氏名　高橋　哲
学位の種類　博士（工学）
学位記番号　博甲第452号
学位授与の日付　平成19年3月25日
学位論文題目　Internal Friction Phenomenon on Sintered Porous Alumina　（多孔質アルミナの内部摩擦現象）
論文審査委員
　主査　教授　石崎　幸三
　副査　教授　岡崎　正和
　副査　准教授　南口　誠
　副査　准教授　武田　雅敏
　副査　産業技術総合研究所主任研究員　Manuel E. Brito

• 論文目次
• 論文要旨
• 論文審査の結果の要旨

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Chapter I　General introduction　p.1
　1.1　Porous Material　p.1
　1.1.1 Definition and Classification of Porous Matetials　p.1
　1.1.2 Sintering and Structure　p.1
　1.2　Elasticity and Anelasticity　p.8
　1.2.1 Elasticity　p.8
　1.2.2 Anelasticity （Internal Friction）　p.9
　1.3　Damping　p.15
　1.3.1 Damping Methods　p.15
　1.3.2 Damping Materials　p.16
　1.4　Scope on the Present Dissertation　p.17
Chapter 2　Experimental　p.18
　2.1　Green Body　p.18
　2.2　Sintering and Machining　p.19
　2.3　Evaluation　p.19
　2.3.1 Porosity （Density）　p.19
　2.3.2 Spesific Surface area　p.20
　2.3.3 Young's Modulus　p.21
　2.3.4 Internal Friction　p.21
　Definition　p.21
Chapter 3　Results　p.37
Chapter 4　Effects of Sintering Condition on Internal Friction of Porous Material　p.51
Chapter 5　Dominant Factors of Internal Friction on Porous Material　p.58
Chapter 6　Summary　p.65
Appendix　p.67
Acknowledgements　p.68
Research Activities　p.69
References　p.70

　For damping structure materials, both of high Young's modulus and high internal friction coefficient are required.　A porous material is an excellent candidate for a damping material because of its high internal friction coefficient than a corresponding dense material of the same substance. Generally, a material with high Young's modulus has low internal friction coefficient.　To solve this contradiction, dominant factors of internal friction should be comprehended. In the present dissertation, porous alumina was sintered by means of conventional process, Pulsed Electric Current Sintering and capsule-free Hot Isostatic Pressing at various temperatures.　Young's modulus and internal friction were evaluated and analyzed from structural point of view.
　As low sintering temperatures, surface diffusion is a dominant mass transport mechanism.　In the case of high gas pressure sintering, such as capsule-free HIPing, surface diffusivity is enhanced.　In both cases, necks grow with limited densification, and specific surface area decreases.　Even for the similar porosity, Young's modulus of porous materials, which are sintered underenhanced surface diffusivity, increases.　Therefore, in a precise manner, Young's modulus is dominated by neck size.　Internal friction coefficient decreases with increasing Young's modulus.　Porous alumina, which sintered under enhanced surface diffusion, shows lower internal friction coefficient forthe similar Young's modulus.　This fact indicates that the internal friction coefficient dominated by both neck size and specific surface area.
　The mean free path of elastic wave is estimated, assuming that the mean free path depends on inner structure of porous material.　Internal friction coefficient decreases with increasing mean free path of elastic wave. This result indicates the smaller neck and the larger specific surface area can increase internal friction coefficient.
　Both Young's modulus and internal friction coefficient can increase simultaneously by larger neck size with larger specific surface area.　To elaborate such a porous material, diffusion during sintering have to be strongly restricted, since surface diffusion reduces specific surface area.　Since, surface diffusion is dominant during heating process at low temperature region, high heating rate and high sintering temperature are required to obtaina porous material with high internal friction coefficient.

　本論文は、「Internal Friction Phenomenon on Sintered Porous Alumina（多孔質アルミナの内部摩擦現象）」と題し、6章で構成されている。1章では、多孔質材料についての総括と、振動を抑制する制振について記述している。これにより、多孔質のセラミックスが制振材料として有望な材料の一つであることを示し、本研究の目的と範囲を示している。2章では実験方法について記述し、本研究の主眼である内部摩擦係数の測定方法について理論的に記述している。3章では作製した多孔質材料の各種測定結果を示し、内部構造と、ヤング率、内部摩擦係数が焼結温度によってどのように変化するかを示している。4章では焼結方法の違いにより、多孔質材料の内部摩擦係数がどのように変化するかについて論じている。実験結果から、材料の強度を示す指標の一つであるヤング率が高くなると内部摩擦係数は低くなるが、両者の関係は一義的ではないことが示された。この違いを焼結における拡散過程の違いから議論し、表面拡散が支配的、促進されると多孔質材料の内部摩擦係数が低下することを示している。このような現象はこれまで報告されておらず、新たな発見である。また、このことから多孔質材料のヤング率と内部摩擦係数が同時に制御可能であることが示され、制振材料開発の一つの指針を示している。5章では多孔質材料の内部構造と内部摩擦係数の関係について多孔質材料中を弾性波がどのような経路で伝播するのか、という考えに基づき議論している。隣接2粒子を考えた場合、粒子の結合部分では伝播する弾性波と反射する弾性波に分かれる。このとき結合面積が大きければ弾性波は伝わりやすくなる。粒子間の結合面積とその数は、多孔質材料のヤング率によって見積もることができるとしている。また、弾性波が伝播する際には、固体と気孔の界面で反射が起こる。このため、この固体－気体界面の面積、つまり多孔質材料の表面積が広くなれば吸収される弾性波は多くなる。これら二つの要素と、内部摩擦係数との関係から、多孔質材料の内部摩擦を左右する内部構造的な要因は、粒子間における結合部分の大きさとその数、そして、比表面積の大きさであると結論付けている。6章では、研究の総括として、多孔質材料の内部摩擦係数がヤング率と同時に制御可能であることを初めて示し、かつ、内部構造の制御によって内部摩擦係数が制御可能であることを報告しており、工学上、工業上ともに非常に貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認める。