アルミナスラリーの一方向凍結を利用したアルミナ柱状構造の制御と機械的性質

摘要

動物の骨や貝殻，甲殻類の外骨格など，生物がその内外に作る無機鉱物は，バイオミネラルと呼ばれ，それらの構造に依存して優れた機械的性質を示す．例えば，骨は微細な多孔質構造によって，貝殻は炭酸カルシウムとタンパク質が積層した複合層状構造をもつことにより，それぞれ強度としなやかさを両立している．このような微細な多孔質あるいは柱状構造を人工的に作製することができれば，ファインセラミックスおよび化合物のもつ優れた強度特性、安定した化学的性質を生かしながら，一方で重大な問題となっている著しい脆性をも解決する新たな材料設計の糸口となるものと期待される．これまでに，多孔質材料の作製プロセスに関しては多くの手法が提案されているが，最近DevilleとSaizらによって，水の凝固組織をテンプレートとした新しい柱状構造セラミックスの作製手法が報告された．この手法では，セラミックススラリーの一方向凝固によって氷を霜柱上に成長させることにより，それに沿ってセラミックス粒子が配列し，多孔質構造·柱状構造が得られる．しかし，未だセラミックス柱状構造の精密制御方法の確立には至っていないように思われる．さらに，得られた柱状構造体の機械的性質に関する系統的な研究はほとhど行われていない現状にある．