented bulk LiCoO2 by slip casting in a strong magnetic field. In this study, we will discuss the relationship between the grain growth and the crystal orientation.

  • Fabrication of textured ceramics and their some properties through colloidal processing in strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    CMEET-2012 

    Presentation date: 2012.08

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    The colloidal processing in a strong magnetic field can be applied to fabrication of textured ceramics, such as -alumina, titania, zinc oxide, hydroxyapatite (HAP), aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, MAX phase materials, LiCoO2, etc. Also textured ceramics with complicated structure can be fabricated by reaction sintering, such as alumina, -Si3N4, etc.

  • Control of Textured Microstructure in SiC by Colloidal Processing in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    CMEET 

    Presentation date: 2012.08

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    High efficiency of energy production is required and expected to be achieved by increasing the operating temperature of engines and turbines combined with a reduction of the weight of their components. Engineering ceramics for high temperature is excellent candidate to fulfill them. The crystallographic orientation is one possible way to enhance their properties for high temperature. The orientation processing, which was slip casting in a strong magnetic field, could be applied to the SiC and the c-axis of the SiC became aligned parallel to the magnetic field. The 3-point bending strength in the direction parallel to the c-axis is higher than that in the direction perpendicular to the c-axis in the textured SiC. Development of orientation was examined.

  • Characterization of the Magnetic Anisotropy of α-Fe2O3 by Using Highly-Textured Polycrystalline α-Fe2O3 Sintered Bodies

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    ICTA2012 

    Presentation date: 2012.08

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    α-Fe2O3 is a well-known iron oxide. It is magnetically classified in a weak ferromagnetic group at room temperature and it possesses magnetic anisotropy which is originated in asymmetric crystalline structure. The magnetic properties of α-Fe2O3 have been characterized using natural hematite single crystals; however natural hematite usually includes impurity elements and the doping effect of the impurities cannot be excluded. In this study, the anisotropic magnetic property of α-Fe2O3 was investigated using highly-textured polycrystalline α-Fe2O3 bulks.

  • Powder Processing Researches in NIMS

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    2012年度第2回関東談話会 「ジャカルタ研修会」 

    Presentation date: 2012.07

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    粉体の合成、および粉体を用いたプロセスは材料創製において重要な技術の一つである。粉体の合成では、水熱合成、ゾルゲルなどの化学的作製法や噴霧法やプラズマを用いた物理的方法などがある。本発表では、NIMSにおける粉体に関する研究について紹介を行う。特に、ハイブリッド噴霧法、強制プラズマ蒸発法による粉末作製、さらに粉末成形にコロイドプロセスを用いた組織制御に関して概説する。

  • lectrophoretic deposition of cathode layer on dense electrolyte coated with conducting polypyrrole for solid oxide fuel cell

    Miwa HASHIMOTO, MATSUNAGA, Chika, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, Motohide MATSUDA

    STAC6 

    Presentation date: 2012.06

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    Electrophoretic deposition (EPD) is a colloidal process, having some technological advantages. One of the advantages is easy fabrication of thickness-controlled multi-layers on planar or cylindrical substrates. On the application of the EPD process for SOFC assembly, the substrate materials should be electrically conductive; therefore, some type of conducting coating which should be easily removed during sintering is prerequisite. In this study, conducting polypyrrole (Ppy) was applied on dense Gd0.1Ce0.9O1.95 (GDC) electrolytes for the fabrication of La2NiO4 (LNO) cathode layer by the EPD process.

  • Shrinkage Behavior of Oriented LiCoO2 Prepared by Slip Casting in Strong Magnetic Field

    YAMADA, Hideto, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, Hozumi Masato, SAKKA, Yoshio

    STAC-6 

    Presentation date: 2012.06

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    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics science and technology since it is one of the effective ways to improve their properties. One of the popular cathode materials for Li-ion secondary battery is LiCoO2, which has a layered rock-salt structure. The property of layered materials depends on the anisotropic crystallographic structure. We have previously reported that LiCoO2 has a magnetic anisotropy and the particles can be aligned using a strong magnetic field. We prepared a crystalline-oriented bulk LiCoO2 by slip casting in a strong magnetic field. In this study, we will discuss the relationship between the development of the crystallographic orientation and the sintering behavior.

  • Fabrication of Textured Polycrystalline Hematite via Topotactic Phase Transformation of Goethite using Magneto-Scientific Technique

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    STAC6 

    Presentation date: 2012.06

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    Textured hematite was fabricated from paramagnetic goethite by electrophoretic deposition in a strong magnetic field followed by thermal treatment via topotactic phase transformation. The completely-textured hematite was obtained by sintering the goethite compact at 1200 C in air. Fig.1 shows the XRD patterns of the compact before and after the sintering. The a,b-axes of the goethite was taken over the c-axis of the hematite through the topotactic phase transformation The textured hematite showed magnetic anisotropy depending on the direction of the crystallographic axes.

  • Fabrication of GDC/LSGM/GDC Layered Composite on Porous NiO-YSZ by Sequential Electrophoretic Deposition Process

    Harue SUZUKI, UCHIKOSHI, Tetsuo, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, Tatsuo SUGIYAMA, Kenji FURUYA, SAKKA, Yoshio, Fumio MUNAKATA

    STAC6 

    Presentation date: 2012.06

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    The formation of the layered structures of GDC/LSGM/GDC on the polypyrrole-coated NiO-YSZ substrate was performed by a sequential electrophoretic deposition process. After the lamination process, the deposited layers were dried in air and then sintered together with the porous NiO-YSZ substrate at 1400 ºC for 2h. The GDC/LSGM/GDC layered composite with good interfacial bonding was successfully fabricated on the porous NiO-YSZ.

  • The Orientation of L-type Zeolite Particle through Colloidal Processing in Strong Magnetic Field

    MATSUNAGA, Chika, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, Motohide MATSUDA

    STAC6 

    Presentation date: 2012.06

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    Fabrication of orientation controlled L-type zeolite seed layer on porous ceramics substrates were attempted in a strong magnetic field to extend the applicability of the magneto-scientific process to another zeolite. A commercial L-type zeolite powder was dispersed in distilled water and agglomerated secondary particles were removed by sedimentation prior to the use. The supernatant suspension was consolidated by slip casting or electrophoretic deposition under a static magnetic field of 12 T. It was revealed that the c-axis of L-type zeolite can be aligned by applying a static magnetic field.

  • Densification of SiC by colloidal processing and SPS without sintering additives

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    STAC6 

    Presentation date: 2012.06

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    It is difficult to densify SiC at temperatures below 2000C without sintering additives even if SPS is used. Colloidal processing is a very effective technique for controlling the pore size distribution in green compacts before sintering. The green compacts having small residual pores with a narrow size distribution is expected to enhance the densification at low sintering temperature. When the green compact prepared by slip casting was sintered by hot pressing, the density was 78%. However, the density of SiC sintered by SPS increased with the increasing sintering temperature. The relative density of SiC prepared by SPS was more than 97% at the sintering temperature of 1950C.

  • Uniformly Porous MgTi2O5 with Narrow Pore-Size Distribution: XAFS Study, Improved In-Situ Synthesis, and New In-Situ Surface Coating

    Yoshikazu Suzuki, SUZUKI, Tohru, Yutaka Shinoda, Katsumi Yoshida

    STAC6 

    Presentation date: 2012.06

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    Recently, we have focused another pseudobrookite-type oxide, MgTi2O5, as a low thermal expansion material. Thinking about its low thermal expansion, low-cost, non-toxicity, and refractory composition, MgTi2O5 is a potential thermal-shock resistant material. In our previous report, substantially single-phase porous MgTi2O5 ceramics with very narrow pore-size distribution were successfully prepared by one-step reactive sintering. In this presentation, further studies on the porous MgTi2O5 will be reported, viz., (1) XAFS study of porous MgTi2O5 based on our previous paper, (2) improved in-situ synthesis, and (3) new "in-situ surface coating," which enables in-situ MgTi2O5 synthesis, in-situ uniform pore formation, and in-situ surface coating in only one-step heating.

  • Textured ZrB2-based ultra high temperature ceramics from rod-like ZrB2 starting powders

    Hai-Tao Liu, WU, Wenwen, SUZUKI, Tohru, Guo-Jun Zhang, SAKKA, Yoshio

    STAC6 

    Presentation date: 2012.06

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    Using rod-like ZrB2 powder as starting materials, textured ZrB2-based UHTCs can be obtained via tape casting together with hot pressing and slip casting in strong magnetic field alignment followed by SPS.

  • Tailored microstructure of ceramics by using electric and magnetic fields

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    NIMS Conference 2012 

    Presentation date: 2012.06

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    組織と結晶の配向は材料特性に大きく影響し、特性改善のための効果的な組織制御手法の一つである。セラミックス積層コンポジットでは、機械特性を改善する手法の一つとして熱膨張率の異なる材料を積層させ残留応力を発生させることにより亀裂進展を制御する方法が試みられている。圧縮応力層と引張り応力層との界面では、亀裂進展が偏向・阻害されることで強靭化が期待される。我々のグループで検討してきた組織制御手であるEPD法の積層体成形と強磁場を組み合わせる方法での各々の層の結晶方位を制御した配向制御積層構造の作製とその亀裂偏向について紹介する。

  • EPD法による多孔質NiO‐YSZ基板上へのセリア系およびランタンガレート系固体電解質積層膜の形成

    鈴木晴絵, 打越 哲郎, 小林 清, 古谷健司, 鈴木 達, 目 義雄, 宗像文男

    粉体粉末冶金協会春季大会 

    Presentation date: 2012.05

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    SOFCの特性向上には電極と電解質の微細構造設計が重要である。このとき、前者では機械的強度に加え高い多孔性と十分な三相界面の形成が、後者では緻密化と膜厚制御に加え電極材との反応抑制が大きな要因となる。特にランタンガレート系電解質では、電極との反応を防ぐセリア系緩衝層の挿入が、セル構築において検討されている。そこで、本研究では、まずNiO-YSZ複合粒子とライススターチのヘテロ凝集を利用した多孔質燃料極の作製方法について検討した。次に、この多孔質電極上に電気泳動堆積(EPD)法でGDC/LSGM/GDCの交互積層膜を形成させ、さらにこれを一体焼成することにより、高い多孔性を保持した燃料極上に緻密な電解質積層膜を形成させるプロセス条件について検討した。

  • 配向と積層成形を用いたセラミックスの微構造制御

    鈴木 達, 川名 孝弥, 打越 哲郎, 阿部 修実, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会 春季大会 

    Presentation date: 2012.05

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    これまでに、常磁性体や反磁性体粒子も磁場配向できる強磁場コロイドプロセスの一つである強磁場中電気泳動堆積法(Electorophoretic Deposition: EPD)において、磁場印加方向に対し、電極基板の傾き(B-E)を変化させることで、粒子の配向方向を任意に設定でき、一定時間ごとに電極基板の傾きを変化させることで、層ごとに配向方向が異なる配向積層体を単一組成で作製できることを報告してきた。本手法により作製した配向積層アルミナは、単一組成で構成されているが残留応力の導入が可能であり、さらに、層を構成する粒子が結晶配向しているため、結晶異方性による亀裂偏向も期待できる。そこで、本研究では、強磁場中EPD法を用いて、Al2O3単一組成の配向積層体を作製し、その破壊形態と亀裂進展挙動を調べた。

  • Fabrication and some properties of textured ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    10th CMCEE 

    Presentation date: 2012.05

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    Crystalline-textured controlled laminated composites can be fabricated using electrophoretic deposition by varying the angle between the vectors of electric field and magnetic field. Some anisotropic properties will be demonstrated.

  • Transformation mechanism of the sodalite-to-cancrinite phase transformation in oxalate-bearing solution

    越後 拓也, 山田 裕久, 田村 堅志, 鈴木 達

    日本地球惑星科学連合2012年大会 

    Presentation date: 2012.05

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    Cancrinite [Na6Ca2(AlSiO4)6(CO3)2•2H2O] は3次元フレームワーク構造を持つ準長石族の一種で、ケージ内に陽イオンとしてNa+、K+、Ca2+、陰イオンとしてCO32-、Cl-、OH-、SO42-、NO3-, C2O42- を含むものが天然環境に産出する(Gaines et al. 1996, Chukanov et al. 2010)。最近、ロシアのコラ半島において、シュウ酸イオンを含有した cancrinite族鉱物 kyanoxalite [Na7(AlSiO4)6(C2O4)0.5-1.0•5H2O] がアルカリ深成岩体中から報告された (Chukanov et al. 2010)。同地域に産出するkyanoxalite は、sodalite [Na4(AlSiO4)3Cl] を交代した産状を持つことから、シュウ酸を含む熱水の作用があったと考えられるが、その生成機構については不明な点が多い。そこで本研究では、kyanoxaliteの生成場を模した環境でシュウ酸を含有したcancriniteを合成し、kyanoxaliteの生成機構を考察することを目的とする。

  • Preparation of Laminar Ceramics with Different Oriented Layers by Electrophoretic Deposition in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    MAP 5 

    Presentation date: 2012.05

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    We demonstrate that laminar composites with different crystalline-oriented layer are produced by electrophoretic deposition (EPD) in a strong magnetic field. This composite was fabricated by alternately changing the angle between the directions of the magnetic and electric fields layer by layer during EPD in 12T. The grains in alternate layers are aligned differently. The crack deflection was observed at the boundary between layers with different orientations due to the residual stress.

  • Highly controlled orientation of Piezoelectric Ceramics using a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Yashinari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    Ceramic Interconnec and Ceramic Microsystems Technologies 

    Presentation date: 2012.04

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    Bi層状化合物などの無鉛圧電セラミックスにおいて、その特性を向上させるために結晶軸を揃える配向制御が行われている。配向を付与するために、TGG法やホットホージ、強磁場を用いた成形が用いられ、TGG法ではc軸配向が可能であり、強磁場を用いた場合にはa,b軸配向が可能となる。しかし、これらの手法を用いた場合には、一軸のみの配向制御であった。そこで、本研究においては、板状粒子による配向付与と強磁場成形を組み合わせることにより、a, b軸とc軸という異なる軸の配向を同時に制御することを考え、CaBi4Ti4O15への適用を試みた。さらに他の圧電体への展開も試みた。

  • Control of crystallographic orientation in SiC by EPD in a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ISASC2012 

    Presentation date: 2012.03

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    The successful control of the development of a textured microstructure in feeble magnetic ceramics was achieved by EPD in a strong magnetic field and the combination of the orientation and lamination was one of the possible ways of tailoring the microstructure to improve the mechanical properties and other properties due to the superposition effect. We have already reported that production of alumina/alumina laminar composites with different crystalline-oriented layers by EPD in a strong magnetic field was achieved.In this study, we demonstrate that control of the crystallographic orientation in SiC was achieved by EPD in a strong magnetic field.

  • Fabrication of textured -Si3N4 and -Sialon by slip casting

    SAKKA, Yoshio, ZHU, Xinwen, SUZUKI, Tohru

    ISASC2012 

    Presentation date: 2012.03

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    This paper reviews the important results by the authors on the processing of textured -Si3N4 and beta-sialon by slip casting in a strong magnetic filed of 12 T and reaction-sintering with additives of alumina and yttria. The a, b-axis textured beta-Si3N4 and beta-sialon have been obtained using the static magnetic field because of the magnetic susceptibility of a, b >  c for beta-Si3N4. Moreover, the c-axis textured -Si3N4 has also been successfully obtained using a rotating magnetic field.

  • Processing of solid oxide fuel cell using electrophoretic deposition technique

    橋本実和, 松永 知佳, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    第4回資源・環境対応セラミックス材料/技術研究講演会 

    Presentation date: 2012.03

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    現在我々の研究グループは、廉価的なプロセスで、薄膜から厚膜まで膜の厚さを広範囲に制御可能な電気泳動堆積(EPD)法を用いてSOFCのプロセッシングに取り組み、逐次EPDによる薄膜電解質型セルの簡便製造や電極構造の高次制御などを検討している。ここでは、カソード層形成に対するEPDの適用について報告する。

  • Fabrication and characterization of Li-ion batteries using the sintered oriented LiCoO2

    山田 英登, 鈴木 達, 打越 哲郎, 穂積正人, 小谷 幸成, 目 義雄

    益社団法人日本セラミックス協会 2012年 年会 

    Presentation date: 2012.03

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    Liイオン2次電池は携帯機器をはじめ様々な分野に適用されており、LiCoO2は層状酸化物の正極材料として広く知られている。物質の諸特性は結晶方位により異なることが多く、その特性向上のひとつの手法として、特定の結晶方位を優先的に成長させたり並べたりするなどの配向制御が注目されている。我々は、反磁性セラミックス粒子のコロイド分散系に強磁場を印加、成形することにより結晶方位の制御されたセラミックス材料を創製し、種々の特性向上を図る試みを行っている。そこで、我々はLiCoO2の磁気異方性に着目し、強磁場印加コロイドプロセスによるLiCoO2配向体の作製を試みた。また、得られた配向焼結体を正極とする電池を作製し、配向と電池特性の関係について検討した。

  • 強磁場中EPD用いた積層アルミナの配向制御と亀裂進展特性

    鈴木 達, 川名 孝弥, 打越 哲郎, 阿部 修実, 目 義雄

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2012.03

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    組織と結晶の配向は材料特性に大きく影響し、特性改善のための効果的な組織制御手法の一つである。セラミックス積層コンポジットでは、機械特性を改善する手法の一つとして熱膨張率の異なる材料を積層させ残留応力を発生させることにより亀裂進展を制御する方法が試みられている。圧縮応力層と引張り応力層との界面では、亀裂進展が偏向・阻害されることで強靭化が期待される。我々のグループではEPD法の積層体成形方法と強磁場を組み合わせることで、各々の層の結晶方位を制御した配向制御積層構造の作製を行い、結晶方位に依存した熱膨張係数の差異による残留応力を導入することに成功している。本研究では、層厚と結晶方位を制御したアルミナを作製し、その積層体での亀裂進展過程を検討した。

  • Tailoring ZrB2-based Ultra High Temperature Ceramics via Strong Magnetic Field Alignment

    Wen-Wen Wu, 目 義雄, 鈴木 達, Guo-Jun Zhang

    日本セラミックス協会年会 

    Presentation date: 2012.03

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    With a combination of excellent properties, including extremely high melting temperatures, high hardness, low volatilities, good thermal and electrical conductivities, ZrB2-based ultra high temperature ceramics (UHTCs) become viable candidates for high-temperature structural applications. ZrB2 owns AlB2-type hexagonal structure (P6/mmm) and shows high anisotropy in single-crystal form, platelet ZrB2 grains could be formed in reactive hot pressed ZrB2-MoSi2 at temperature of 1650 C. In present work, textured ZrB2 and ZrB2-MoSi2 ceramics were fabricated via strong magnetic field alignment during slip casting, followed by spark plasma sintering. The results on sintering, microstructure and the anisotropic properties of the received textured ceramics will be reported

  • Fabrication of electrode for solid oxide fuel cell by electrophoretic deposition

    橋本実和, 松永 知佳, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会2012年年会 

    Presentation date: 2012.03

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    現在、SOFCの電極層形成はtape-casting、screen-printingおよびdip-coatingなどによって行われているが、更なる高性能化に向け、より高度な微細構造制御を可能とする電極形成プロセスの開発が求められている。我々は、堆積膜の微細構造を原理上粒子サイズオーダーで制御でき複雑形状の基板上にも均質な膜形成が可能な電気泳動堆積(EPD)法の適用について検討を進めている。しかし、EPDプロセスにおいては、堆積用基板に導電性が必要となるが、電解質基板は導電性が低いためEPD電極として通常用いることができない。そこで本研究では、GDC電解質表面に導電性を付与させる目的で、導電性ポリマーによる表面コーティングを行い、EPDによるLNO電極の作製を検討した。

  • 強磁場中電気泳動堆積法で作製したAl2O3配向積層材料の亀裂進展挙動

    川名 孝弥, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 阿部 修実

    セラミックス基礎科学討論会 

    Presentation date: 2012.01

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    積層構造をもつセラミックス材料は、組成の異なる材料を重ね合わせて、焼成することで作製することが多いが、粒子の結晶方位を任意に制御することが出来る強磁場中電気泳動堆積法を用いると、単一組成で層毎に結晶方位がことなる配向積層材料を作製することが出来る。本研究では、層毎の結晶方位の組み合わせと層厚を変化させ、作製したアルミナ配向積層材料の強度や亀裂進展挙動の検討を行った。

  • Magnetic Orientation of L-type and Mordenite Zeolite Particles

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    セラミックス基礎科学討論会第50回記念大会 

    Presentation date: 2012.01

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    我々は、ゼオライトの結晶磁気異方性を利用したゼオライト配向膜の作製を試み、現在までに、斜方晶系に属するモルデナイト(MOR)について、磁化容易軸がb軸、磁化困難軸がc軸であることを明らかにするとともに、磁場の印加方法の選択でbまたはc軸方向に優先配向した粒子成形体の作製が可能であることを示した。しかし、モルデナイトの板状結晶に由来した配向への影響も示唆され、配向方位の制御には形状因子の分離が課題となった。そこで、本研究では、磁場配向プロセスの有効性をより検証するために、粒子凝集が比較的少なく粒状に近い形状を有し、六方晶系に属するL型ゼオライト(LTL)を用い、強磁場による配向挙動を調べるともにその磁化容易軸を決定した。また、モルデナイトとの磁場配向挙動の違いについても比較検討した。

  • 電圧緩和法によるオキシアパタイト型ランタンシリケートの電子拡散係数評価

    小林 清, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    第37回固体イオニクス討論会 

    Presentation date: 2011.12

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    酸化物イオン伝導体であるオキシアパタイト型ランタンシリケートの欠陥構造解明につながる欠陥濃度定量を目標として,Hebb-Wagnerセルを用いた電圧緩和法による電子拡散係数の解析を試みた.解析のための非線形理論式を導出し,さらに大容量データを用いた非線形最小自乗法を適用する新しい手法によって得られた結果を発表する.

  • Milliwave Sintering of SiC with Boron and Carbon additives

    SEKIMOTO, Masayasu, SUZUKI, Tohru, TANAKA, Hidehiko, NISHIMURA, Toshiyuki, SAKKA, Yoshio

    The 28th Japan-Korea International Seminar on Ceramics 

    Presentation date: 2011.11

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    Microwave heating is one of the new sintering processes in which the materials absorb the electromagnetical energy of microwave and the absorbed energy is transformed into heat. On the other hands, silicon carbide is one of the most important ceramic materials. We focused attention on “selective heating” in the feature of microwave heating, and propose new sintering process that can improve the sinterability by heating carbon as the sintering additives on the surface of SiC particles. In this study, we tried to densify SiC by heating carbon which has superior microwave absorption characteristic and improving the reaction between the surface of SiC particles and additives by heating up only the sintering additives at the local area of particle surface.

  • Fabrication of textured hematite via topotactic ransformation of textured goethite and evaluation of its anisotropic magnetic property

    打越 哲郎, 鈴木 達, 白幡 直人, 目 義雄

    無機マテリアル学会第123回学術講演会 

    Presentation date: 2011.11

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    常磁性体かつ結晶磁気異方性の大きいゲーサイト粒子を出発原料に用い、2〜6Tの強磁場中で強磁場電気泳動法で固化成形することで、配向方位が任意に制御されたゲーサイトの配向成形体を得た。これを大気中で熱処理することにより、ゲーサイト→ヘマタイトのトポタクチック反応を利用して、ヘマタイト配向膜を得た。このとき、スラリーに印加する磁場-電場ベクトル方位の制御で、優先配向面が異なり、かつ配向度の極めて高いヘマタイト配向膜の作製に成功した。さらに、このヘマタイト配向膜の磁気特性についても評価した。

  • 二次成長法による多孔質アルミナ管内壁へのL型ゼオライト膜コーティング

    打越 哲郎, Laksana Kreethawate, 松永 知佳, 松田元秀, 鈴木 達, 目 義雄

    インケム東京2011産学官マッチングフォーラム 

    Presentation date: 2011.11

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    支持体上に種結晶を塗布し水熱処理によって膜化する二次成長法はゼオライト膜の合成法として一般的であるが、良質な膜形成には種粒子の均一な塗布が重要である。本講演では、[001]方向に酸素12員環(孔径0.71 nm)の一次元細孔構造を有し、触媒担体、カチオン交換反応やガス分離膜への応用が注目されているL型ゼオライトを例に、電気泳動堆積法(Electrophoretic Deposition: EPD)による種結晶粒子の塗布と水熱合成法の組み合わせにより、円筒型多孔質アルミナ支持体の内壁へ均一な膜形成を試みた事例を紹介する。

  • 強磁場利用プロセスによるモルデナイトゼオライト配向体の作製

    松永 知佳, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    日本金属学会 2011年秋期(第149回)大会 

    Presentation date: 2011.11

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    ゼオライトは構造内に分子サイズオーダーの細孔を有し、古くから触媒や吸着体として利用されている。一方、近年、ゼオライトが持つミクロ細孔をより高度に利用する目的で、ゼオライト細孔の規則配列化が注目されている。本研究では、強磁場を利用したプロセスで、高シリカゼオライトとして知られ、b 軸に沿って0.26 × 0.57 nm、c 軸に沿って0.67× 0.70 nmの開口径の細孔を有するモルデナイトゼオライトの配向体の作製に取り組んだ研究を報告する。

  • Preparation and Characterization of Highly-dispersed Barium Titanate Nanoparticles

    Tatsuya Kita, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada, Ichiro Fujii, Kouichi Nakashima, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, Yoshihiro Kuroiwa, Satoshi Wada

    International Conference on Advanced Electromaterials 2011 

    Presentation date: 2011.11

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    Grain oriented barium titanate (BaTiO3) ceramics with a small grain size were prepared as a candidate for lead free piezoelectric ceramics. In this study, electrophoretic deposition (EPD) under a high magnetic field of 12 T was used to control the crystallographic orientation. The BaTiO3 nanoparticles were consolidated by EPD under a high magnetic field and the green body was sintered at 1350 ˚C for 1 h for the first attempt. The relative density of the ceramics was 91 % of the theoretical density of BaTiO3. X-ray diffraction (XRD) was used to estimate the degree of orientation, and the Lotgering factor was found to be 80.5 % along <111> direction. It was clarified that the degree of orientation increased by narrow distribution of the particles in this study.

  • Microstructure of Potassium Niobate-Barium Titanate Ceramics and Their Dielectric Property

    Kenta Yamashita, Ichiro Fujii, Nobuhiro Kumada, Yoshihiro Kuroiwa, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, Satoshi Wada

    International Conference on Advanced Electromaterials 2011 

    Presentation date: 2011.11

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    Barium titanate (BaTiO3, BT) – based dielectrics have been used for capacitor application due to the high dielectric constant and the flat temperature dependence of the dielectric constant. In this study, first SPS (Spark Plasma Sintering) method was employed to achieve a high density of the interfaces and to see how the dielectric properties change with the interfacial structure. It was found that ceramics prepared by SPS was shown lower dielectric constant than the conventional sintering in spite of higher density. Second, 0.8KN-0.2 BT ceramics were prepared using KN nanopoweder with diameter of 100 nm and BT nanopowders with diameter of 100, 300, or 500 nm.

  • Fabrication of textured ceramics and their some properties through colloidal processing in strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    ICCC7 

    Presentation date: 2011.11

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    We have demonstrated the new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in a high magnetic field and subsequent heating. As colloidal processing, slip casting and electrophoretic deposition (EPD) have been conducted successfully. The colloidal processing in a strong magnetic field can be applied to fabrication of textured ceramics, such as -alumina, titania, zinc oxide, tin oxide, hydroxyapatite (HAP), aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, MAX phase materials, etc. Also textured ceramics with complicated structure can be fabricated by reaction sintering, such as alumina, -Si3N4, etc.

  • 強磁場を用いた常磁性、反磁性材料の配向制御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    PM研究促進展 

    Presentation date: 2011.10

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    フェライトなどの強磁性の粉末ならば、磁場中成形により結晶配向を付与することが可能であったが、アルミナなどの反磁性体では超伝導マグネットを用いた強磁場を使っても配向制御が難しかった。そこで、スラリー状にして、粒子の分散を制御することにより、粒子が回転しやすい状態を作り出すことで、常磁性、反磁性物質であっても配向制御を可能にした。本手法は、結晶構造が等方的でなければ超硬合金として使われるWCなど多岐にわたる材料への適用が可能である。さらに、鋳込み成形、電気泳動堆積など種々の手法が選択可能な汎用性の高いプロセスであるため、複雑形状部品などへの適用も可能である。焼結では、磁場を印可しない通常の焼結方法(ホットプレス、SPSなどを含む)での緻密化や焼結助剤の使用も可能である。

  • SPSとコロイドプロセスを用いた助剤無添加炭化ケイ素の緻密化

    鈴木 達, 打越 哲郎, 西村 聡之, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会 秋季講演大会 

    Presentation date: 2011.10

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    一般的にセラミックス成形体の焼結性を高めるためには、微粒子の均一分散,細孔分布の狭い高密度成形をする必要がある。しかし、従来のドライプロセスで成形するとサブミクロンの微粒子では凝集してしまい、粒子を均一に分散させることは困難である。一方、液体中に粒子を分散させ、次にこの粒子を固化させるというコロイドプロセスは粒子を均一微細に分散,高密度に成形するのに有効な方法である。そこで本研究では、コロイドプロセスを用いて作製した炭化ケイ素成形体を用いて放電プラズマ焼結(SPS)を行うことにより、2000度以下で焼結助剤無添加での緻密化を試みた。

  • 強磁場中電気泳動堆積法で作製したアルミナの配向積層制御

    川名 孝弥, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 阿部 修実

    粉体粉末冶金協会 秋季講演大会 

    Presentation date: 2011.10

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    セラミックス材料の種々の特性を向上させるためには、組織の微構造を制御することが極めて重要である。近年注目されている微構造制御法に、強磁場とコロイドプロセスを組み合わせた配向制御法がある。特に、強磁場と電気泳動堆積法(Electorophoretic Deposition: EPD)を組み合わせた手法は、磁場方向に対する基板の傾きを変化させることで、粒子の配向方向を任意に設定することができ、一定時間ごとに基板の傾きを変化させることにより、層毎の配向方向が異なる配向積層体を作製することができる。しかし、原料粉末の違いによる配向体と配向積層体への影響は明らかにされていない。そこで、本研究では、市販されている3種類のアルミナ粉末を用いて、磁場中EPD法を行い、一定角度に配向させた配向体と配向積層体を作製して、その組織を比較した。

  • The effect of crystal orientation control in positive electrode layer The effect of crystal orientation control in positive electrode layer

    穂積 正人, 小谷 幸成, 山田 英登, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    第52回 電池討論会 

    Presentation date: 2011.10

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    流動性がなく不燃性の固体電解質を用いた全固体電池は、電池構造の簡素化が可能であることから、次世代の高エネルギー密度型電池として期待されている。電池のエネルギー密度は、電池パックやセル設計に加え、電極中の活物質と固体電解質の比率及び電極厚さの設計によって大きく左右される。したがって、更なる高エネルギー密度化には活物質比率の高い電極を設計することが必要であり、そのためには活物質自体の電子及びリチウムイオン伝導性が高くする必要がある。一方、リチウムイオン電池の一般的な正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2 以後LCO)は層状岩塩型構造を取り、電子やリチウムイオンの伝導方向に異方性があることが知られている。そこで本研究では、強磁場を用いて電子やリチウムイオンの伝導に有利な結晶方位に活物質粒子を配向制御した活物質100%の緻密な電極の作製を試みたので、その結果について報告する。

  • 水/エタノール混合スラリーを用いた磁場中電気泳動堆積法による配向積層アルミナの作製と評価

    川名 孝弥, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 阿部 修実

    第27回セラ協 関東支部研究発表会 

    Presentation date: 2011.09

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    近年,強磁場とコロイドプロセスを組み合わせることで,常磁性体や反磁性体のセラミックスでも配向させられることが明らかになり,磁場を利用した組織制御法が注目されている。特に,磁場と電気泳動堆積法(EPD法)を組み合わせた手法は,配向方向が任意に制御された積層体の作製が可能であるため,亀裂の偏向による靱性の改善が期待できるなど,用途に応じた組織デザインが可能である。しかしながら,ミリサイズの厚膜の成形では成形体に割れが生じるという問題があった。この原因はスラリーの溶媒に用いたエタノールの蒸発速度が速いためと推測された。そこで,本研究では,乾燥速度を制御するためにエタノール溶媒に水を混合し,水の体積比の変化による乾燥時の割れと配向積層体への影響を検討した。

  • Synthesis and formation mechanism of oxalate-bearing cancrinite

    越後 拓也, 山田 裕久, 田村 堅志, 鈴木 達

    第55回粘土科学討論会 

    Presentation date: 2011.09

     View Summary

    有機酸とフレームワークケイ酸塩鉱物の相互作用を調べるため、シュウ酸を陰イオンサイトに含有したcancrinite構造のゼオライトを合成した。本発表では、コロイダルシリカ、カオリン、ソーダライトを出発物質として用いた合成実験の結果について報告し、その生成機構とシュウ酸がcancrinite構造に与える影響について議論する。

  • Measurement on the electronic diffusion coefficient of lanthanum silicate oxyapatite

    小林 清, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    2011年電気化学秋季大会 

    Presentation date: 2011.09

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    Hebb-Wagner型非対称セルを用いた非定常電圧緩和測定によりオキシアパタイト型ランタンシリケートの電子拡散係数の測定を行った.解析にはWagner理論を基に非定常電圧緩和の級数展開式を導出し,非線形最小自乗法を用いる手法を試みた.結果については当日発表する.

  • Synthesis of oxalate-bearing cancrinite from sodalite

    越後 拓也, 山田 裕久, 田村 堅志, 鈴木 達

    日本鉱物科学会2011年年会 

    Presentation date: 2011.09

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    有機酸とフレームワークケイ酸塩鉱物の相互作用を調べるため、シュウ酸を陰イオンサイトに含有したcancrinite構造のゼオライトを合成した。本発表では、コロイダルシリカ、カオリン、ソーダライトを出発物質として用いた合成実験の結果について報告し、その生成機構とシュウ酸がcancrinite構造に与える影響について議論する。

  • Preparation of Lanthanium-Silicate Oxyapatite Film by Colloidal Processing

    打越 哲郎, 小林 清, 高橋聡志, 鈴木 達, 石垣隆正, 目 義雄

    日本セラミックス協会秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2011.09

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    ランタンシリケート系固体電解質は、600 C以下の低温でYSZを凌ぐ酸素イオン電導性を示し、より低温度で作動するSOFCやセンサへの応用が期待されている。しかし、この電解質は、低温で焼結性のよい単相を合成しにくく、また難焼結材であるため、合成時や焼成時の温度低下と工程の簡略化が図れるプロセスの開発が重要と考えられる。本研究ではLa2O3とSiO2のヘテロ凝集粒子を電気泳動堆積(EPD)法により厚膜に成形し、その後、固相反応と焼成を兼ねた熱処理を行なうことで、ランタンシリケート固体電解質膜の作製を試みた。

  • The analysis of the grain growth of the oriented LiCoO2 prepared by colloidal processing using a strong magnetic field

    山田 英登, 鈴木 達, 打越 哲郎, 穂積正人, 小浜恵一, 目 義雄

    第24回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2011.09

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    Liイオン2次電池は携帯機器をはじめ様々な分野に適用されており、LiCoO2は層状酸化物の正極材料として広く知られている。物質の諸特性は結晶方位により異なることが多く、その特性向上のひとつの手法として、特定の結晶方位を優先的に成長させたり並べたりするなどの配向制御が注目されている。我々は、反磁性セラミックス粒子のコロイド分散系に強磁場を印加、成形することにより結晶方位の制御されたセラミックス材料を創製し、種々の特性向上を図る試みを行っている。そこで、我々はLiCoO2の磁気異方性に着目し、強磁場印加コロイドプロセスによりLiCoO2配向体を作製した。また、磁場印加条件を変化させたサンプルを作製し、配向と焼結時の粒成長の関係について検討を行った。

  • Preparation of Grain-Oriented Ceramics by Electrophoresis Deposition Method under a High Magnetic Field Using Highly-dispersed and Highly-crystalline Barium Titanate Nanoparticles

    喜多 達也, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 藤井 一郎, 中島 光一, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 三輪 恭也, 川田 慎一郎, 木村 雅彦, 黒岩 芳弘, 和田 智志

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2011.09

     View Summary

    近年では、環境にやさしく誘電・圧電特性の大きなチタン酸バリウム(BaTiO3)配向セラミックが注目されている。これまでに我々は強磁場中電気泳動(EPD)法によりBaTiO3配向セラミックスの作製し、スラリー中の粒子の分散性が高いほど配向度が大きくなることを明らかにした。しかし、従来の2段階熱分解法で作製したBaTiO3ナノ粒子は、合成時にネッキングを起こし、分散性が低く遠心分離機で凝集した粒子を除去するとスラリー中の濃度が低下してしまい、EPDによる集積体の作製が困難となっていた。そこで本研究では、新規作製法により分散性が高く、また強磁場中で粒子が回転するために重要なc/a比の大きなBaTiO3ナノ粒子の合成を行い、c/a比と分散性を向上させ、その粒子を用い磁場EPD法によりBaTiO3配向セラミックス作製を目指した。

  • Controlling highly orientation in dielectric ceramics by a strong magnetic field

    鈴木 達, 三輪 恭也, 川田 慎一郎, 木村 雅彦, 打越 哲郎, 目 義雄

    第24回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2011.09

     View Summary

    Bi層状化合物などの無鉛圧電セラミックスにおいて、その特性を向上させるために結晶軸を揃える配向制御が行われている。配向を付与するために、TGG法やホットホージ、強磁場を用いた成形が用いられ、TGG法ではc軸配向が可能であり、強磁場を用いた場合にはa,b軸配向が可能となる。しかし、これらの手法を用いた場合には、一軸のみの配向制御であった。本研究においては、板状粒子による配向付与と強磁場成形を組み合わせることにより、a, b軸とc軸という異なる軸の配向を同時に制御することを可能としたので、このプロセスの誘電材料への適用について紹介する。

  • Textured Ti3SiC2 by gelcasting in a strong magnetic field

    ミシュラ ムリナリニ, 目 義雄, 鈴木 達, 打越 哲郎, 胡 春峰

    日本セラミックス協会年会 

    Presentation date: 2011.09

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    We present a novel application of gelcasting in a strong magnetic field for texture development in Ti3SiC2. A low-toxic, water-soluble, monomer, synthesized by Mikolaz et al. was used. Gelcasting is an established ceramic forming process to produce high quality green bodies. Gelcasting in magnetic field has been tried for certain ceramics but not for the MAX phases. Grain oriented ceramics are gaining importance as prospective single crystal alternatives. Optimized gelcasting conditions render the texturing of Ti3SiC2 possible within a short exposure time in the magnetic field. Fabrication of highly textured dense green bodies of Ti3SiC2 with c-axis oriented perpendicular to the magnetic field was accomplished.

  • Microstructure Development in Textured Ceramics Prepared by a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru

    THERMEC 2011 

    Presentation date: 2011.08

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    Each ceramic powder was dispersed in suspensions with dispersant to ensure dispersion by electrostatic repulsion. The suspensions were consolidated in a strong magnetic field. The green compacts were isothermally sintered at the desired temperature without applying a magnetic field. The degree of orientation was developed during sintering. We discuss the relationship between the development of the crystallographic orientation and the microstructure. The grains with the small tilting angle made by the aligned axis and the direction of a magnetic field increased as the grain growth occurred. And we report the improvement of their properties in the textured ceramics.

  • Highly controlled orientation of Piezoelectric Ceramics using both Platelet particles and strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Yashinari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics 

    Presentation date: 2011.07

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    Bi層状化合物などの無鉛圧電セラミックスにおいて、その特性を向上させるために結晶軸を揃える配向制御が行われている。配向を付与するために、TGG法やホットホージ、強磁場を用いた成形が用いられ、TGG法ではc軸配向が可能であり、強磁場を用いた場合にはa,b軸配向が可能となる。しかし、これらの手法を用いた場合には、一軸のみの配向制御であった。そこで、本研究においては、板状粒子による配向付与と強磁場成形を組み合わせることにより、a, b軸とc軸という異なる軸の配向を同時に制御することを考え、CaBi4Ti4O15への適用を試みた。

  • Textured Ti3SiC2 by EPD in a strong magnetic field

    MISHRA, Mrinalini, SAKKA, Yoshio, HU, Chunfeng, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    STAC-5 

    Presentation date: 2011.06

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    The aim of this work is to investigate their functional properties as a function of texture in their microstructure. We have adopted the facile, precise and established ceramic forming process of EPD in a strong magnetic field for the development of textured ¬Ti3SiC2. To begin with the optimum amount of dispersant (PEI) was determined by zeta potential and viscosity measurements. A stable suspension in 50% Ethanol and 50% water mixture, maintained at an appropriate pH was chosen for EPD. Thus the suspension parameters and then the EPD parameters were optimized in order to obtain good free standing deposits of Ti3SiC2. Consequent application of a strong magnetic field of 12T during EPD resulted in highly textured Ti3SiC2 with C-axis oriented perpendicular to the direction of magnetic fi

  • Low-Temperature Formation of Lanthanum Silicate Oxyapatite by The Water-Based Sol-Gel Method

    KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    STAC-5 

    Presentation date: 2011.06

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    Chemical reaction route of low-temperature formation of oxyapatite phase by the water-based sol-gel method has been analyzed by XRD and TG-DTA. We propose combined mechanism of in-situ chemical pulverization and solid-state reaction among nano-powders.

  • Grain Growth of the Oriented LiCoO2 Prepared by Colloidal Processing in a Strong Magnetic Field

    YAMADA, Hideto, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, HOZUMI Masato, YOKOISHI Shoji, KOHAMA Keiichi

    ECerS XII 12th Conference of the European Ceramics Society 

    Presentation date: 2011.06

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    LiCoO2 is used as positive electrode material for Li-ion batteries. LiCoO2 has layered rock-salt structure. The property of layered materials will depend on the anisotropic crystallographic structure.We have reported that the successful control of the texture development even in diamagnetic ceramics is achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. In this study we attempt to produce crystalline-oriented LiCoO2 by slip casting in a strong magnetic field. And we analyzed the relationship between the grain growth and the crystal orientation.

  • Fabrication of Textured Bulk Hematite via Topotactic Transformation of Textured Goethite

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SHIRAHATA, Naoto, SAKKA, Yoshio

    12th Conference of the European Ceramic Society 

    Presentation date: 2011.06

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    Textured hematite was fabricated from paramagnetic goethite EPD in a strong magnetic field followed by thermal treatment, via topotactic phase transformation. The long axis (c-axis) of goethite was aligned perpendicular to the direction of the applied magnetic field. The completely-textured hematite was obtained by sintering the goethite compact at 1200℃. The a,b-axis of the goethite was taken over the c-axis of the hematite. The textured hematite showed anisotropic magnetic property depending on the direction of the crystalline orientation.

  • Development of microstructure in textured alumina prepared by slip casting in a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    12th Conference of the European Ceramic Society 

    Presentation date: 2011.06

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    In this decade, we have reported that the successful control of the crystallographic orientation in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. The c-axis of alumina was aligned parallel to the applied magnetic field. The tilting angle between the c-axis and the direction of a magnetic field were calculated by EBSD analysis. The number of grains with small tilting angle increased as the grain growth occurred during sintering after consolidation in a magnetic field. The tilting angle of the large grains was smaller than that of the small grains after sintering. The distribution of the misorientation angles at the grain boundary shifted to low angles.

  • 強磁場プロセスによるLiCoO2配向シートの創製

    山田 英登, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 穂積正人, 横石章司, 小浜恵一

    第46回技術討論会「電池の製造と研究開発に貢献する粉体工学」 

    Presentation date: 2011.06

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    我々はLiCoO2が三方晶系で磁気異方性がある点に着目し、Liイオン2次電池の標準的な電極作製方法の一つである塗布法によりLiCoO2粉末を使用した塗布シートを作製し、塗布シートを強磁場中で乾燥させることにより配向シートの作製を試みた。得られたシートの配向度をXRDにより評価し、ペーストの粘度、粉末の形状、粒径と配向性の相関について検討した。3条件の磁場で乾燥させた結果、LiCoO2粒子のc軸は磁場と平行方向に配向することが確認された。その結果、シート表面に対して平行に強磁場を印加することにより、LiCoO2の電気化学的に活性な面をシート表面に配向できることを明らかにした。また、アスペクト比の小さい粒子を用いることにより、1軸プレス後も高い配向度を維持したシートを得ることができることを確認した。

  • Highly controlled orientation of CaBi4Ti4O15 using both template grain and strong magnetic field

    鈴木 達, 三輪 恭也, 川田 慎一郎, 木村 雅彦, 打越 哲郎, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会平成23年度春季大会(第107回講演大会) 

    Presentation date: 2011.05

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    Bi層状化合物などの無鉛圧電セラミックスにおいて、その特性を向上させるために結晶軸を揃える配向制御が行われている。配向を付与するために、TGG法やホットホージ、強磁場を用いた成形が用いられ、TGG法ではc軸配向が可能であり、強磁場を用いた場合にはa,b軸配向が可能となる。しかし、これらの手法を用いた場合には、一軸のみの配向制御であった。そこで、本研究においては、板状粒子による配向付与と強磁場成形を組み合わせることにより、a, b軸とc軸という異なる軸の配向を同時に制御することを考え、CaBi4Ti4O15への適用を試みた。

  • Texture development of feeble magnetic ceramics by colloidal processing in strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    1st Workshop NIMS/UR1 on Materials and sustainable development 

    Presentation date: 2011.05

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    The colloidal processing in a strong magnetic field can be applied to fabrication of textured ceramics, such as -alumina, titania, zinc oxide, tin oxide, hydroxyapatite (HAP), aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, MAX phase materials, etc. Also textured ceramics with complicated structure can be fabricated by reaction sintering, such as -alumina, -Si3N4, etc. The a, b-axis textured -Si3N4 ceramics has been obtained using the static magnetic field because of the magnetic susceptibility of ca, b > c c for -Si3N4. However, the c-axis textured -Si3N4 has also been successfully obtained using a rotating magnetic field.

  • オキシアパタイト型ランタンシリケートの非定常開回路電位緩和測定

    小林 清, 鈴木 達, 打越 哲郎, 西村 睦

    電気化学会第78回大会 

    Presentation date: 2011.03

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    非定常開回路電位緩和測定によるオキシアパタイト型ランタンシリケートの電子拡散係数評価を試みた.非定常開回路電位の緩和曲線は電子欠陥による拡散律速を仮定した拡散モデルでは完全には説明できない結果であった.

  • Synthesis of L-type Zeolite Layer on Porous Ceramic Substrate by Secondary Growth Method

    打越 哲郎, Laksana Kreethawate, 松永 知佳, 松田元秀, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会2011年年会 

    Presentation date: 2011.03

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    円筒型多孔質アルミナの内壁へのL型ゼオライト膜の形成を目的とし、電気泳動堆積(EPD)法による種結晶粒子の塗布について検討するとともに、水熱合成法による膜化を試みた。EPD後のL型ゼオライト種結晶粒子は多孔質アルミナ管の内壁に均一に堆積しており、断面観察より測定された粒子堆積層の厚さは約6μmであった。次に、水熱合成後の膜の表面および断面をSEM観察したところ、柱状の結晶が、基材に対して垂直に成長している様子が観察された。X線回折の結果、この柱状結晶がL型ゼオライトであることが確認された。

  • Microstructure control of barium titanate grain-oriented ceramics and their piezoelectric properties

    森 林太郎, 藤井 一郎, 和田 智志, 林 寛, 長森 喜孝, 山本 裕一, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2011.03

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    環境問題の観点から、現在の鉛系圧電材料よりも性能の高い新規非鉛系圧電材料の開発が急務となっている。そこで、圧電定数の大きな非180˚ドメイン壁に着目し、化学組成を固定した状態で、ドメイン壁密度を向上させ、かつドメイン壁を結晶中に固定化させることで、環境に優しい高性能圧電材料開発を目指す。ドメインサイズの制御にはグレインサイズを、ドメイン壁の固定化には特殊な結晶方位([110]方位)を用いることで達成できる。本研究では、非鉛系圧電材料の中でも代表的なチタン酸バリウム(BT)を用いて、[110]方位への配向度が高く、グレインサイズの小さい、すなわち、ドメイン壁密度が高い緻密なBT配向セラミックスを作製し、その圧電特性について検討を行ったので報告する。

  • Preparation and Characterization of Highly-dispersed Barium Titanate Nanoparticles

    喜多 達也, 近藤 修平, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 藤井 一郎, 中島 光一, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 三輪 恭也, 川田 慎一郎, 木村 雅彦, 和田 智志

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2011.03

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    近年、環境にやさしく誘電・圧電特性の大きなチタン酸バリウム(BaTiO3)配向セラミックが注目されている。これまでに我々は強磁場中電気泳動(EPD)法によりBaTiO3配向セラミックスの作製し、スラリー中の粒子の分散性が高いほど配向度が大きくなることを明らかにした。しかし、従来の2段階熱分解法で作製したBaTiO3ナノ粒子はFig.1で示すように合成時にネッキングを起こし、分散性が低く遠心分離機で凝集した粒子を除去するとスラリー中の濃度が低下してしまい、EPDによる集積体の作製が困難となる。そこで本研究では、より分散性が高く、また強磁場中で粒子が回転するために重要なc/a比の大きなBaTiO3ナノ粒子の合成法について研究を行ったので報告する。

  • Preparation of film capacitor using barium titanate nanoparticles with high dispersed and their dielectric properties

    中田 理沙, 喜多 達也, 近藤 修平, 藤井 一郎, 中島 光一, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 和田 智志

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2011.03

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    近年、情報技術分野の著しい発展に伴い、電子デバイスの小型化および高性能化が急速に進んでいる。また、将来の大量拘束通信に対応する電子デバイスの基板技術として、基板内への電子部品を高密度で3次元実装するシステムオンパッケージ(Sop)が必要不可欠である。このSopを実現するためにフィルム状で比誘電率が現在40のところを最低でも100以上のフィルムキャパシタが必要となる。そこで、本研究ではソルボサーマル法を用いた高分散性チタン酸バリウムナノ粒子/ポリマーフィルムキャパシタの作製を目的とし、その誘電特性について検討を行った。

  • The Dielectric Properties and Microstructure of Potassium Niobate-Barium Titanate Ceramics by use of SPS

    Kenta Yamashita, Shigehito Shimizu, Ichiro Fujii, Kouichi Nakashima, Nobuhiro Kumada, Yoshihiro Kuroiwa, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, Satoshi Wada

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2011.03

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    近年、誘電材料としてチタン酸バリウム(BT)が用いられているが、キュリー温度が130℃と低い。今後、高温での使用を考慮すると、200℃以上においても温度依存性が小さく、大きな比誘電率を有する新規誘電体材料が必要である。そのため、ニオブ酸カリウム(KN)−BTセラミックスの誘電特性に着目した。0.8KN-0.2BTセラミックスは室温から300℃まで比誘電率がフラットな温度特性を示したが、比誘電率のさらなる向上が必要である。KNとBTは室温〜300℃では結晶相が互いに異なる二相共存であり、この界面領域が比誘電率に影響を与えると考えているために、KNとBT界面に出来るだけ拡散層を生じることなく、密度の高いセラミックスを得る必要があると考えた。このため、今回はKN−BTセラミックスの焼成にSPS法を用いて短時間で焼成を行い、その誘電特性と微細構造について評価した。

  • Preparation of porous potassium niobate system ceramics by a spark-plasma sintering method and a valuation of piezoelectric

    前田 和樹, 清水 茂仁, 山下 健太, 藤井 一郎, 中島 光一, 鈴木 達, 黒岩 芳弘, 和田 智志

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2011.03

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    現在、応力センサとして、チタン酸ジルコニア鉛が使われているが、社会から鉛フリーで高性能、かつ軽量化されたセンサが求められている。そのため、重量(密度)あたりのセンサ性能(圧電g33定数)を向上させる必要がある。そこで、強誘電体の中で最も密度が小さく、キュリー温度が430℃と高いニオブ酸カリウム(KN)に着目をした。これまでカーボンブラックおよびチタン酸バリウムを用いたKNの多孔質化の研究が報告されているが、大気中の焼結では気孔率が30%までしか制御されておらず、さらなる改良が必要であった。そこで、本研究ではスパークプラズマ焼結法を用いて、気孔率の上昇およびg33のさらなる向上を目的とし、KN多孔体セラミックスの作製について検討を行った。

  • Fabrication and Analysis of Oriented LiCoO2 Using Slip Casting in a Strong Magnet Field

    YAMADA, Hideto, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, HOZUMI Masato, YOKOISHI Shoji, KOHAMA Keiichi

    MANA International Symposium 2011 Jointly with ICYS 

    Presentation date: 2011.03

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    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics since it is one of the effective ways to improve their properties. LiCoO2 is used as positive electrode material for Li-ion batteries. The textured LiCoO2 thin films were produced using sputtering, PLD, etc., although a few studies have examined for the texture development of LiCoO2 ceramics. We have reported that the successfully texture control even in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. In this study we attempt to produce crystalline-oriented LiCoO2 by slip casting in a strong magnetic field. We will discuss the development of the crystallographic orientation behavior.

  • Orientation control of zeolite based on the anisotropy of crystal structure

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    第49回セラミックス基礎科学討論会 

    Presentation date: 2011.01

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    現在我々の研究グループは、セラミックスの配向体作製においてその有用性が近年実証されている強磁場を利用した粒子配向プロセスによって、ゼオライトの配向化を検討している。ここでは、高シリカゼオライトで、b軸およびc軸に沿ってそれぞれ0.26×0.57 nmの8員環と0.67×0.70 nmの12員環を有し、斜方晶系に属するモルデナイトゼオライトを例として、強磁場/スリップキャストプロセスにおけるモルデナイト粒子の配向性制御を検討した結果を報告する。

  • Fabrication of crystalline-oriented hematite films by electrophoretic deposition in a strong magnetic field

    打越 哲郎, 鈴木 達, 白幡 直人, 深田 環, 目 義雄

    第49回セラミックス基礎科学討論会 

    Presentation date: 2011.01

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    材料の結晶磁気異方性を利用した磁場配向プロセスは、市販の安価な粉体を出発原料とした配向多結晶材料の作製に非常に有効である。我々のグループでは、すでに多くの常磁性または反磁性セラミックスの配向に成功してきたが、粒子間の磁気的相互作用が強い強磁性体では緻密なバルク配向体の作製は困難であった。しかし、これまでに、斜方晶系に属し常磁性体であるゲーサイト(α-FeOOH)を出発原料とし、強磁場中で鋳込み成形したゲーサイトの配向成形体を熱処理するルートで、弱い強磁性体であるヘマタイト(α-Fe2O3)のバルク配向体の作製に成功している。本講演では、スラリーに印加する磁場Bと電場Eのベクトル方位制御により堆積膜の優先配向方位がコントロール可能なプロセスである強磁場EPD法を用いて、磁場の印加がゲーサイト粒子の堆積挙動に与える効果を検討するとともに、配向方位の制御されたヘマタイト自立膜の作製を試みた結果について報告する。

  • 強磁場コロイドプロセスによるモルデナイト粒子の配向制御

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    第26回ゼオライト研究発表会 

    Presentation date: 2010.12

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    ゼオライトの膜は分子選択性に優れる極めて高度な分離材として注目され、これまでに様々な膜作製法が提案されてきた。Secondary growth法として知られる膜作製法は、種粒子を基板上に予め塗布し、その後水熱処理を行うことによって膜を得る方法である。この方法で得られる膜の組織は一般に種粒子の塗布状態に強く依存するため、種粒子の塗布状態の制御が重要とされている。本研究では、高シリカゼオライトの一種で、b軸とc軸にそれぞれ8員環(0.26×0.57 nm)と12員環(0.67×0.70 nm)の二つの細孔種を持ち、斜方晶系に属するモルデナイトを例とし、モルデナイトの磁場配向挙動を検討した。

  • 強磁場コロイドプロセスによるモルデナイト粒子の磁場配向

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    第26回ゼオライト研究発表会 

    Presentation date: 2010.12

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    結晶性の高い市販のモルデナイト粒子からなる高分散スラリーを12Tの強磁場中で固化成形した。強磁場は、鋳込み方向(重力方向)に対して(a)平行、および(b)垂直な静磁場、(c)垂直方向に印加しながら容器を回転させる(回転磁場)の3つの条件で印加した。得られた成形体の配向状態をX線回折およびSEM観察により調べることにより、磁場印加方法がモルデナイト粒子の配向制御に与える影響を調査した。その結果、モルデナイトの磁化率はb軸>a軸>c軸の順に大きいこと、また、静磁場または回転磁場を用いることで、b軸もしくはc軸に配向したモルデナイト成形体が選択的に作製可能であることが明らかとなった。

  • Electronic Conductivity Measurements of Oxyapatite-Type Lanthanum Silicate by the DC-Polarization Technique Using Hebb-Wagner Type Asymmetric Cell

    小林 清, 打越 哲郎, 鈴木 達, 西村 睦

    第36回固体イオニクス討論会 

    Presentation date: 2010.11

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    Hebb-Wagner型非対称セルを用いて新規酸素イオン伝導体であるオキシアパタイト型ランタンシリケートの電子伝導について検討した.オキシアパタイト型ランタンシリケートの電子伝導度はイオン伝導度より2桁以上低く,理想的なイオン伝導体であることを明らかにした.

  • Fabrication of SOFC Composed of LaGaO3 Based Solid Electrolyte and Ceria Based Buffer Layer by EPD

    SUZUKI, Harue, UCHIKOSHI, Tetsuo, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, FURUYAKenji, MATSUDAMotohide, SAKKA, Yoshio, MUNAKATAFumio

    3rd International Congress on Ceramics 

    Presentation date: 2010.11

     View Summary

    La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ (LSGM) is a promising oxide ionic conductor. However, the LSGM electrolyte has some chemical and physical problems for solid oxide fuel cell (SOFC) application such as high reactivity with the electrode-component oxides and cracking due to the difference in the thermal expansion coefficients between the LSGM and electrode materials.The aim of this study is to apply the EPD technique in the fabrication of a flat, anode-supported SOFC unit cell with LSGM electrolyte sandwiched between the La0.1Ce0.9O1.95 (LDC) inter-layers on NiO-YSZ anode and evaluate the performance of the single cell.

  • Milliwave Sintering of Silicon Carbide with Boron and Carbon additives

    SEKIMOTO, Masayasu, SUZUKI, Tohru, TANAKA, Hidehiko, NISHIMURA, Toshiyuki, SAKKA, Yoshio

    3rd International Congress on Ceramics 

    Presentation date: 2010.11

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    Microwave heating has several features, such as, rapidly and homogeneously heat, energy conservation by the self-heating, and the selective heating due to the difference of the microwave absorption characteristics of each material. “Selective heating” is particular feature that has not been seen in any other heating processesing. We focused attention on “selective heating” in the feature of microwave heating, and propose new sintering processing that can improve the sinterability by heating the sintering additives on the surface of SiC particles up high temperature. Carbon is expected to be heated up easier than the others because the microwave absorption characteristic of carbon is superior to that of SiC.

  • Microwave Processing for Sintering at Low Temperature

    SUZUKI, Tohru, SEKIMOTO, Masayasu, TANAKA, Hidehiko, NISHIMURA, Toshiyuki, SAKKA, Yoshio

    3rd International Congress on Ceramics 

    Presentation date: 2010.11

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    In this presentation, we focused attention on “selective heating” in the feature of microwave heating, and we attempt to improve the sinterability by self-heating of only the sintering additives. Silicon carbide is one of the most important ceramic materials for industry because it has several good properties. However, there is a problem at the low productivity because it is difficult to densify SiC by the normal pressureless sintering. It was reported that the mixture of boron and carbon is the effective additives that can enhance the sinteribility of SiC. Furthermore, carbon is expected to be heated up easier than the others because the microwave absorption characteristic of carbon is superior to that of SiC.

  • Fabrication of textured ceramics by colloidal processing in a strong magnetic field and subsequent sintering

    SAKKA, Yoshio, Chun Feng Hu, ZHU, Xinwen, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    ICC3 

    Presentation date: 2010.11

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    Colloidal processing under strong magnetic field can be applied to fabricate of textured non-cubic ceramics, such as alpha-alumina, hydroxyapatite, aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, MAX phase materials, etc. However, when we use whisker or plate-like particles, special attention is necessary owing to the effect of gravity energy that is the highest energy in the colloidal dispersion system. Crystalline-textured controlled laminated composites can be fabricated using electrophoretic deposition by varying the angle between the vectors of electric field and magnetic field. This method can be also applied to prepare crystalline-oriented laminated films. Some anisotropic properties will be demonstrated.

  • Preparation and Characterization of Grain-Oriented Barium Titanate Ceramics Using Electrophoresis Deposition Method under a High Magnetic Field

    Tatsuya Kita, Shuhei Kondo, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada, Kouichi Nakashima, Ichiro Fujii, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, Yasunari Miwa, Shinichiro Kawada, Masahiko Kimura, Satoshi Wada

    3rd International Congress on Ceramics 

    Presentation date: 2010.11

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    Grain-oriented barium titanate (BaTiO3) ceramics with a small grain size were prepared as a candidate for lead-free piezoelectric ceramics. In this study, an electrophoresis deposition (EPD) with exposure to a high magnetic field was used to control the orientation. The density of the ceramics was 91% of the theoretical density of BaTiO3. X-ray diffraction was used to calculate degree of the orientation, and the Lotgering facter was found to be80.5% along <111> direction. Grain size of the ceramics was measured using field emission scanning electron microscopy and found to be 2.5 µm. The dielectric and piezoelectric properties were measeured.

  • Fabrication of Crystalline-Oriented Porous Tinania Films on Transparent Electrode by Electrophoretic Deposition

    KAWAIKeisuke, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, MUTOHiroyuki, MATSUDAAtsunori

    3rd International Congress on Ceramics 

    Presentation date: 2010.11

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    Crystalline-oriented porous TiO2 thin films were fabricated on indium-tin oxide (ITO) or fluorine-doped tin oxide (FTO) glass substrates by electrophoretic deposition (EPD) in a superconducting magnet for dye-sensitized solar cell (DSSC) application. Commercial TiO2 particles with an average particle size of 30nm were dispersed in 2-propanol mixed with some amount of distilled water to prepare suspention. The EPD was conducted at a constant voltage mode of 20-80 V, which is higher than the theoretical decomposition voltage of water (1.23 V at room temperaure). During the EPD, the water in the solvent was decomposed by electrolysis causing bubble incorporation in the deposits and worked as a pore former.

  • Fabrication of Orientated LiCoO2 Using Slip Casting in a Strong Magnetic Field

    YAMADA, Hideto, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, HOZUMI Masato, YOKOISHI Shoji, KOHAMA Keiichi

    3rd International Congress on Ceramics 

    Presentation date: 2010.11

     View Summary

    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics and one of the effective ways to improve their properties.In this study we attempt to produce crystalline-oriented bulk LiCoO2 by slip casting in a strong magnetic field. We will discuss the relationship between the development of the crystallographic orientation and the electrical resistivity behavior.

  • Contorol of Microstructure in the Textured Alumina Preparing in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    3rd International Congress on Ceramics 

    Presentation date: 2010.11

     View Summary

    Tailoring the crystallographic orientation in ceramics is one way of effectively improving their properties. We have already reported that the successful control of the development of the crystallographic orientation in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. In this study, we report that the number of grains with small tilting angle between the c-axis and the direction of a magnetic field increased as the grain growth occurred during sintering after concolidation in a magnetic field. The tilting angle of the large grains was smaller than that of the small grains after sintering. The degree of the crystallographic orientation can be controlled by the grain size of the textured alumina.

  • Orientation Control of Mordenite Zeolite using Magnetic Field

    MATSUNAGA, Chika, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, MATSUDAMotohide

    3rd International Congress on Ceramics 

    Presentation date: 2010.11

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    Microstructure control of mordenite zeolite, which has a unique micro-pore system consisting of 12-membered ring (0.67 x 0.70 nm2) running along the c-axis and 8-membered ring (0.26 x 0.57 nm2) running along the b-axis, has been attempted by magneto-scientific processing techniques using a strong magnetic field. In the present work, oriented green compacts of mordenite zeolite were prepared by slip casting in a 12 T superconducting magnet using suspensions of commercial mordenite powder dispersed in distilled water.

  • Fabrication of L-type zeolite layer on the inner wall of a porous alumina tube by Electrophoretic Deposition followed by hydrothermal synthesis

    打越 哲郎, Laksana Kreethawate, 松田元秀, 松永 知佳, 鈴木 達, 目 義雄

    平成22年度秋季大会(第106回講演大会) 

    Presentation date: 2010.11

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    ゼオライトは、規則的に配列した分子レベルの細孔に起因した優れた吸着分離能、イオン交換能、固体酸性、形状選択性等を有し、工業的にも幅広く利用されている。ガス分離などの用途においては、多孔質基材表面にゼオライト膜を担持させるのが一般的であり、水熱合成法はゼオライト膜の合成法として広く用いられている。本研究では、アルミナ多孔質チューブの内壁にL型ゼオライトの種結晶粒子を電気泳動堆積法で堆積させ、さらに水熱合成処理を行なうことによって、L型ゼオライト連続膜を形成させた結果を報告する。

  • 強磁場を用いたモルデナイト型ゼオライトの磁場配向

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    無機マテリアル学会 第121回学術講演会 

    Presentation date: 2010.11

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    結晶性の高い市販のモルデナイト粒子からなる高分散スラリーを12Tの強磁場中で固化成形し、その成形体の配向状態を調べることにより、磁場印加方法がモルデナイト粒子の配向制御に与える影響を調査した。強磁場は、鋳込み方向(重力方向)に対して(a)平行、および(b)垂直な静磁場、(c)垂直方向に印加しながら容器を回転させる(回転磁場)の3つの条件で印加した。回転磁場の速度は30rpmとした。得られた試料の配向はXRDおよびSEMを用いて評価した。その結果、モルデナイトの磁化容易軸はb軸であり磁化困難軸はc軸であること、また、磁場の印加方法を変化させることにより、選択的にb軸、もしくはc軸に配向したモルデナイト成形体の作製が可能であることが示された。

  • Electrophoretic deposition of L-type zeolite particles on the inner wall of porous alumina tubes

    打越 哲郎, Laksana Kreethawate, 松永 知佳, 松田元秀, 鈴木 達, 目 義雄

    無機マテリアル学会 第121回学術講演会 

    Presentation date: 2010.11

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    種結晶二次成長法によるゼオライト膜合成においては、多孔質基材表面への種結晶の塗布状態がその後の水熱合成過程における成長膜質の良否に影響を及ぼすため、種結晶を均一に塗布するプロセスは重要とされている。本研究では、アルミナ多孔質円筒基材の内壁に均一な種結晶を塗布する方法として、基材内壁への導電性ポリマー被覆と電気泳動堆積法による塗布層形成を適用した結果を報告する。

  • SiC粒子プロセスの高度化によるSiC系セラミックスの微構造制御

    目 義雄, 鈴木 達, 田中 英彦

    学振124委員会 屋久島炭化ケイ素セミナー 

    Presentation date: 2010.10

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    SiC粒子プロセスとして、粒子の作製、成形、焼結からなる。SiC粒子作製として、プリカーサーからのウェットプロセスとDCプラズマによるSiCナノ粒子の作製を行っている。成形は、主に溶液中に粒子を分散し、コロイド化学的に成形するコロイド成形を行っている。ここでは、分散剤を用いた粒子の分散および焼結助剤を添加したスリップキャストについて紹介する。微構造制御という観点から、配向制御による高機能化が最近注目されている。我々は、コロイド成形中に強磁場を印加することにより、粒子の結晶磁気異方性を利用した配向手法を開発し、様々な非立方晶のセラミックス配向体を作製してきた。ここでは、屋久島電工製のSiCを用いたSiC配向体の作製について紹介する。最後に、SiCの焼結手法として、パルス通電加熱およびミリ波焼結の最近の研究について、紹介する。

  • ミリ波焼結またはSPSを用いた炭化ケイ素の緻密化

    鈴木 達, 打越 哲郎, 田中 英彦, 西村 聡之, 目 義雄

    EMAP研究会 

    Presentation date: 2010.10

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    マイクロ波焼結は、試料の自己発熱による加熱、選択加熱が可能、均一・急速加熱が可能、省コストであるなど様々な利点を持つ焼結方法の一つである。一方、炭化ケイ素は様々な特性から工業的に重要なセラミックスであるが、難焼結性材料であり、焼結のために高温を要するという問題がある。本講演では、B-C系助剤添加炭化ケイ素を、ミリ波(マイクロ波)焼結の特徴である試料の自己発熱性、選択加熱性を利用して、助剤の炭素を発熱源とすることにより粒界で局部的に高温部を作り出し焼結を促進させることで、試料全体としては低温での緻密化を試みたことを報告する。さらに、焼結助剤を添加せずに分散制御したスラリーのスリップキャストとSPSを用いた緻密化についても解説する。

  • 配向積層によるアルミナ中での亀裂偏向

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    秋期講演大会 

    Presentation date: 2010.09

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    EPD法の積層体成形方法と強磁場を組み合わせることで、各々の層の結晶方位を制御した配向制御積層構造の作製を試みて、その積層体での亀裂進展過程を検討した。アルミナ微粒子を水系サスペンション中にポリエチレンイミンを用いて粒子表面に正の電荷を持たせて分散し、サスペンションに電極を浸漬、電場を印加することにより粒子を基板上に堆積させるEPD法により成形した。このEPDの際に強磁場(12T)を印加し、一定時間毎に電場と磁場のなす角を変化させてアルミナの配向方位を制御しながら積層し、その後に焼結した。0°と90°で交互に繰り返して積層させた配向積層アルミナにおいて配向積層界面での亀裂の偏向が観察された。結晶軸方位に依存した熱膨張差により導入された残留応力に起因すると考えられる。

  • 耐照射性改善に向けた配向性炭化ケイ素の作製

    鈴木 達, 打越 哲郎, 田中 英彦, 西村 聡之, 目 義雄

    平成22年度大洗研究会(材料分野) 

    Presentation date: 2010.09

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    セラミックスは熱的安定性、耐食性などに優れ、ボイドスウェリングが金属に比べて高温まで起こりにくいため、原子炉・核融合炉用として有力な材料のひとつである。しかしながら、実際に原子力材料に資するセラミックスとするためには、耐照射性等の原子力材料に特有の高速中性子照射、高温、腐食性環境などの過酷環境に耐えうる必要があり、この特性を向上させるためには精緻な組織制御が重要となる。多結晶体における個々の結晶方位を揃えたりするなどの配向制御は、近年特に注目されている組織制御手法の一つであり、耐照射性向上の組織制御法としても期待できる。そこで、セラミックス材料の中でもは核融合炉の構造材料として期待される炭化ケイ素について、強磁場中コロイドプロセスによる配向制御手法を紹介し、中性子照射試験に向けた取り組みを紹介する。

  • Crystalline Orientation of Mardenite-type Zeolite Particles Using Strong Magnetic Field

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    第17回材料科学若手討論会 

    Presentation date: 2010.09

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    Secondary growth法で得られるゼオライト膜の微構造は、種結晶の塗布状態に大きく依存する。もし種粒子の塗布段階でその結晶方位を制御できれば、優れた分離特性や選択性を持つゼオライト配向膜の合成が可能になると考えられる。本研究では結晶性の高い市販のモルデナイト粒子からなる高分散スラリーを強磁場中で固化成形し、その成形体の配向状態を調べることにより、磁場印加方法がモルデナイト粒子の配向制御に与える影響を調査した。磁場の印加方法は、鋳込み方向(重力方向)に対して(1)平行、および(2)垂直な静磁場、(3)垂直方向に印加しながら容器を回転させる(回転磁場)の3つの条件で行なった。その結果、モルデナイトの磁化容易軸はb軸であり、磁化困難軸はc軸であること、また、磁場の印加方法を変化させることにより、選択的にb軸、もしくはc軸に配向したモルデナイト成形体が作製できることが明らかとなった。

  • Development of LiCoO2 Crystal Orientation Using Slip Casting in a Strong Magnetic Field

    YAMADA, Hideto, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, HOZUMI Masato, YOKOISHI Shoji, KOHAMA Keiichi

    11th International Conference on Ceramic Processing Science 

    Presentation date: 2010.08

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    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics and one of the effective ways to improve their properties.In this study we attempt to produce crystalline-oriented bulk LiCoO2 by slip casting in a strong magnetic field. We will discuss the relationship between the development of the crystallographic orientation and the sintering behavior.

  • Effect of Application Ways of Strong Magnetic Field on Orientation of Mordenite Zeolite

    MATSUNAGA, Chika, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, MATSUDA Motohide

    11th International Conf. on Ceramic Processing Sci., ICCPS-11 

    Presentation date: 2010.08

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    The microstructure of secondary-grown zeolite membrane is generally dominated by the seeding process. The alignment of seed particles which is normal to the substrate may lead to the fabrication of the mordenite film with oriented pore channels. The aim of this study is to investigate the effect of application ways of 12 T strong magnetic field on the orientation of mordenite zeolite particles. The consolidated layer composed of oriented mordenite particles was fabricated by slip casting. The major results are as follows: The order of magnetic susceptibilities of mordenite was revealed as χc < χa < χb. The b- or c- or tri-axis orientated mordenite bulk can be selectively obtained by applying a static or a constant or a modulated rotating magnetic field.

  • Texture development of feeble magnetic ceramics by colloidal processing in strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    11th International Conference on Ceramic Processing Science, ICC 

    Presentation date: 2010.08

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    The colloidal processing in a strong magnetic field can be applied to fabrication of textured ceramics, such as -alumina, titania, zinc oxide, tin oxide, hydroxyapatite (HAP), aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, etc. [1]. Also textured ceramics with complicated structure can be fabricated by reaction sintering, such as -alumina, -Si3N4, etc. The a, b-axis textured -Si3N4 ceramics has been obtained using the static magnetic field because of the magnetic susceptibility of ca, b > c c for -Si3N4. However, the c-axis textured -Si3N4 has also been successfully obtained using a rotating magnetic field.

  • Highly controlled orientation of CaBi4Ti4O15 using both template grain and strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, Masahiko Kimura, UCHIKOSHI, Tetsuo, Shinichiro Kawada, Yasunari Miwa, SAKKA, Yoshio

    ICCPS-11 

    Presentation date: 2010.08

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    Tailoring the crystallographic texture in ferroelectric ceramics is very useful for the improvement of piezoelectric properties. Recently, the process of controlling texture using a strong magnetic field has been reported for a variety of materials and has also been applied to BiT. In this study, we attempt to control crystallographic orientation of the c-axis of CaBi4Ti4O15, as well as the a, b-axes using both template grain and a magnetic field for alignment of the c-axis and the a, b-axis, respectively. Development of the orientation of not only the a, b-axes, but also the c-axis, can be controlled by TGG and a magnetic field. Alignment of the c-axis can be controlled by TGG method, and the a, b-axis can be aligned by the applied magnetic field.

  • Interactions between LaGaO3 Based Electrolyte and Ceria Based Inter Layer

    鈴木 晴絵, 打越 哲郎, 鈴木 達, 古谷健司, 目 義雄, 宗像文男

    第21回IUPAC化学熱力学国際会議(ICCT-2010) 

    Presentation date: 2010.08

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    The LaGaO3 is a superior oxide ion conductor and its oxygen ion conductivity can be further improved by partially substituting the La3+ and Ga3+ ions with Sr2+ and Mg2+ ions, respectively (LSGM). On the other hand, high reactivity with the electrode-component oxides and cracking due to the difference in the thermal expansion coefficients between the LSGM and electrode materials have prevented the LSGM from practical Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) application. To eliminate the problems, ceria-based inter-layers, such as Gd-doped ceria, have been inserted between the LSGM and anode or cathode. The aim of this study is to examine the reactivity of LSGM with different A-site deficient and 10%Gd doped ceria (GDC).

  • High Temperature Flow Behavior of Textured α-Al2O3 Polycrystals

    MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, YOSHIDA, Hidehiro, KIM, Byung-Nam, HIRAGA, Keijiro, SAKKA, Yoshio

    iib2010 

    Presentation date: 2010.06

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    Flow behavior of textured alumina depends on the angle φ between the tensile direction and the basal plane though the behavior can be explained by a grain boundary sliding mechanism irrespective of the microstructural factor. The creep rate is higher in the textured alumina with φ = 45° than in the textured (φ = 0° and 90°) and non-textured alumina, and the difference becomes pronounced with increasing the degree of texture and applied stress.

  • Preparation of Alumina Laminar Composite with Different Oriented Layers by a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    STAC4 

    Presentation date: 2010.06

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    The control of the residual stress is important for the crack growth resistance in order to improve the mechanical properties in ceramics with layered structure. Our concept is that the crystalline axis depending on the thermal expansion coefficients aligns for controlling the residual stress in the monolithic ceramics. In this study we produced alumina laminar composites with different crystalline-oriented layers by EPD in a strong magnetic field. We attempted to control the layer thickness and the orientation for controlling the residual stress using the difference of the thermal expansion in each layer and to study the crack penetration/deflection and the fracture behavior in the alumina laminar composites.

  • Cathodic and Anodic Electrophoretic Deposition of Alumina Aqueous Suspension by Pulsed-DC Application

    UCHIKOSHI, Tetsuo, Laxmidhar Besra, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    STAC-4 

    Presentation date: 2010.06

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    Electrophoretic deposition (EPD) is a colloidal processing technique for ceramics. Non-aqueous suspensions are usually preferred for EPD to avoid the electrolysis of the solvent and obtain a bubble-free deposit. However, an aqueous system has the advantages of low-cost processing, lower electrical potential requirement and lower environmental cost. In this study, the EPD characteristics of positively or negatively charged alumina aqueous suspensions were investigated under pulsed DC application

  • EPD of LDC/LSGM/LDC Electrolyte Layers on Porous NiO-YSZ Substrate

    SUZUKI, Harue, UCHIKOSHI, Tetsuo, KOBAYASHI, Kiyoshi, SUZUKI, Tohru, FURUYA Kenji, MATSUDA Motohide, SAKKA, Yoshio, MUNAKATA Fumio

    STAC-4 

    Presentation date: 2010.06

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    La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ (LSGM) is a promising oxide ionic conductor; however, the LSGM electrolyte has some chemical problems for solid oxide fuel cell (SOFC) application, such as a high reactivity with the electrode-component oxides and cracking due to the difference in the thermal expansion coefficients between the LSGM and electrode materials. To eliminate these problems, ceria-based inter-layers have been inserted between the LSGM and the Ni-based anode or the Co-containing cathode. The aim of this study is to apply the elctrophoretic deposition (EPD) technique in the fabrication of a flat, anode-supported SOFC unit cell with LSGM electrolyte sandwiched between the La-doped ceria inter-layers on NiO-YSZ anode and evaluate the cell performance.

  • Fabrication of Orientation Controlled Mordenite Seed Layer on Porous Ceramic Substrate Using Strong Magnetic Field

    MATSUNAGA, Chika, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio, MATSUDA Motohide

    STAC-4 

    Presentation date: 2010.06

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    Mordenite is a high-silica zeolite with an ideal composition of Na8Al8Si40O96·H2O. It has been used for adsorptive separation and catalytic reactions. Secondary growth is one of fabrication methods for zeolite films: Fine seed crystals are applied on a substrate, and then the seeded substrate is hydrothermally treated in a reaction sol. The microstructures of the resultant zeolite films are generally dominated by the seeding process. If the selected axis of mordenite seed crystals is aligned normal to the substrate in the seeding process, it may lead to fabrication of the mordenite film with oriented pore channels. In this study, fabrication of orientation controlled mordenite seed layer on porous ceramics substrates were performed by slip casting in a 12 T strong magnetic field.

  • New developments in electrophoretic deposition processing

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    12th International Ceramics Congress CIMTEC 2010 

    Presentation date: 2010.06

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    Electrophoretic deposition (EPD) is a colloidal process wherein ceramic bodies are directly shaped from a stable colloid suspension by a dc electric field. Compared to other advanced shaping techniques, the EPD process is very versatile since it can be modified easily for a specific application. In this presentation, we will introduce our recent studies on EPD for variety of applications in structural and functional ceramics, and discuss its versatility and potentiality.

  • Control of Crystallographic Orientation in Alumina Laminate Using EPD in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    CIMTEC2010 

    Presentation date: 2010.06

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    Layered structure has been proposed as an alternative for the design of structural ceramics. The energy release mechanisms during the crack propagation can improve the crack growth resistance in the laminar ceramics. The residual stress generated in each layer has an influence on the crack deflection and crack bifurcation. Our concept is that the crystalline axis depending on the thermal expansion coefficients aligns for controlling the residual stress in the monolithic ceramics. In this study we attempt to produce alumina laminar composites with different crystalline-oriented layers for controlling the residual stress using the difference of the thermal expansion in each layer and to study the crack penetration/deflection and the fracture behavior in the laminar alumina composites.

  • Fabrication and anisotropic properties of highly textured ceramics by colloidal processing in a high magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    CIMTEC 2010 

    Presentation date: 2010.06

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    We have demonstrated the new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in a high magnetic field and subsequent heating. The principle of the process is that a crystal with an anisotropic magnetic susceptibility will rotate to an angle minimizing the system energy when placed in a magnetic field. As colloidal processing, slip casting and electrophoretic deposition (EPD) have been conducted successfully. The slip casting in a high magnetic field confers several advantages and it is possible for this type of processing to be applied to non-cubic ceramics, such as alpha-alumina, titania, zinc oxide, tin oxide, hydroxyapatite, aluminium nitride, silicon carbide, silicon nitride, etc.

  • 電気泳動堆積法によるSOFC用電極層の作製

    辻華子, 松永 知佳, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    平成22年度日本金属学会九州支部学術講演会 

    Presentation date: 2010.06

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    現在我々の研究グループは、電気泳動堆積(Electrophoretic Deposition : EPD)法に注目し、SOFC用電極層の作製を検討している。製膜システムは簡便で、実用化が高いプロセスとして知られているが、EPD法によるSOFC用電極層の作製はほとんど報告されていない。これは、固体電解質材料が室温では導電性を持たず、EPDの堆積用電極として利用できないためである。そこで本研究では、SOFC用電解質表面に導電性膜をコートし、得られた電解質上へのカソード用La2NiO4粉末の堆積・膜作製を検討した。

  • モルデナイトゼオライトの磁場配向

    松永 知佳, 松田元秀, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    平成22年度日本金属学会九州支部学術講演会 

    Presentation date: 2010.06

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    構造内に分子サイズオーダーのミクロ細孔を持つゼオライトの膜は、優れた機能を示す分離材として、近年大変注目されている。ゼオライトの膜化に関する研究は1990年代頃から活発化し、これまでに様々なゼオライト膜が作製されているが、大半の膜はランダムな構造からなる。一方、気体分子の膜内透過性を考えた場合、細孔構造の規則配列化が望まれる。これまでにゼオライトの配向化を目指した試みはあるものの、得られた膜の緻密性が低かったり、広い範囲に渡って膜状形態が維持されていないなど、いまだ十分な膜作製プロセス技術が開発されていないのが現状である。本研究では、強磁場を用いたモルデナイトゼオライトの配向膜作製プロセスの基礎研究として、モルデナイトゼオライトの磁化容易軸を決定するために行った実験結果について報告する。

  • Microstructure Control of textured SiC prepared by slip casting

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, NISHIMURA, Toshiyuki, TANAKA, Hidehiko, SAKKA, Yoshio

    3rd INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SiAlONs AND NON-OXIDES 

    Presentation date: 2010.06

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    Anisotropic designs of ceramics have attracted attention, because of their improved electrical, mechanical and other properties. We reported that development of texture can be controlled by slip casting in a strong magnetic field followed by heating even for diamagnetic ceramics and this processing can be applied to SiC for controlling the crystallographic orientation. In this study, in order to control the microstructure in textured SiC, we discuss the sintering additives, sintering methods and sintering conditions. The c-axis of the 78% of grains were aligned with less than 20 degree of tilting angle between the c-axis and a magnetic field in the textured SiC with Al2O3 and Y2O3 additions. The some properties depend on the orientation direction in the textured SiC.

  • B-C系助剤を用いた炭化ケイ素のミリ波焼結

    関本 真康, 鈴木 達, 田中 英彦, 西村 聡之, 目 義雄

    平成22年度春季大会(第105回講演大会) 

    Presentation date: 2010.05

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    マイクロ波焼結は、試料の自己発熱による加熱、選択加熱が可能、均一・急速加熱が可能、省コストであるなど様々な利点を持つ焼結方法の一つである。一方、炭化ケイ素は様々な特性から工業的に重要なセラミックスであるが、難焼結性材料であり、焼結のために高温を要するという問題がある。本研究では、B-C系助剤添加炭化ケイ素を、ミリ波(マイクロ波)焼結の特徴である試料の自己発熱性、選択加熱性を利用して、助剤の炭素を発熱源とすることにより粒界で局部的に高温部を作り出し焼結を促進させることで、試料全体としては低温での緻密化を試みたことを報告する。

  • Electronic conductivity measurements of oxyapatite-type lanthanum silicate by the dc-polarization technique using Hebb-Wagner type asymmetric cell

    小林 清, 打越 哲郎, 鈴木 達, 西村 睦

    電気化学会第77回大会 

    Presentation date: 2010.03

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    新規酸化物イオン伝導体であるオキシアパタイト型ランタンシリケートにおいて,マイノリティー伝導である電子伝導をHebb-Wagner型直流分極セルを用いて測定した.得られた結果と欠陥モデルを基に電子伝導の酸素分圧依存性などを議論する

  • Preparation of Hand-maid Cosmetics Foundation for Experience of Ceramics Processing in NIMS Open House

    打越 哲郎, 鈴木 達

    日本セラミックス協会2010年年会 

    Presentation date: 2010.03

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    物・材機構では、毎年春の科学技術週間に行なわれる所内公開行事として、研究者や技術者以外の一般見学者を対象に、楽しみながら科学技術への理解を深められるような体験型イベントを企画・実施している。ナノセラミックスセンター微粒子プロセスグループでは、セラミックスプロセスの一端を実際に体験してもらうことを目的として、「肌に優しい天然素材の化粧品を作ろう!」と題した手作りファンデーション講座を開催し好評を博している。本講演では、その実施内容について紹介する。

  • Effects of particle dispersion treatment and applied magnetic field on orientation of mordenite zeolite

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    日本セラミックス協会2010年年会 

    Presentation date: 2010.03

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    構造内に分子サイズオーダーの細孔を有するゼオライトの膜は極めて高い選択性を有する分離膜材として応用が注目されている。中でも、種結晶を予め基板上に塗布し、その後水熱処理によって膜を得るsecondary growth法は広く用いられている。Secondary growth法で得られるゼオライト膜の微構造は種結晶の塗布状態に大きく依存するため、種粒子の塗布状態制御は極めて重要である。現在、我々は、モルデナイト型ゼオライトの種結晶粒子を強磁場中で配向させることにより、その後の水熱処理で配向膜を作製するプロセスを検討しているが、種結晶粒子の分散性や印加磁場強度などのプロセスパラメータの影響を明らかにする必要がある。そこで、本研究では、出発粉体に対して行った粉砕・分級処理効果や磁場強度が配向度に及ぼす影響について検討した。

  • 高誘電率チタン酸バリウムナノ粒子を用いたフィルムキャパシタの作製とその誘電特性

    近藤 修平, 喜多 達也, Petr Pulpan, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 和田智志, 鈴木 達, 打越 哲郎, 森吉 千佳子, 黒岩 芳弘

    日本セラミックス協会2010年会 

    Presentation date: 2010.03

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    将来の大容量通信に対応する電子デバイス基盤技術として、基盤内へ電子部品を高密度で実装するシステムインパッケージ(SiP)が必要不可欠であるが、その実装には多くの課題が存在する。その最大の課題が、フィルム状で、比誘電率が100以上のフィルムキャパシタの作製が困難なことである。高誘電率なフィルムキャパシタを作製するためには、(Ⅰ)誘電体粒子の比誘電率を向上させる、(Ⅱ)誘電体粒子の体積分率を上げる、(Ⅲ)誘電体粒子とポリマーの複合体構造(フィルム構造)を最適化する必要がある。これらを達成するために、(Ⅰ)~(Ⅲ)について、(Ⅰ)高誘電率のBaTiO3ナノ粒子を使用する、(Ⅱ)電気泳動法による高密度集積体の作製、(Ⅲ)シミュレーションによる最適なフィルム構造の設計を行うことにより検討を行ったので報告する。

  • チタンアルコキシドを用いたチタン酸ストロンチウムナノキューブの合成と集積化

    岩月 将吾, Petr Pulpan, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 和田智志, 鈴木 達, 打越 哲郎

    日本セラミックス協会2010年会 

    Presentation date: 2010.03

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    従来のチタン酸ストロンチウム(SrTiO3, ST)単結晶に対して、ST キューブを3 次元で方位をそろえて集積させた集積体を常温で作製できれば、粒界を持つST 単結晶を初めて実現することができる。更に、ST ナノキューブ界面に種々のドーパントを添加することで、粒界制御したST 単結晶を実現することができ、種々の新機能を導入することが可能となる。そのためには、粒子径の揃ったST ナノキューブを作製する必要がある。これまで、TiO2 ナノ粒子を原料とし、ST ナノキューブの作製を行ってきたが、ST ナノキューブは広い粒径分布を持ち、集積化が困難であった。そこで、本研究ではST ナノキューブの原料として新規にチタンテトライソプロポキシドを用いST ナノキューブの合成を行うとともに、電気泳動法による集積化についても検討を行ったので報告する。

  • MPBエンジニアリングによるBT-KN系セラミックスの微構造制御とその圧電特性

    清水 茂仁, Petr Pulpan, 熊田 伸弘, 和田智志, 田中 大介, 古川 正仁, 黒岩 芳弘, 打越 哲郎, 鈴木 達

    日本セラミックス協会2010年会 

    Presentation date: 2010.03

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    現在、環境に優しくかつ高性能な圧電材料が求められており、その候補の1つとして、チタン酸バリウム(BT)—ニオブ酸カリウム(KN)系セラミックスが報告されている。このBT-KN系セラミックスの圧電特性については、0.5BT-0.5KNにおいて誘電率と圧電定数が高く、この組成では斜方晶と正方晶構造の2相共存であり、この界面領域が誘電率、圧電定数の数値に影響を与えたと考えられている。0.5BT-0.5KNセラミックスに対してMPBエンジニアリングを行うことにより微構造を制御し、圧電定数の向上を確認することが出来た。本研究では、圧電特性のさらなる向上を目指し、さらに0.5BT-0.5KNセラミックスの作製条件を変更して試料を作製することで、微構造を制御し、その圧電特性について検討を行った。

  • 高等学校におけるセラミックス教育の現場から

    鈴木 義和, 鈴木 達

    日本セラミックス協会2010年会 

    Presentation date: 2010.03

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    先端科学技術としてのファインセラミックス分野、また、伝統工芸を含む広義のセラミックス産業を今後発展させていくためには、若手人材の育成がますます重要な課題となっている。このような問題意識を背景に、日本セラミックス協会「セラミックス」誌では、日本セラミックス協会教育委員会の協力の下で「セラミックスと教育」という特集の刊行を予定している(2010年4月発行予定)。この一環として、高等学校におけるセラミックス教育の現場を訪問し、実習時間を中心とした訪問取材を行った。本報告では、実際に取材させていただいた教育現場での取り組みを紹介する

  • 強磁場電気泳動法を用いたチタン酸バリウム配向セラミックスの作製

    喜多 達也, 近藤 修平, Petr Pulpan, 武井 貴弘, 熊田 伸弘, 和田智志, 鈴木 達, 打越 哲郎

    日本セラミックス協会2010年年会 

    Presentation date: 2010.03

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    近年、環境にやさしい誘電・圧電材料として、チタン酸バリウム(BaTiO3)配向セラミックスが注目されている。この作製法として、テンプレート粒子成長(TGG)法が用いられているが、これ以外の方法は報告されていない。そこで本研究では高結晶性を持つBaTiO3ナノ粒子を用いて12 Tの強磁場中で電気泳動法を行うことで、配向した集積体を作製し、その集積体を焼結することによりBaTiO3配向セラミックスの作製試みたので報告する。分散剤を共存させたエタノール中で高結晶性BaTiO3ナノ粒子の解砕を試みた。ジルコニアボール量、回転速度を変化させ、ボールミル解砕を行い、その後に000回転で遠心分離を行うことで凝集粒子の除去を行った。これらのスラリーを用いて、高磁場電気泳動法により配向集積体を作製した。作製したセラミックスの配向度、誘電率については当日報告する。

  • 自然に学ぶ積層セラミックスの作製

    鈴木 達

    無機材料科学研究会 

    Presentation date: 2010.02

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    自然界においては、機能発現のためにその微構造組織がデザインされており、結晶方向と積層構造もそのデザインされる因子の一つとなっている。この結晶方位と積層構造を組み合わせた複雑な微構造制御により、必要な強度と機能を組み合わせた生物の外郭構造などが構成されている。本講演では、セラミックスプロセスの基礎から先端までを概論として講義する。さらに、自然界に見られるような微構造組織を作り込みための第一歩として、セラミックスの構造制御における結晶方位と積層構造による微構造制御の試みについて、強磁場と電場を重畳作用させるプロセスを紹介する。

  • Anodic and Cathodic Deposition of Ceramic Particles by Pulsed-DC Electrophoretic Deposition

    打越 哲郎, 鈴木 達, ベスラ ラックスミダー, 目 義雄

    第48回セラミックス基礎科学討論会 

    Presentation date: 2010.01

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    通例、EPDプロセスでは、安定したサスペンションの調製しやすさにより、正に帯電した粒子を負極に堆積させるカソードデポジションと、負に帯電した粒子を正極に堆積させるアノードデポジションの2通りの方法が適宜選択されている。しかし、得られる膜質が必ずしも同様でないこともしばしば見受けられる。DCパルスEPDにおいても、カソードデポジションとアノードデポジションで気泡抑止効果や膜の均一性にどのような差異があるかは興味深い。そこで、本研究では、中性付近に等電点を持つアルミナを用い、粒子表面が正または負に帯電したサスペンションを作製して、帯電極性の違いと膜質の関係について比較検討することを目的とした。

  • Characterization of Anode-supported Solid Oxide Fuel Cell with LDC/LSGM/LDC Electrolyte Layers Fabricated by EPD

    鈴木 晴絵, 打越 哲郎, 小林 清, 鈴木 達, 杉山龍男, 古谷健司, 松田元秀, 目 義雄, 宗像文男

    第48回セラミックス基礎科学討論会 

    Presentation date: 2010.01

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    電気泳動堆積(EPD)法は、帯電粒子の電気泳動現象と凝集堆積現象に基づいたセラミックス形成法で、厚さの制御された粒子堆積膜を形成できる特長を有している。また、固体酸化物型燃料電池(SOFC)の電池特性は固体電解質の厚さを薄くすることで向上する。そこで、EPD法をSOFCのセル形成に用いることで、電池特性に優れた薄く均一な電解質膜の形成が期待できる。本研究では固体電解質にLSGM、緩衝層にLDCを用いたアノード支持型SOFCセルをEPD法により作製し、特性評価を行なった。

  • Orientation Control of Mordenite-Type Zeolite by Slip Casting in Strong Magnetic Field

    松永 知佳, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 松田元秀

    第48回セラミックス基礎科学討論会 

    Presentation date: 2010.01

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    Preparation of green compacts of the c-axis oriented mordenite zeolite was performed by slip casting in a strong magnetic field. Agglomerated secondary particles were removed by sedimentation, and then the classified primary particles were consolidated by slip casting in a 12 T strong magnetic field. A static magnetic field parallel or perpendicular to the casting direction or a rotating magnetic field was applied to orient the mordenite particles during the slip casting. The obtained compacts were characterized by XRD and SEM. It became apparent that the b-axis of the mordenite was the easy-magnetization axis. The c-axis orientation of the mordenite was suggested to be achieved by slip casting in a rotating strong magnetic field.

  • 強磁場中コロイドプロセスを用いた配向アルミナ積層体の作製

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 第48回セラミックス基礎討論会 

    Presentation date: 2010.01

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    組織と結晶の配向は材料特性に大きく影響し、特性改善のための効果的な組織制御手法の一つである。我々のグループでは強磁場とスリップキャスト成形を用いることでアルミナでも配向制御が可能であることを見出し、報告してきた。セラミックス積層コンポジットでは、機械特性を改善する手法の一つとして熱膨張率の異なる材料を積層させ内部残留応力を発生させることにより亀裂進展を制御する方法が試みられている。ある層に圧縮応力を残留させた場合には、その層の強度は圧縮応力分だけ向上し、一方で引張り応力が残留した層に亀裂が進入するときには亀裂進展方向が偏向・阻害されることで強靭化される。本研究では、EPD法の積層体成形方法と強磁場を組み合わせることで、各々の層の結晶方位を制御した配向制御積層構造の作製を試みて、その積層体での亀裂進展過程を検討した。

  • EPD of LDC/LSGM/LDC Tri-layers on NiO-YSZ for Anode-supported SOFC

    鈴木 晴絵, 打越 哲郎, 鈴木 達, 小林 清, 古谷健司, 松田元秀, 目 義雄, 宗像文男

    第19回日本MRS学術シンポジウム 

    Presentation date: 2009.12

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    The LaGaO3 is a superior oxide ion conductor and its oxide ionic conductivity can be further improved by partially substituting the La and Ga ions with Sr and Mg, respectively. The aim of this study is to apply the EPD technique in the fabrication of a flat, anode-supported SOFC unit cell with La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ (LSGM8282) electrolyte sandwiched between the LDC inter-layers on NiO-YSZ anode and evaluate the cell performance.

  • Control of Crystallographic Orientation in AlN Prepared by Slip Casting in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    第26回日韓国際セラミックスセミナー 

    Presentation date: 2009.11

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    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics and one of the effective ways to improve their properties. The suspensions were consolidated by a slip casting in a static and a rotating strong magnetic field of 12 T. The green compacts after slip casting were isothermally sintered at the desired temperature for 2 h without applying a magnetic field. The a, b-axis and the c-axis of AlN were aligned using the static and the rotating magnetic field, respectively. The c-axis of the 67% of grains were aligned with less than 20 degree of tilting angle between c-axis and the rotating plane of a magnetic field in the c-axis oriented AlN. The some properties depend on the orientation direction in the textured AlN.

  • FABRICATION OF HIGHLY STRUCTURE CONTROLLED CERAMICS THROUGH ADVANCED COLLOIDAL PROCESSING

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    Shaping 4 

    Presentation date: 2009.11

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    FABRICATION OF HIGHLY STRUCTURE CONTROLLED CERAMICS THROUGH ADVANCED COLLOIDAL PROCESSING will be demonstrated by the results obtained by fine powder processing group.

  • Hybridization of texture inducing processes

    Suvaci, Keskinbora, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    fourth International Conference on Shaping of Advanced Ceramics 

    Presentation date: 2009.11

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    Texture engineering is an important field of interest due to its potential for improving the properties of materials by carefully designing textured microstructures. However, there are issues such as anisotropic shrinkage, which is a sound problem in most textured material systems. To overcome some of the problems present, a hybridization of TGG and magnetic field alignment processes is proposed. For this purpose, ZnO suspensions with ZnO template addition were compacted under 12 T magnetic field. Template addition has an adverse effect on texture but there might be a critical value of template concentration, below which, densification is enhanced and anisotropic shrinkage is reduced to a miniscule value by templates as in the case of 2 wt % template containing sample.

  • Fabrication and some properties of energy-related textured ceramics

    SAKKA, Yoshio, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru

    ACTSEA-2009 

    Presentation date: 2009.11

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    Fabrication of textured ceramics has been carried out by colloidal processing in a strong mangetic field. Crystal-oriented TiO2 films on ITO glass substrates for photoelectrodes was fabricated,and some properties were demonstrated.

  • Control of Orientation in Alumina Laminar Composites Using EPD in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    Composites at Lake Louise 2009 Conference 

    Presentation date: 2009.10

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    組織と結晶の配向は材料特性に大きく影響し、特性改善のための効果的な組織制御手法の一つである。従来では、アルミナのような弱磁性体では、その磁化率が微弱な為に磁場を用いた配向制御は行なわれてこなかった。しかしながら、我々のグループでは強磁場とコロイドプロセスを用いることでアルミナでも配向制御が可能であることを見出し、報告してきた。本研究では、積層を成形する方法である電気泳動堆積)法と強磁場を組み合わせることで、各々の層における結晶方位を制御した配向制御積層構造をもつアルミナの作製を試みて、その特性を評価した。

  • Electrophoretic Deposition of Eu doped SiAlON Phosphor Particles

    UCHIKOSHI, Tetsuo, KITABATAKE, Takuya, SUZUKI, Tohru, MUNAKATA Fumio, SAKKA, Yoshio, HIROSAKI, Naoto

    Composites at Lake Louise 

    Presentation date: 2009.10

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    The fabrication of flat, uniform films of the Eu2+ doped Ca-α-SiAlON phosphor powder was performed by EPD for the packaging of flat, pseudo-white light emitting devices. The light emission properties of the SiAlON phosphor films exited by blue light at λ=450 nm were also characterized by measuring the photo luminescence (PL) spectra. This pseudo-white light-emitting device has an insufficient performance for general lighting, because it has inferior color-rendering properties due to the absence green and red spectrum components. Therefore, improvement of the color rendering-properties was also attempted by laminating or mixing the Eu doped β-SiAlON and CaAlSiN3 phosphor powders which emit green and red lights during excitation by the blue light.

  • 強磁場を利用した炭化ケイ素の配向制御御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    粉体工学会2009年度 秋期研究発表会 

    Presentation date: 2009.10

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    高温構造材料や機能材料としても注目されている炭化ケイ素に対して、特性改善のために種々の組織制御が試みられている。強磁場中成形を結晶磁気異方性があるα−炭化ケイ素へ適用し、さらにSPS等を用いた緻密化により配向組織制御を行った。強磁場中成形により作製された配向性SiCは、c軸が磁場印可方法と平行に配向し、焼結方法の違いにより配向性が変化した。また、焼結助剤にアルミナが含まれる場合には、SPSをすることにより板状組織の発達と粒成長の促進が見られた。

  • 磁場中成形による窒化アルミニウムの配向制御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    第22回秋季シンポジウム(2009年) 

    Presentation date: 2009.09

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    AlNは優れた熱伝導特性と電気絶縁性を持ち、基板材料として注目されている材料である。セラミックス材料作製プロセスにおいて、磁場が物質に及ぼす作用を利用して配向を制御しようという試みが盛んになってきている。我々のグループではアルミナ、チタニア、酸化亜鉛などにおいて、さらにAlNにおいても磁場中成形と焼結によるプロセスで配向性セラミックスを作成できることを報告してきた。今回の報告では、静磁場を用いてa,b軸配向したAlNと、回転磁場を用いてのc軸配向したAlNに関して、焼結助剤や焼結条件などを変化させて、微構造組織や特性に与える影響について検討した。

  • 外場を用いたナノキュ-ブ集積体の作製

    和田智志, 野澤あい, 岩月 将吾, Petr Pulpan, 鈴木 達, 打越 哲郎

    日本セラミックス協会 第22回秋季シンポジウム(2009年) 

    Presentation date: 2009.09

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    未来のセラミックスは真の意味でのナノ構造制御により針物性や巨大物性など、これまでのセラミックス科学の延長ではその発現も想像できない物性を発現させることが求められている。従来用いてきた焼結のように拡散を伴う手法ではナノ構造を破壊してしまい、ナノ構造を持つセラミックスの実現は困難となる。そこで、粒子径のそろった種類の異なるナノキューブを原料とし、外場を用いて集積することにより、粒子界面での格子ミスマッチによる歪み傾斜構造を導入することで、誘電特性の向上について、検討を行った。

  • Fabrication of LaGaO3-based solid oxide fuel cell (SOFC) with La-doped ceria (LDC) buffer layers by electrophoretic deposition

    鈴木 晴絵, 打越 哲郎, 鈴木 達, 小林 清, 北畠 拓哉, 杉山龍男, 古谷健司, 目 義雄, 宗像文男

    日本セラミックス協会 第22回秋季シンポジウム(2009年) 

    Presentation date: 2009.09

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    ペロブスカイト型構造を有するLaGaO3系固体電解質は低温での酸素イオン導電性が高く、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O1-δ(LSGM8282)は固体酸化物型燃料電池(SOFC)の電解質として特に注目されている。一方、LSGMはセル電極材との反応性が高いことが指摘されており、実用化においては電解質−電極間への緩衝層の挿入が検討されている。これまでに、Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)を緩衝層とし、導電性ポリマーを被覆したNiO-YSZ燃料極上にGDC /LSGM/GDCの3層を形成させたセルをEPD法により作製して、その発電特性を評価してきた。しかし、Laの拡散によるLSGM−GDC間での固相反応の抑制が不十分であったため高い出力特性を得ることができない。本研究では、緩衝層をCe0.9La0.1O1.95(LDC)としたセルを電気泳動堆積(EPD)法で作製し、緩衝層の違いが出力特性に及ぼす影響について検討した。

  • Assembling and texturing of ceramic particles in liquid by using external fields

    打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会 第22回秋季シンポジウム(2009年) 

    Presentation date: 2009.09

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    我々は、セラミックスの粒子を液中で帯電・分散させ、そのサスペンションを強磁場中で固化成形することにより、粒子の配向した固化成形体が得られること、またその固化成形体を焼成することにより結晶方位の配向したセラミックスが創製できることを見出し、既に多くの物質系で強磁場プロセスの有効性を示してきた。例えば、強磁場電気泳動堆積(強磁場EPD)法では、磁場ベクトルと電場ベクトルのなす角度を変化させると、基板に対する堆積膜の配向方位も任意に制御でき、配向層の積層化も容易である。強磁場を利用した結晶方位制御と電場を利用した粒子配置制御が同時に期待できる強磁場電気泳動法は、結晶方位と組織微構造の双方が高次に制御されたセラミックス薄膜、厚膜、積層体、傾斜組成材料などの作製が期待できる新しいセラミックスプロセスである。本講演では、セラミックの強磁場EPDプロセスの基礎理論を概説し、強誘電体、熱電材料、イオン伝導体、光

  • チタン酸バリウム配向セラミックスにおける新規配向度評価方法

    森林太郎, 熊田伸弘, Petr Pulpan, 和田智志, 鈴木 達

    日本セラミックス協会 第22回秋季シンポジウム(2009年) 

    Presentation date: 2009.09

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    環境問題の観点から、現在の鉛系電子材料よりも性能の高い非鉛系電子材料の開発が急務となっている。そこで、高い圧電定数を持つ非180°ドメイン壁に着目し、化学組成を固定した状態で、ドメイン壁密度を向上させ、かつドメイン壁を結晶中に固定化させることで、環境に優しい高性能の非鉛系電子材料開発を目指している。ドメイン壁の固定には特殊な結晶方位を用いる。これまで我々は、チタン酸バリウム(BT)を用い、[110]方位に配向したBTセラミックス多結晶体を作製し、検討を行ってきた。その中で、[110]方位への配向度の測定法として、Lotgering法を用いたが、この測定法において、幾つかの試料で異常な配向度を得た。そこで、本研究では、Lotgering法の妥当性を検討すると共に、極点図形に基づいた新しい配向評価法を提案した。

  • DENSE, BUBBLE-FREE CERAMIC DEPOSITS FROM AQUEOUS SUSPENSION BY PULSED DC ELECTROPHORETIC DEPOSITION

    UCHIKOSHI, Tetsuo, Laxmidhar Besra, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    ICCCI 2009 

    Presentation date: 2009.09

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    The characteristics of electrophoretic deposition (EPD) of positively-charged ceramic particles onto a cathode were investigated using aqueous alumina suspension under pulsed DC application. Under the application of continuous DC to the suspension, many macro pores appeared in the deposit due to electrolysis of water; however, the application of pulsed DC enabled controlling bubble incorporation and obtaining bubble-free deposits from aqueous suspension. The localization of pH at the electrode/solution interface on application of electric field was experimentally verified and attributed as the underlying mechanism of particle consolidation during pulsed EPD. The suspension pH tends to shift towards isoelectric point leading to spontaneous coagulation of particles at the electrode.

  • POSSIBILITY AND DIVERSITY OF ELECTROPHORETIC DEPOSITION PROCESS

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    2nd IC4N-2009 

    Presentation date: 2009.06

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    Electrophoretic deposition (EPD) is a colloidal process wherein ceramic bodies are directly shaped from a stable colloid suspension by a dc electric field. It has advantages of short formation time, needs simple apparatus, little restriction of the shape of substrate. Compared to other advanced shaping techniques, the EPD process is very versatile since it can be modified easily for a specific application: deposition can be made on flat, cylindrical or any shaped substrate with only minor change in electrode design and positioning. In this presentation, we will introduce our recent studies on EPD for variety of applications in structural and functional ceramics, and discuss its possibility and diversity.

  • Texture Development in Aluminum Nitride Prepared by Slip Casting in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    11th ICEEC 

    Presentation date: 2009.06

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    The development of crystallographic orientation is an interesting topic in ceramics and one of the effective ways to improve their properties. We reported that the successful control of the development of a textured microstructure even in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. The suspension with AlN powder was consolidated by a slip casting in a static and a rotating strong magnetic field of 12 T. The a-axis and the c-axis of AlN were aligned using the static and the rotating magnetic field, respectively. The c-axis of the 70% of grains were aligned within 20 degree of tilting angle between the c-axis and the rotating plane. The some properties depend on the orientation direction in the textured AlN.

  • Fabrication of Textured SiC by Electrophoretic Deposition in a Strong Magnetic Field

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKAKIBARA Saki, SUZUKI, Tohru, MUTO Hiroyuki, MATSUDA Atsunori, SAKKA, Yoshio

    The 11th Conference of the European Ceramic Society 

    Presentation date: 2009.06

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    In this study, the surface modification of SiC powder with an alumina precursor was achieved by a sol-gel method using aluminum isopropoxide. The electrophoretic data showed the surface charge potential of the powder was changed from negative to positive and the surface-coated SiC powder behaved like alumina in a solvent. The consolidation of the surface-coated powder was conducted by a cathodic electrophoretic deposition (EPD) in a strong magnetic field of 12 T. The sintering of the green bodies was carried out by pseudo-HIP technique using BN powder as a pressure-conducting medium in a hot-pressing machine. Both the green and sintered compacts showed good orientation characteristics.

  • EPD法を用いたLaGaO3系SOFCセルの作製と評価

    鈴木 晴絵, 打越 哲郎, 鈴木 達, 小林 清, 北畠 拓哉, 杉山龍男, 松田 元秀, 古谷健司, 目 義雄, 宗像文男

    第44回技術討論会 

    Presentation date: 2009.06

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    固体酸化物型燃料電池の特性向上には電解質層は薄い方が望ましく、燃料極を支持基材とし電解質層を薄く形成する燃料極支持型セルが有効である。本研究では、LaGaO3系SOFCセルの作製に電気泳動堆積法を用い、アノード上に膜厚の制御された均一な電解質および緩衝層を形成し一体焼成するプロセスについて紹介する。また、得られたセルの発電特性についても報告する。

  • Fabrication of highly textured ceramics by colloidal processing in strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    PACRIM8 2009 

    Presentation date: 2009.05

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    We have demonstrated the new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in a high magnetic field and subsequent heating. The principle of the process is that a crystal with an anisotropic magnetic susceptibility will rotate to an angle minimizing the system energy when placed in a magnetic field. Here, We will make a presentation on recent achievements of this technique.

  • Application of Electrophoretic Deposition for Ceramics Coating on Nonconductive Substrate Materials

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    PacRim8 2009 

    Presentation date: 2009.05

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    Electrophoretic deposition (EPD) is one of the colloidal processing in ceramic production wherein ceramic bodies are shaped directly from a stable colloidal suspension by a dc electric field. One of the prerequisites for the EPD process is that the substrates are electrically conductive; however, the EPD process will be more attractive technology for application in wide spectrum of materials processing if it is possible to deposit on non-conductive substrates. In this study, the uniform coating and line patterning of a conductive polypyrrole film on non-conductive ceramic materials was performed so that they can be used as the substrates for EPD processing. The direct shaping or the line pattering of ceramic particles by EPD was also carried out by using the Ppy films as cathodes.

  • 高温超電導体の磁気異方性決定因子としての希土類元素と結晶構造の関係

    石原篤, 堀井滋, 福島隆之, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 荻野拓, 下山淳一, 岸尾光二

    第25回応用物理学会 講演奨励賞受賞記念講演 

    Presentation date: 2009.03

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    In this study, the easy axes of magnetization and magnetic anisotropies in RE123 at RT were systematically investigated using magnetically c-axis aligned powder samples in epoxy resin made under static or rotating magnetic fields. Moreover, magnetic anisotropies of the paramagnetic RE3+ ions in the RE123 structure were quantitatively compared with those of the ferromagnetic RE metals. The relationship between number of 4f electron and magnetic anisotropy in RE123 was also discussed.

  • Fabrication of textured ceramics by colloidal processing in a high

    SAKKA, Yoshio, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru

    Interactive meet on Electrophoretic deposition: Challenges andOp 

    Presentation date: 2009.03

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    We have also demonstrated that EPD in a high magnetic field is an excellent method to fabricate crystalline textured ceramic thick bodies. Here, the direction of the electric field relative to the magnetic field can be altered to control the dominant crystal faces. Crystalline-textured controlled laminated composites can be fabricated using EPD by varying the angle between the vectors of electric field and magnetic field. This method can be also applied to prepare crystalline-oriented or specific crystal face thin films for functional applications, such as dielectric ceramics, thermoelectric devises.

  • 磁場を利用したセラミックス組織制御の可能性

    鈴木 達

    第2回材料化学テクトニクス研究討論会 

    Presentation date: 2009.03

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    スラリー中に分散したセラミックス粒子を強磁場中でスリップキャストや電気泳動堆積により成形することで、結晶方位を制御することが可能となった。本講演では、日本で発展してきている本プロセスを概説し、アルミナなどの構造材や誘電体、熱電材料などへの適用について紹介する。

  • 外場制御コロイドプロセスによる粒子配向集積制御の多様性と可能性

    打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    第6回ナノクリスタルセラミックス研究会 

    Presentation date: 2009.03

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    近年、マグネットテクノロジーの目覚しい進歩により、超伝導マグネットの発生する強磁場は、従前のいわゆる物性研究以外にも、急速に利用分野を拡大しつつある。我々のグループでは、反磁性セラミックス粒子のコロイド分散系に、10 T級の強磁場を印加すると、従来は非磁性体とも呼ばれ磁場の作用を受けないと考えられてきたアルミナやチタニアなどのセラミックス材料が、明らかに磁場の影響を受けて配向する現象を見出した。現在は、この現象を、結晶方位の制御された高性能、高機能セラミックス材料の創製プロセスへと展開している。本講演では、コロイド分散系に2つの外部場である強磁場と電場を重畳作用させることにより、結晶方位と高次構造の制御された配向セラミックスを作製する試みについて紹介する。

  • Mechanism of particle consolidation during Pulsed DC Electrophoretic deposition (EPD) from aqueous suspension

    打越 哲郎, Laxmidhar Besra, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会2009年年会 

    Presentation date: 2009.03

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    セラミック粒子のサスペンションに電場を印加し電極基板上に粒子堆積膜を形成させる電気泳動堆積(EPD)プロセスでは、水の電気分解により基板表面で発生する気泡が膜質や膜密度に悪影響を及ぼさないよう、分散媒に非水溶媒を用いるのが一般的である。しかし、我々は、水系サスペンションにDCパルス電場を印加すると、気泡発生のない良好な膜質の堆積層が形成できることを見出し、パルス電圧やON/OFF時間などが気泡抑制に及ぼす条件を系統的に検討してきた。本研究では、水系アルミナサスペンションを用い、DCパルスEPDにおける粒子の堆積固化メカニズムについて検討することを目的とした。

  • Control of textured microstructure of aluminum nitride by electrophoretic deposition in a rotation strong magnetic field

    Nguyen Hai Van, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄, 武藤浩行, 松田厚範

    日本セラミックス協会2009年年会 

    Presentation date: 2009.03

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    セラミックス材料の諸特性は結晶方位により異なる場合が多く、その特性を伸ばすための一つの方法として、特定の結晶方位を優先的に成長させたり並べたりするなどの配向制御が可能なプロセスが求められている。その一つとして、反磁性または常磁性セラミックス粒子のサスペンションに強磁場を外場から作用させることで、弱磁性セラミックスの結晶配向方位を制御しながら固化成形するプロセスが報告されている。本研究では、12 Tの回転強磁場中、電気泳動堆積(EPD)でAlNを固化成形し、それを焼結することにより磁場印加方向と垂直にc軸が配向したAlN焼結体を作製するため、配向率に及ぼすサスペンションの組成、磁場の回転速度、EPD通電条件などの関係について検討した。

  • Fabrication of Textured SiC Ceramics by EPD in a Strong Magnetic Field

    榊原咲, 鈴木 達, 打越 哲郎, 武藤浩行, 松田厚範, 目 義雄

    日本セラミックス協会2009年年会 

    Presentation date: 2009.03

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    一般に、非対称な結晶構造をとる物質の特性は結晶方位により異なり、多結晶材料でも組織を優先配向することで特性の向上が期待できる。結晶の配向制御を可能とするプロセスの一つに、外部からの強磁場を利用した磁場配向プロセスが注目されている。これに更に電場を重畳作用させることで、高次な構造制御が可能となる。本研究では、硬度、耐熱性の向上や化学的安定性の改善のため、耐火煉瓦や研磨剤として使用されている炭化ケイ素(SiC)で、結晶方位が配向した多結晶体を強磁場中、電気泳動法(EPD)により作製することを目的とした。

  • Fabrication of anode-supported solid oxide fuel cells (SOFCs) with (Sr, Mg)-doped LaGaO3 electrolytes by EPD

    鈴木 晴絵, 打越 哲郎, 鈴木 達, 小林 清, 北畠 拓哉, 杉山龍男, 古谷健司, 松田 元秀, 目 義雄, 宗像文男

    日本セラミックス協会2009年年会 

    Presentation date: 2009.03

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    高い酸素イオン伝導性を有するLaGaO3系材料は、固体酸化物型燃料電池の作動温度の低温化に有効な固体電解質として注目されている。しかし、LaGaO3系の材料は電極材料と反応して高抵抗層を生じやすい欠点が指摘されており、セル構築の際には電解質−電極間に適切な緩衝層を挿入する必要があると考えられる。そこで本研究では、EPD法によりLaGaO3系SOFCの単セルを作製するとともに、緩衝層の有無が発電特性に及ぼす影響について考察した。

  • Possibility and Diversity of Electrophoretic Deposition Process

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    Thailand-Japan Workshop on Advanced Materials for Environmental 

    Presentation date: 2009.02

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    Electrophoretic deposition (EPD) is a colloidal process wherein ceramic bodies are directly shaped from a stable colloid suspension by a dc electric field. Compared to other advanced shaping techniques, the EPD process is very versatile since it can be modified easily for a specific application: deposition can be made on flat, cylindrical or any shaped substrate with only minor change in electrode design and positioning. In particular, EPD offers easy control of the thickness and morphology of a deposited film through simple adjustment of the deposition time and applied potential. We have also conducted EPD in a strong magnetic field to fabricate crystalline-textured ceramics recently. In this presentation, we will introduce our recent studies on EPD for variety of applications in structur

  • Fabrication of thin,uniform solid electrolyte layers on NiO-YSZ by EPD

    鈴木 晴絵, 打越 哲郎, 鈴木 達, 北畠 拓哉, 杉山龍男, 古谷健司, 目 義雄

    第47回セラミックス基礎科学討論会 

    Presentation date: 2009.01

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    固体酸化物型燃料電池(SOFC)のセルでは、固体電解質層の厚さは薄い方がSOFCの特性向上のために望ましい。そのため、燃料極を支持基板とし、その上に電解質層を形成した電極支持型セルが注目されている。しかし、固体電解質と空気極の組み合わせによって固相反応による特性の劣化が生じることが知られており、その解決法として緩衝層の挿入が有効である。そこで、本研究では、NiO-YSZ基板に導電性ポリマーであるポリピロールをコーティングして導電性を持たせ、その上にEPDを行い均一緩衝層及び電解質層の作製を試みることを目的とした。

  • Nanostructured cubic zirconia prepared with commercial powder

    SUAREZ, Gustavo, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    第47回セラミックス基礎科学討論会、国際セッション 

    Presentation date: 2009.01

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    Colloidal processing of commercial 8 mol% Y2O3 doped cubic zirconia and a mixture of 92 mol% monoclinic zirconia and 8 mol% yttria was conducted. Beads milling with the grinding media of zirconia balls with an average diameter size of 50 microns was used for dispersion. The slip casting process of the slurry lead to a dense green compact that can be reacted and sintered by pressureless and spark plasma sintering (SPS) giving a final result of full dense cubic zirconia ceramics sintered at low temperature with a final grain size in the nanoscale for the case of SPS and small grain for pressureless sintering.

  • Nanostructured zirconia prepared with commercial powder

    SUAREZ, Gustavo, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    IUMRS-ICA 2008 The IUMRS International Conference in Asia 2008 

    Presentation date: 2008.12

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    The ZrO2(m) commercial powder as receive is 60 nm size of primary particle size. After the dispersion the particle size analysis show an average particle size of 90 nm.The slip casting process of the slurry lead to a very well dense green compact that can be reacted and sintered by different pressurless sintering technique and SPS method giving a final result of full dense tetragonal zirconia ceramics sintered at low temperature with a final grain size not bigger than 100 nm.

  • In-situ Observation of Alignment Process of Diamagnetic Fine Particle

    寺田 典樹, 鈴木 博之, 鈴木 達, 北澤 英明, 目 義雄, 金子耕士, 目時直人

    日本中性子 科学会第8回年会 

    Presentation date: 2008.12

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    優れたセラミックス材料を開発する上で、微粒子の配向の度合い、配向プロセスを正しく理解することは非常に重要である。従来の研究では、磁場中成形後に焼成して作成された材料を電子顕微鏡やX線等で、その表面を観察してきた。 今回我々は、微粒子の磁場配向の効果を純粋に調べるために、世界で初めて微粒子を水に懸濁させた状態で磁場を印加しその配向過程を中性子回折で直接観測することに成功した。水中の微粒子が配向していくメカニズムは、微結晶が磁場の方向に揃おうとする磁気エネルギーと、ランダムな方向を向こうとする熱揺らぎのバランスによって記述できることを見出した。さらに、理論曲線と比較することによってアルミナ微粒子を懸濁液中で完全に配向させるためには20テスラ以上の強磁場が必要であることがわかった。

  • Densification of SiC by SPS without sintering additives

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    International Conference on Sintering - Sintering 2008 

    Presentation date: 2008.11

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    Silicon carbide is one of the most important ceramics used as a structural and functional material in a wide variety of applications. We attempted to densify SiC using colloidal processing and spark plasma sintering (SPS) without sintering additives. A commercially available SiC (6H) powder with the average particle size of 0.55 um was used as the starting materials. Aqueous suspensions with dispersed particles were prepared by adjusting pH and consolidated by slip casting to prepare the dense green compacts. And then, the green bodies were sintered by SPS. The density of SiC prepared by SPS increased with increasing the sintering temperature. The relative density of SiC prepared by SPS was more than 97% at the sintering temperature of 1950C.

  • Texture development of feeble magnetic ceramics by colloidal processing in strong magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    1st International Symposium on Advanced Synthesis and Processing 

    Presentation date: 2008.11

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    The controlled development of texture is one of the ways for effectively improving properties of ceramics. Recently, high magnetic fields with a field strength up to 14 T is readily available without the use of liquid helium due to the development of superconducting technology. These new magnets have been used in studies of many fields, such as crystal alignment, levitation, separation, etc. We have demonstrated the new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in a high magnetic field and subsequent heating. Here, we will make a presentation of our recent results.

  • Preparation of Textured Titania Films on ITO Glass Substrates by Electrophoretic Deposition in a Strong Magnetic Field

    打越 哲郎, 川喜多 磨美子, 川喜多 仁, 鈴木 達, 目 義雄

    無機マテリアル学会 第117回学術講演会 

    Presentation date: 2008.11

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    アナターゼ型酸化チタンは、触媒・光触媒作用などの性質から、汚染浄化・クリーンエネルギーへの利用が注目されている。さらに近年、水の還元や、光酸化反応等で、酸化チタンの結晶方向性による活性の違いが報告されており、特定面を制御して配向することができれば、応用分野が広がる。そこで、本研究では、常磁性体や反磁性体などの弱磁性体セラミックス材料を配向させ堆積できる強磁場電気泳動法(EPD)によって、アナターゼ酸化チタンの特定面をITO基板上に配向させた薄膜を作製した。

  • Fabrication of innovative ceramics through advanced fine particle processing

    SAKKA, Yoshio, UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru

    9th International Symposium on Ceramics Materials and Component 

    Presentation date: 2008.11

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    The fundamental technologies which are key to this are (1) synthesis of fine particles with uniform composition and controlled crystallite size, (2) arrangement/assembley and dispersion control of fine particle with controlled particle size, (3) precise structural control at all levels from the micrometer to the nanometer order, and (4) nano structural design based of the local structure and functions of interest. Here, several achievements at Nano Ceramics Center, NIMS are introduced.

  • Fabrication of laminar alumina with textured layer using electrophoretic deposition in a strong magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    粉体粉末冶金協会 秋季大会 

    Presentation date: 2008.11

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    組織と結晶の配向は材料特性に大きく影響し、特性改善のための効果的な組織制御手法の一つである。従来では、アルミナのような弱磁性体では、その磁化率が微弱な為に磁場を用いた配向制御は行なわれてこなかった。しかしながら、我々のグループでは強磁場とコロイドプロセスを用いることでアルミナでも配向制御が可能であることを見出し、報告してきた。本研究では、積層を成形する方法である電気泳動堆積)法と強磁場を組み合わせることで、各々の層における結晶方位を制御した配向制御積層構造をもつアルミナの作製を試みて、その特性を評価した。

  • コロイドプロセスの高度化による高次構造制御セラミックスの作製

    目 義雄, 打越 哲郎, 鈴木 達

    第16回北海道地区セミナー2008 セラミック材料の最先端合成プロセス 

    Presentation date: 2008.10

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    本公演では、コロイドプロセスにおいて最も重要な粒子の分散・凝集制御の概略を示し,コロイドプロセスを利用したセラミックスの微構造制御と高機能化の例を筆者らの実験結果を中心に紹介する.

  • 高機能化のためのナノ粒子の配列構造制御

    目 義雄, 今須 淳子, 鈴木 達, 打越 哲郎

    全国共同利用研究所研究成果発表会 

    Presentation date: 2008.10

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    微粒子を溶媒中に分散し,固化成形するコロイドプロセスは、優れた微粒子の微構造制御成形法として知られている.ここでは、配列構造制御手法として、MIMIC法とEPD法の我々の試みを紹介する.

  • Possibility and Diversity of Electrophoretic Deposition in a Strong Magnetic Field

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    第3回電気泳動堆積国際会議 

    Presentation date: 2008.10

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    Textured ceramics have been produced by a variety of techniques; such as tape casting, hot forging or deformation, and templated or seeded grain growth. Recently, we developed a promising processing technique to fabricate polycrystalline ceramics with preferred crystalline orientation using commercial powder by electrophoretic deposition (EPD) in a strong magnetic field. In this presentation, we will introduce our recent studies on EPD in a strong magnetic field for variety of applications in structural and functional ceramics, and discuss its possibility and diversity.

  • Surface Modification of SiC Powder for Use in Electrophoretic Deposition

    Saki Sakakibara, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, Atsunori Matsuda, SAKKA, Yoshio

    3rd International Conference on Electrophoretic Deposition 

    Presentation date: 2008.10

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    The surface modification of SiC powder with an alumina precursor was achieved by a sol-gel method to apply the electrophoretic deposition (EPD) technique to the shaping of the SiC powder. The isoelectric point of the surface-modified SiC powder with sol-gel-derived alumina precursor was shifted to around pH 9, which is close to that of alumina. The alumina-coated SiC deposited on a cathodic substrate by EPD. The green compact of surface-modified SiC powder was sintered by hot pressing in an argon atmosphere at 2000℃.

  • 磁場中成形したセラミックスの焼結時における配向過程の解析

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本金属学会 秋期大会 

    Presentation date: 2008.09

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    材料においてはその微構造組織の制御は高機能化や多機能化への手段として試みられており、結晶配向制御もその一つとして有効である。セラミックスにおいても配向制御はその特性を改善する手法として注目されている。強磁場を用いることで反磁性セラミックスでも配向制御が可能であることを報告してきた。このプロセスでは、成形段階でのみ強磁場を印加し、その後に無磁場下で焼成することにより緻密な配向セラミックスを得ている。本研究では、アルミナなどを磁場中固化した成形体における焼結時の配向性変化について微構造組織と関連付けて検討する。

  • High power piezoelectric properties of textured BLSF ceramics fabricated in a strong magnetic field

    木村雅彦, 川田慎一郎, 三輪恭也, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2008.09

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    Template grain growth(TGG)法で作製したc軸配向のビスマス層状化合物(BLSF)配向セラミックスは、発熱が少ない、共振周波数のシフトがほとんど見られないなど、ハイパワー駆動時の圧電特性に優れることが報告されている。一方、強磁場中でスリップキャストを行うことで、a,b軸配向したBLSFセラミックスが得られることが知られているが、これらのハイパワー圧電特性については報告されていない。そこで、本報では、TGG法で作製したc軸配向セラミックスと、強磁場中で作製したa,b軸配向セラミックスのハイパワー圧電特性について比較を行い、配向方位とハイパワー特性の関係について考察する。

  • Fabrication of thun,uniform solid electrolyte layers on NiO-YSZ by EPD

    鈴木 晴絵, 打越 哲郎, 鈴木 達, 北畠 拓哉, 杉山龍男, 古谷健司, 目 義雄, 宗像文男

    日本セラミックス協会第21回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2008.09

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    固体酸化物型燃料電池(SOFC)セルでは、固体電解質と空気極の組み合わせにより固相反応による特性の劣化が生じることが知られており、その解決法として緩衝層の挿入が有効である。また、電池特性に優れた薄く均一な緩衝層及び電解質層の形成に、EPD法は適している。通例、燃料極に用いられるNi-YSZは導電性が無いため、還元雰囲気で熱処理することにより金属Niを生成させて伝導性を付与させるか、カーボンペーストを塗布したりすることにより導電性を持たせてからEPDが行われてきたが、本研究では、Ni-YSZ基板に導電性ポリマーであるポリピロールをコーティングして導電性を持たせ、その上にEPDによる均一なGDC緩衝層及びLSGM電解質層の作製を試みた。

  • Pulsed-DC electrophoretic deposition of aqueous alumina suspension

    打越 哲郎, ベスラ ラックスミダー, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会第21回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2008.09

     View Summary

    セラミック粒子のサスペンションに電場を印加し、電極基板上に粒子堆積膜を形成させる電気泳動堆積(EPD)プロセスでは、水系溶媒を使用すると水の電気分解により電極表面で気泡が発生し、膜質や膜密度に悪影響を及ぼす。そのため、分散媒には、非水溶媒が通例用いられる。しかし、サスペンションの安定性や調製しやすさ、コストや環境問題の観点から、水溶媒を利用したプロセスへの転化が求められている。我々は、水系サスペンションに直流パルス電場を印加すると気泡の発生が抑止された堆積膜が形成できることを見出し前回報告した。本研究では、水系アルミナサスペンションを用い、DCパルスの印加電圧やON/OFF時間などが気泡抑制に及ぼす条件について系統的に調べた結果を報告する。

  • Analysis of orientation during sintering in alumina prepared using a strong magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2008.09

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    セラミックスの作製プロセスの一つとして、強磁場を用いてアルミナの結晶方位を制御する手法を提案している。このプロセスでは、成形段階でのみ強磁場を印加し、その後に無磁場下で焼成することにより緻密な配向セラミックスを得ている。焼結中に無磁場であるにもかかわらず結晶配向性が向上することを見出している。本発表では、結晶方位と微構造組織を関連付けた解析を行い、焼結中での結晶配向の変化について議論する。

  • Alignment and Dispersion of Carbon Nanotubes

    張 炳國, 鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄, 津田 薫

    日本セラミックス協会 第21回秋季シンポジウム(2008年) 

    Presentation date: 2008.09

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    カーボンナノチューブ(Carbon nanotube、CNTs)は、炭素によって作られる六員環ネットワーク(グラフェンシート)が単層あるいは多層の同軸管状になった物質であり、炭素の同素体で、フラーレンの一種に分類されることもある。CNTsは、その優れた特性(例え、高い熱伝導度、高い電気伝導度)を持っているので、光学、電子機器、構造材料、機能的分野への応用のため、大きな注目を受けている。 一方、CNTs分散複合材料を製造する際、CNTsの優れた特性を生かすために、CNTsのよい分散性や配向は最も重要な要因の一つである。しかし、CNTsは凝集しやすいので、非常に分散しにくい。 したがって、本研究では水系及び有機溶媒系にCNTsの分散や強磁場でのCNTs配向を研究した。

  • Fracture behavior of laminar alumina with alternative cryatalline-oriented layers

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    3rd International Conference Fractography of Advanced Ceramics 

    Presentation date: 2008.09

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    The mechanical properties of ceramics materials can be tailored by designing their microstructures. Textured structured ceramics have attracted increasing attention, because of their improved mechanical, electrical and other properties. We have reported that the development of a textured microstructure in ceramics could be controlled by a strong magnetic field followed by heating even for diamagnetic ceramics. Moreover, we succeeded in producing the alumina/alumina laminar composites with alternate crystalline-oriented layers by electrophoretic deposition in a strong magnetic field. In this presentation, we study fractgraphy of this alumina laminar composites. Bending strength and fracture mode depended on the direction of laminar structure.

  • Development of Textured Microstructure in Diamagnetic Ceramics Prepared by Slip Casting in a Strong Magnetic Field and Heating

    SUZUKI, Tohru

    ASTMD-2 

    Presentation date: 2008.06

     View Summary

    Tailoring the crystallographic texture in ceramics is one way of effectively improving their properties. On the other hand, recently, superconducting magnet technologies have been developed and used for various applications, and we reported that the successful control of the development of a textured microstructure even in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field and the crystalline orientation was seemed to be closely related with the microstructure. In this presentation, we report the relationship between the development of the crystallographic orientation and the microstructure in ceramics prepared using a strong magnetic field.

  • Fabrication of textured structured SiC using slip casting in a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ISASC2008 

    Presentation date: 2008.06

     View Summary

    In general, the physical properties of a crystal depend on the direction of the crystal axis. Tailoring the crystallographic texture in ceramics is one way of effectively improving their properties. We have reported that development of texture can be controlled by slip casting in a strong magnetic field followed by heating even for diamagnetic ceramics such as alumina, titania, zinc oxide and so on. In this study, we applied this processing to silicon carbide for producing the textured SiC. The preparation of the dense and textured SiC polycrystal was achieved by this processing. The c-axis of the SiC was parallel to the direction of the applied magnetic field.

  • Patterning of Conductive Polymer Electrodes on Nonconductive Ceramic Substrates and Formation of Ceramic Deposits on the Patterned Electrodes by Electrophoretic Deposition Process

    三木 理子, 打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    平成20年度日本材料科学会学術講演大会 

    Presentation date: 2008.06

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    最近、我々は、導電性ポリマーであるポリピロールを電極としたEPDプロセスを試み、粒子付着性が良く厚い堆積膜が形成できることを見出した。ポリピロールのモノマーであるピロールは、水および多くの非水溶媒に可溶であり、溶液中での化学的酸化反応(浸漬重合反応)を用いれば、様々な絶縁性セラミックス上へ、薄く均一なポリピロール導電膜の形成が可能である。また、ポリピロールは、大気焼成により消失するので、セラミックス基材表面にポリピロール膜が自由にパターンニングできれば、EPD法を用いた粒子堆積膜のパターンニングにも有効であると考えられる。そこで、本研究では、光反応性酸化触媒を用いたピロールの選択重合により、導電性のないセラミックス基材上にポリピロール電極のパターンを形成し、得られた電極パターン上にEPD法によるセラミックス粒子の固定化を試みた。

  • Formation of crystallne-oriented titania thin films on ITO glass electrodes by electrophoretic deposition in a strong magnetic field

    川喜多 磨美子, 打越 哲郎, ベスラ ラックスミダー, 鈴木 達, 川喜多 仁, 目 義雄

    平成20年度日本材料科学会学術講演大会 

    Presentation date: 2008.06

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    アナターゼ酸化チタンは触媒・光触媒作用などの性質から、汚染浄化・クリーンエネルギーへの利用が注目されている。さらに近年、水の還元や、光酸化反応等で、酸化チタンの結晶方向性による活性の違いが報告されており、特定面を制御して配向することができれば、応用分野が広がる。そこで、本研究では、常磁性体・反磁性体などの弱磁性体のセラミックスを配向させ堆積できる強磁場電気泳動法(EPD)によって、アナターゼ酸化チタンの特定面をITO基板上に配向させた薄膜を作製した。

  • Texture Development in Diamagnetic Ceramics Prepared by Slip Casting in a Strong Magnetic Field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    The 15 International Conference on the Textures of Materials 

    Presentation date: 2008.06

     View Summary

    Tailoring the crystallographic texture in ceramics is one way of effectively improving their properties. On the other hand, recently, superconducting magnet technologies have been developed and used for various applications, and we reported that the successful control of the development of a textured microstructure in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field and the crystalline orientation was seemed to be inseparably related to the microstructure. In this presentation, we report the relationship between the development of the crystallographic orientation and the microstructure in ceramics prepared using a strong magnetic field.

  • Electrophoretic deposition of zinc oxide particles in a rotating magnetic field

    UCHIKOSHI, Tetsuo, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    第2回先端セラミックス科学技術国際会議(STAC-2) 

    Presentation date: 2008.05

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    Crystalline-textured zinc oxide ceramics were fabricated by EPD in a rotating magnetic field. The magnetic field of 12 T was kept on applying to the suspension during the EPD at a constant voltage condition at room temperature. The rotation speed of the suspension was altered from 0-90 rpm. The zinc oxide particles dispersed and deflocculated in ethanol showed a,b-axis alignment along the applied magnetic field, and then deposited on a cathodic substrate. The green compacts were dried, separated from the substrate, and then sintered at 1400 ºC for 2 h in air out of the magnetic field. The orientation of the zinc oxide crystallites was confirmed by XRD. It was confirmed that the orientation of the crystallites was dependent on the electric field strength applied to the suspension, the

  • 高配向β−Si3N4焼結体の作製

    目 義雄, 朱 新文, 鈴木 達

    粉体粉末冶金協会春季大会 

    Presentation date: 2008.05

     View Summary

    :我々は、磁場中スリップキャストにより結晶磁気異方性を利用した弱磁性セラミックスの配向制御ができることを報告してきた[1].Si3N4は、c軸方向の結晶磁気異方性がa,b軸より小さいため、静磁場印加では一軸配向はできない。最近、試料を回転させることにより動的磁場を実現し、一軸配向が可能なことが報告されている[2] .また、β−Si3N4は、α−Si3N4に微量のβ−Si3N4を添加することで配向度は増加するが、その詳細は明らかでない.本研究では、静磁場および動的磁場において、β−Si3N4を添加による配向への効果を検討した.

  • Alignment and Dispersion of Carbon Nanotubes by Colloidal Processing

    JANG, Byungkoog, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio, Tsuda Kaoru

    10th International Conference on Ceramic Processing Science 

    Presentation date: 2008.05

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    It is known that carbon nanotubes (CNTs) with high aspect ratios bundle easily, which can result in agglomeration of the solid particles or flocculation in solution. In other words, good dispersion of CNTs in aqueous or organic solution is not straightforward. This work describes the alignment behavior of CNTs in strong magnetic field and the colloidal processing of CNTs in aqueous systems.

  • Development of Texture in TiO2 Ceramics Prepared by Slip Casting in a Strong Magnetic Fields and Followed by Heating

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    3rd International Workshop on Materials Analysis and Processing 

    Presentation date: 2008.05

     View Summary

    Titania is an important electronic ceramic for use in diverse applications. Tailoring the crystallographic texture in ceramics is one way of effectively improving their properties, such as electrical, piezoelectric and mechanical properties. The process of controlling texture using a strong magnetic field has been reported for a variety of materials. In this paper, we control the crystallographic orientation of anatase and rutile using a strong magnetic field, and discuss the effect of the crystal structure, phase transformation, heat treatment on the magnetic alignment. 80% of the grains have the tilting angle less than 25 in the textured rutile sintered at 1400C. It is clear that the elongated grain growth during heating enhanced the degree of the orientation.

  • Fabrication of highly textured -Si3N4 via strong magnetic field

    ZHU, Xinwen, SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    MAP3 

    Presentation date: 2008.05

     View Summary

    Owing to the magnetic susceptibility of ca, b > c c, the a, b-axis aligned -Si3N4 is preferably developed in a static magnetic field [1-3]. To achieve the c-axis aligned -Si3N4 that can reach the maximized properties, a rotating magnetic field is one solution, virtually by rotating the sample in the static magnetic field. Unfortunately, previous efforts are unsuccessful to produce the unidirectionally c-axis aligned -Si3N4. Therefore, this work is intended to study the role of b-Si3N4 seed in the texture development in b-Si3N4 by the static and rotating magnetic field, using slip casting of -Si3N4 raw powder and pressureless sintering.

  • Texture development in 3mol% of Yttria stabilizing tetragonal zirconia

    SUAREZ, Gustavo, SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    MAP3 

    Presentation date: 2008.05

     View Summary

    A preparation method to obtain 3 mol% of Yttria stabilizing zirconia oriented in a high magnetic field by slip casting technique is presented in this paper. Orientation of the monoclinic zirconia is possible due to well dispersion of the slurry. This is one of the achievements of this work. 3YTZ is not possible to be oriented by this method directly. We prepare very well dispersed suspension of monoclinic zirconia with 3 mol% of Yttria (Y2O3) mixed in beads milling with 50 microns beads. Slip casting is performed in magnetic field and the result is monoclinic zirconia textured.

  • Alignment of Crystal Orientation in Alumina Ceramics under Magnetic Fields: Neutron Diffraction Study

    TERADA, Noriki, SUZUKI, Hiroyuki, SUZUKI, Tohru, KITAZAWA, Hideaki, SAKKA, Yoshio, Kohji Kaneko, Naoto Metoki

    3rd International Workshop on Materials Analysis and Processing 

    Presentation date: 2008.05

     View Summary

    In order to purely investigate the influence of magnetic fields on the degree of crystal orientation in α-Al2O3 ceramics, we have first studied the in-situ neutron diffraction measurements on the α-Al2O3 fine particles in the suspension under magnetic fields up to 100 kOe. The experimental data up to 100 kOe is well explained by the theoretical curve determined by the energy balance between the magnetic anisotropic energy and the thermal fluctuation following the Boltzmann distribution. We thus find that the magnetic field, where the particles are fully oriented in the liquid solvent, is above 200 kOe. we have also investigated the effect of the sintering temperature. The evaluations were performed with the specimens sintered in temperatures and magnetic fields varied systematically.

  • 回転磁場中電気泳動堆積法を用いたAlNの配向制御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本金属学会 春期大会 

    Presentation date: 2008.03

     View Summary

    組織や結晶の配向は材料特性に大きく影響し、特性改善のための効果的な組織制御手法の一つとして注目されている。当グループでは強磁場とスリップキャストを用いることでAlNでも配向制御が可能であることを報告してきた。本研究では、回転磁場と電気泳動堆積法(EPD)を用いてのAlNの配向制御可能性を検討した。XRD結果から、磁場の回転面と並行面で002反射が強く、回転面垂直では100と110反射が強いことから、磁場回転面と垂直にc軸が揃っていることが確認できる。しかしながら、この配向は、回転磁場中スリップキャストで得られる配向性よりも劣っていた。これは、泳動による粒子の流れが回転磁場で揃った粒子の方位を乱すからだと考えられる。

  • 8Y-FSZ/Al2O3複合セラミックスの擬弾性挙動

    北澤 留弥, 堀部 進, 鈴木 達

    日本金属学会 春期大会 

    Presentation date: 2008.03

     View Summary

    イットリア安定化ジルコニア(YSZ)における擬弾性挙動については、これまで、き裂進展、疲労などの観点から様々な研究が行われてきたが、擬弾性挙動の複合化による広汎なセラミックスへの応用可能性についてはまだ検討されていない。よって本研究では、擬弾性を発現する8Y-FSZと発現しないAl2O3を、それぞれ体積比率、粒径を変えて複合化し、擬弾性歪量の測定を行うことにより、擬弾性挙動がどのように変化するかを探ることを目的としている。擬弾性歪量はAl2O3単体を除く全ての材料で発現し、負荷荷重、弾性歪量の増加と共にほぼ線形的に増加した。それらの増加率は8Y-FSZ体積比率に対して比例関係になっており、同じ体積比率では粒径が大きいほど大きい。

  • Formation of Bubble-free Deposits from Aqueous Suspensions by Pulsed DC EPD

    打越 哲郎, ベスラ ラックスミダー, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会2008年年会 

    Presentation date: 2008.03

     View Summary

    電気泳動堆積(EPD)プロセスでは、水系溶媒を用いると水の電気分解により電極表面で生じる気泡が堆積膜内に巻き込まれ、膜質や膜密度に悪影響を及ぼす。そのため、分散媒には、通例、非水溶媒が用いられる。しかし、サスペンションの安定性や調製しやすさ、コストや環境問題の観点から、水溶媒を利用したプロセスへの転化が求められている。本研究では、水系サスペンションに直流パルス電場を印加することで、気泡の発生が抑止された堆積膜が形成できることを見出したので報告する。

  • Control of the c-axis alignment in AlN using EPD in the rotational magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 年会 

    Presentation date: 2008.03

     View Summary

    AlNは優れた熱伝導特性と電気絶縁性を持ち、基板材料として注目されている材料である。近年、磁場が物質に及ぼす作用を利用して配向を制御しようという試みが盛んになってきており、我々のグループではアルミナ、チタニア、炭化ケイ素などへの静磁場印加による配向制御、さらにAlNにおいては回転磁場を適用し、スリップキャストでの成形によりc軸配向制御を報告してきた。本発表においては、成形手法に電気泳動堆積を用いて、電場と回転磁場を重畳させた場合でのプロセス条件(磁場回転数、EPDでの電気泳動電圧、スラリー濃度)が配向性に及ぼす影響を検討した。

  • Dispersion Behavior and Aqueous Colloidal Processing of Carbon Nanotubes

    JANG, Byungkoog, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, Tsuda Kaoru, SAKKA, Yoshio

    32nd International Conference on Advanced Ceramics and Composite 

    Presentation date: 2008.01

     View Summary

    Commercially available multi-walled carbon nanotubes (MWNT) 10~40 nm in diameter and 10~25 m in length were used. The length of the CNTs could be reduced by nanomizer experiments. Chemical surface treatment was carried out using a mixture of concentrated nitric and sulfuric acid in the ratio of 1:3. To investigate the influence of the dispersant, 50~1000 l of several dispersants, such as acetic acid, polyelectrolyte, and sodium dodecyl sulfate (SDS), were added to mixtures of CNTs and water. The zeta potential of the dispersion, as a function of pH, was measured. The dispersed morphology of the CNTs was characterized using SEM, TEM, digital microscopy and atomic force microscopy (AFM).

  • Orientation control in alpha-SiC using colloidal processing in a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    32nd International Conference on Advanced Ceramics and Composite 

    Presentation date: 2008.01

     View Summary

    We have reported that development of texture can be controlled by slip casting in a strong magnetic field followed by heating even for diamagnetic ceramics such as alumina, titania, zinc oxide and so on. In this study, we applied this processing to silicon carbide for producing the textured SiC. The suspensions were then consolidated by slip casting in a strong magnetic field of 12 T at room temperature. The green SiC compacts were hot-pressed at 2173 K for 2 h at a pressure of 40 MPa in an Ar atmosphere. The preparation of the dense and textured SiC polycrystal was achieved by this processing. The c-axis of the SiC was parallel to the direction of the applied magnetic field. The bending strength of the textured SiC depends on the crack-growth direction.

  • Fabrication of Highly Textured Hydroxyapatite Ceramics by Colloidal Processing in a High Magnetic Field and Sintering

    SAKKA, Yoshio, Kazuya Takahashi, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, JANG, Byungkoog

    Advanced Processing for Novel Functional Materials 2008 

    Presentation date: 2008.01

     View Summary

    Hydroxyapatite (HAP) is a main component in the human bodies and teeth, and a specific crystal orientation is required because of the different properties for each crystal plane. We have demonstrated a new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by slip casting in a high magnetic field and subsequent heating. In this study, three kinds of hydroxyapatite powders were used for the fabrication of a textured HAP. The effect of the processing parameters on the orientation were examined. Using the de-agglomerated particle by a milling procedure, it can be possible to control the particle orientation, but when using heavily agglomerated particles, it was impossible to control the particle orientation by applying a high magnetic field. Highly-textured HAP can be fabri

  • Fabrication of textured-alumina/zirconia layered composite by EPD in a strong magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 基礎科学討論会 

    Presentation date: 2008.01

     View Summary

    組織と結晶の配向は材料特性に大きく影響する。強磁場とコロイドプロセスを用いることでアルミナの配向制御が可能であることを既に報告してきている。更に電気泳動堆積法(EPD)と強磁場を重畳作用させることにより配向積層体の作製も可能となる。本研究発表においては、配向アルミナと無配向ジルコニアを積層させた複合体を作製し、その残留応力を制御することが可能かを検討し、亀裂進展に与える影響を調べることを目的とする。

  • Synthesis of Titania Thin Films by Cathodic Electrolytic Deposition

    打越 哲郎, 白幡 直人, 鈴木 達, 目 義雄

    第48回ガラスおよびフォトニクス材料討論会 

    Presentation date: 2007.11

     View Summary

    電解析出法(electrolytic deposition, ELD)は、金属塩の溶液(または水+非水溶媒混合液)に電場を印加することにより、電極基板上にセラミック膜を直接生成する方法として注目されている。本研究では、ペルオキソチタン錯体溶液のカソードELDによる酸化チタン前駆体膜の形成について報告する。

  • Development of High-Strain-Rate Superplastic Oxide Ceramics as Environmental Materials

    HIRAGA, Keijiro, KIM, Byung-Nam, MORITA, Koji, YOSHIDA, Hidehiro, SUZUKI, Tohru, SAKKA, Yoshio

    ISSEM 2007 

    Presentation date: 2007.10

     View Summary

    High-strain-rate superplasticity (HSRS), defined as the ability of a material to sustain large plastic tensile elongation at strain rates higher than 10-2 s-1, provides a route to net-shape forming of materials and this route is highly attractive for reducing environmental loading necessary to machining and prolonging the lifetime of components in machinery. This presentation shows that HSRS is intentionally attainable even in ceramic materials: doped tetragonal zirconia polycrystals (Y-TZP) and composites synthesized from tetragonal zirconia, a-alumina and magnesia. For this attainment, inspection of models and experiments on superplastic deformation, intergranular cavitation and dynamic grain growth emphasize the importance of simultaneously controlling the following factors relating clo

  • Development of texture in TiO2 using a strong magnetic field

    SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo, SAKKA, Yoshio

    ISSEM2007 

    Presentation date: 2007.10

     View Summary

    We reported that the successful control of the development of a textured microstructure in diamagnetic ceramics was achieved by a colloidal processing in a strong magnetic field. The dispersion of particles in a suspension is necessary for the effective utilization of the magnetic field. In order to rotate the particles, colloidal processing was used in this study because this processing is very effective in avoiding heterogeneous agglomerates. Titania is an important ceramic material as an electronic ceramic and a photocatalyst. In this paper, we control the crystallographic orientation of anatase and rutile using a strong magnetic field, and discuss the effect of the crystal structure, phase transformation, heat treatment on the magnetic alignment.

  • Fabrication superplastic hydroxyapatite by colloidal processing

    目 義雄, 高橋和也, 森田 孝治, 鈴木 達, 平賀 啓二郎

    H19年度セラミックス総合研究会 

    Presentation date: 2007.10

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    An aqueous suspension of nano-sized HAP powder was consolidated by pressure filtration. After sintering at 1000℃ for 4 h, ceramics with a fine grain size of 0.17μm were obtained. The elongation reached 220% for the condition of 1100℃ and 5.56×10-4/s. From the strain rate and true stress, the stress exponent was calculated to be 4.8. The activation energy for tensile deformation was 823kJ/mol. The grain growth of HAP was confirmed to be rate-controlled by lattice diffusion. The activation energy of the grain growth rate was calculated to be 352kJ/mol. From the stress exponent and the activation energy, it is supposed that the deformation mechanism of HAP is primarily in the transition region between diffusion control and grain boundary sliding control.

  • Fabrication of Highly Textured Hydroxyapatite by Slip Casting in a High Magnetic Field

    目 義雄, 高橋和也, 鈴木 達, 打越 哲郎, 張 炳國

    第115回無機マテリアル学会学術講演会 

    Presentation date: 2007.10

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    近年、弱磁性材料でも強磁場中においては粒子配向する現象が見出された。先に、この現象を利用して、平均粒径0.58μmのHAP粒子のコロイドサスペンションを強磁場中で鋳込成形し、c軸が磁場方向と垂直となるように粒子配向した成形体が得られることを報告した。しかし、粒子の分散制御が不十分であったため、配向度は小さかった。そこで本研究では、ナノ粒子あるいは凝集粒子の分散方法を検討し、粒子が高配向したHAP焼結体の作製を試み、成功した。

  • 磁場でセラミックスの結晶方位を揃えよう

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    APPIE産学官連携フェア2007 

    Presentation date: 2007.10

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    コロイド分散と強磁場中成形技術を用いることにより、従来では非磁性体と呼ばれてきた反磁性セラミックス(アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、炭化ケイ素、窒化アルミニウムなど)の結晶方位を揃える配向制御プロセスを企業へのシーズ技術として紹介する。

  • 磁場配向を用いたセラミックスの組織制御

    鈴木 達

    日本学術振興会 先進セラミックス第124委員会 

    Presentation date: 2007.10

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    金属やセラミックスにおいて、その微構造は特性を支配する重要な因子の一つであり、その特性を改善するための微構造制御の一つとして配向制御が試みられている。強磁場中でのコロイドプロセスを用いる配向制御プロセスを適用することで、Al2O3、SiC、AlNなどの従来では非磁性体として扱われていた様々な反磁性セラミックスでさえも配向可能であることを見出したので、この強磁場とコロイドプロセスを用いた配向制御例と配向過程についての解析を紹介する。

  • 強磁場プロセスを用いたセラミックスの構造制御

    鈴木 達, 打越 哲郎

    第14回三次元ナノ・マイクロ構造研究集会 

    Presentation date: 2007.10

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    物質の諸特性は結晶面や軸方位により異なる場合が多く、多結晶体における個々の結晶方位を揃えるなどの配向制御は、近年注目されている組織制御法の一つである。強磁場とコロイドプロセスを用いることで、従来では非磁性体として扱われてきたAl2O3、ZnO、AlN、SiC等の反磁性セラミックスでさえ配向制御が可能であり、さらに電気泳動堆積と磁場を重畳させることで結晶方位と積層構造を組み合わせた構造制御が可能となることを紹介する。

  • 強磁場を用いたチタニアの配向制御

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    第2回「結晶方位と組織の制御」研究会 

    Presentation date: 2007.09

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    セラミックス材料作製プロセスにおいて、磁場が物質に及ぼす作用を利用して配向を制御しようという試みが盛んになってきている。当グループでは、反磁性セラミックス粒子のコロイド分散系に強磁場を印加し、結晶方位の制御されたセラミックスを創製できることを見出し、種々のセラミックスへ適用しその展開を図っている。本研究では、この磁場配向プロセスをチタニアに適用し配向制御を試みた。

  • 強磁場中成形による配向性窒化アルミニウムの作製

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本金属学会 秋期講演大会 

    Presentation date: 2007.09

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    組織や結晶の配向は材料特性に大きく影響し、特性改善のための効果的な組織制御手法の一つとして注目されている。当グループでは強磁場とコロイドプロセスを用いることでアルミナでも配向制御が可能であることを見出し、報告してきた。本研究では、強磁場成形を窒化アルミニウムへ適用して配向制御を試み、組織などについて検討した。静磁場中成形後に焼結した試料では、100、110反射が強くa, b軸配向しており、回転磁場を用いた場合には002反射が強く、c軸配向となっている事がわかった。配向性は粒成長により促進されていた。

  • Effect of cleavage plane on crack propagation of α-Al2O3

    山川 和宏, 松本 晃, 池田 賢一, 中島 英治, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2007.09

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    α-Al2O3は高硬度、耐熱性、化学安定性などに優れ、最も一般的で汎用性のある構造用セラミックスである。しかし、脆性破壊を生じることが問題であり、近年、高強度化を目的として、強磁場印加による結晶軸配向を行ったα-Al2O3が作製されている。配向制御された試料の破壊様式は基礎的な情報と組織制御の面から見て重要である。そこで本研究では、配向制御の有無によって生じる破壊様式の違いを結晶学的観点から詳しく調査を行った。また、粒内破壊時のき裂進展挙動は、単結晶α-Al2O3を用いて調査を行った。

  • Fabrication of the c-axis oriented AlN with using slip casting in the rotational magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2007.09

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    AlNは優れた熱伝導特性と電気絶縁性を持ち、耐プラズマ性も高いことから各種電子セラミックス部材や半導体製造装置用部材として注目され、応用され始めている材料である。これらの特性は結晶方位により優劣があることが予想され、結晶方向を揃える配向制御は特性を改善するための一手法として期待できる。セラミックス材料作製プロセスにおいて、磁場が物質に及ぼす作用を利用して配向を制御しようという試みが盛んになってきており、我々のグループではアルミナ、チタニア、酸化亜鉛、炭化ケイ素などにおいて、磁場による配向制御が可能であることを報告してきた。さらにAlNにおいても強磁場による配向制御が可能であることを見出しており、静磁場を用いた場合にはa,b軸配向となることを確かめている。そこで、最近注目されている回転磁場による磁化困難軸の配向手法を適用し、AlNのc軸配向制御を試みた。

  • Electrophoretic Deposition of Zinc Oxide Particles in a Rotating Strong Magnetic Field at 12T

    打越 哲郎, 鈴木 達, 目 義雄

    日本セラミックス協会 第20回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2007.09

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    六方晶系に属する酸化亜鉛はc軸を磁化困難軸とする反磁性体であり、C面の揃った配向体の作製には、酸化亜鉛粒子を適当な溶媒中に分散し、水平方向から回転磁場を印加しながら固化する方法が有効であることが報告されている。本研究では、回転磁場の印加された酸化亜鉛コロイドサスペンションの固化成形に電気泳動堆積法を用い、電場強度、電場方向、回転速度、回転方向などのパラメータが固化成形体の配向状態に及ぼす影響について検討した。

  • 配向性アルミナ多結晶体の高温変形挙動

    森田 孝治, 鈴木 達, 吉田 英弘, 金 炳男, 平賀 啓二郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会第20回秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2007.09

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    α-Al2O3などのように結晶構造に異方性を有する材料では、個々の結晶粒の方位を揃える(配向させる)ことによりその諸特性の改善を図ることも期待できる。近年、強磁場中でスリップキャストすることにより、セラミックスでも配向組織を高度に制御できることが当機構の鈴木らにより開発された。本研究では、配向組織を高度に制御した多結晶Al2O3について、高温引張特性に対する配向組織の影響・効果について検討することを目的とした。その結果、無配向および配向性Al2O3 (90°)では変形とともに歪み速度が顕著に低下するのに対し、配向性Al2O3 (45°)では、歪み速度の顕著な低下は認められなかった。出発材の結晶粒径はほぼ等しく、また等軸粒であることから、引張特性の相違は配向組織に起因したものと考えられる。発表では、変形機構の観点からこの相違について検討する。

  • Analysis of development of texture in titania prepared using a strong magnetic field

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    日本セラミックス協会 秋季シンポジウム 

    Presentation date: 2007.09

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    セラミックス材料作製プロセスにおいて、磁場が物質に及ぼす作用を利用して配向を制御しようという試みが盛んになってきている。我々のグループではアナターゼとルチルの混合チタニアの強磁場中配向において、最終焼結体ではルチル配向体となることを確認してきている。しかしながら、その配向過程は、アナターゼからルチルへの相転移時での挙動を含めて詳細は明らかとなっていない。そこで、アナターゼとルチルの磁場中成形試料の配向発達過程を検討した。

  • 強磁場プロセスを用いた配向性AlNの作製と耐照射性改善への期待

    鈴木 達, 打越 哲郎, 目 義雄

    平成19年度大洗研究会 

    Presentation date: 2007.09

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    物質の諸特性は結晶面や軸方位により異なる場合が多く、多結晶体における個々の結晶方位を揃えたりするなどの配向制御は、近年特に注目されている組織制御法の一つである。当グループでは、強磁場中でのコロイドプロセスを用いることにより、従来では非磁性体として扱われてきたAl2O3、ZnO、AlN、SiC等の反磁性セラミックスでさえ結晶磁気異方性を利用した配向制御が可能であることを見出し、機械特性等の評価を行なってきている。AlNは熱伝導性が高く、電気絶縁性に優れ、機械的強度が高いなどの優れた特性を有しているが、高速中性子を照射した場合には、格子定数の異方的な膨張が機械特性の劣化の要因となることが指摘されている。本発表では、強磁場中コロイドプロセスによる配向性AlNの作製と耐照射性改善への期待について述べる。

  • 強磁場を用いた反磁性セラミックスの配向制御と中性子回折による配向評価

    鈴木 達, 寺田 典樹, 鈴木 博之

    データ解析技術研究会 

    Presentation date: 2007.08

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    金属やセラミックスにおいて、その微構造は特性を支配する重要な因子の一つであり、その特性を改善するための微構造制御の一つとして配向制御が試みられている。強磁場中でのコロイドプロセスを用いる配向制御プロセスを適用することで、Al2O3、TiO2、ZnO、AlNなどの従来では非磁性体として扱われていた様々な反磁性セラミックスでさえも配向可能であることを見出したので、この強磁場とコロイドプロセスを用いた配向プロセスについて紹介する。また、磁場を印加しながらの直接観察による配向評価を中性子回折を用いて行った結果についても言及する。

  • 磁場・電場印加コロイドプロセスによる微粒子の配向配列制御と可能性

    打越 哲郎, 鈴木 達

    粉体工学会 第43回夏期シンポジウム 

    Presentation date: 2007.08

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    反磁性または常磁性セラミックスのコロイドサスペンションに強磁場と電場を印加し、個々の粒子を配向させた状態で電極基板上に堆積させる固化プロセスについて、パラメータ制御でどの程度の配向配列制御が可能かを考察する。

  • コロイドプロセスにおける微粒子分散・凝集制御と高次構造制御体の作製

    目 義雄, 鈴木 達, 打越 哲郎

    第41回基礎科学部会セミナー 

    Presentation date: 2007.07

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    原料粉を一度溶媒中に分散し,溶媒中で粒子間相互作用を制御した状態から固化させることで,成形体組織の微構造制御を行うセラミックスの湿式プロセスをコロイドプロセスと呼ぶ.ここでは、液中での微粒子の分散・凝集制御が極めて重要で、サスペンションの安定化と凝集構造の再分散が不可欠である.サスペンションの安定化として、粒子表面電位の付与および高分子の吸着による立体障害、また粒子の凝集をとるための手段として超音波照射とビーズミル処理の効果を紹介する.このようにして処理したサスペンションをコロイド成形することにより、微細粒焼結体の作製、ヘテロ凝集を利用した多孔体の作製、磁場中コロイド成形による配向体の作製について紹介する.

  • コロイドプロセスによる超塑性微細粒セラミックスの創製技術

    鈴木 達

    情報機構 セミナー 

    Presentation date: 2007.07

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    セラミックス微粒子は凝集しやすく、この凝集は成形時の高密度化、均質化を妨げる要因となる。微粒子の分散状態を制御して均一で高充填の成形体を作製することは、その後の焼結やセラミックスの特性そのものに大きく影響する。緻密で微細な組織制御へのコロイドプロセスの有効性とアルミナ基、およびジルコニア超塑性セラミックス創製の実際について解説する。

  • Patterning of conductive polypyrrole electrodes on nonconductive ceramic substrates for electrophoretic deposition processing

    UCHIKOSHI, Tetsuo, FURUMI, Seiichi, SUZUKI, Tohru, SHIRAHATA, Naoto, SAKKA, Yoshio

    10th International Conference of the European Ceramic Society 

    Presentation date: 2007.06

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    In this study, the patterning of Ppy on nonconductive ceramic substrates was performed by a photochemical oxidization technique using Fe(III) ions as oxidizing catalysts. The Fe(III) aqueous solution prepared with PVA was uniformly coated on glass slide substrates. The UV light was irradiated to pattern-masked substrates to reduce unmasked Fe(III) ions to Fe(II) ions. The Ppy was formed at the masked places by immersing the substrates to Py solution. Deposition characteristics of some ceramic powders on the patterned Ppy electrodes by EPD were also investigated.

  • High-Temperature Flow Behavior of Textured Alumina Ceramics

    MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, YOSHIDA, Hidehiro, KIM, Byung-Nam, HIRAGA, Keijiro, SAKKA, Yoshio

    10th International Conference and Exhibition of Euro Ceram Soc 

    Presentation date: 2007.06

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    In the present study, the effect of texture on high-temperature flow behavior was examined in fine grained α-Al2O3 with the orientation of φ= 0°, 45°and 90°between tensile and c-axes. The flow behavior of the textured Al2O3 depends strongly onφ. First, the textured Al2O3 with φ= 0°and 90°deforms at almost the same strain rates as non-textured Al2O3 polycrystal. The textured Al2O3 withφ= 45°, on the other hand, deforms at several times higher strain rate than those of the textured (φ= 0°and 90°) and non-textured Al2O3. Second, significant strain hardening due to grain growth appears in the textured (φ= 0°and 90°) and non-textured Al2O3 but not in the textured Al2O3 (φ= 45°). The texture dependent flow behavior becomes pronounced with increasing stress.

  • Fabrication of textured ceramics with feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in high magnetic field

    SAKKA, Yoshio, SUZUKI, Tohru, UCHIKOSHI, Tetsuo

    10th Exhibition of the European Ceramic Society 

    Presentation date: 2007.06

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    We have demonstrated a new processing of textured ceramics with a feeble magnetic susceptibility by colloidal processing in a high magnetic field and subsequent heating. As colloidal proces