機械材料学 - 工学部 - 東京大学授業カタログ

授業計画

１．機械工学のための材料学 (1) 序論機械工学総合演習第一（材料の変形（・強度）と破壊）機械の構造と材料のなす役割機械材料の選定（Materials Selection）とAshby Chart (2) 材料特性の評価法と構造材料の特徴引張試験じん性とその評価試験法疲労試験硬さ試験クリープとクリープ試験構造とするための接合性(3) 構造材料のミクロ構造とその制御 (3) ミクロ構造と機械的特性との関係ミクロ構造と機械的特性との関係比強度強度と延性 Hall-Petchの関係と機械的特性の内部構造（結晶粒径）依存性（微細化強化）低温ぜい性（低温脆性）(4) 構造材料の熱処理概論 (4) 複合材料複合材料とは CFRP CFRPの内部構造と機械的特性 1) 長繊維（連続繊維）強化複合材料 2) 短繊維（不連続繊維）強化複合材料繊維強化複合材料の強化機構 1)長繊維強化複合材料の場合 2)短繊維強化複合材料の場合(6) 複合材料 (5) 電磁鋼板２．材料の基礎 (1)材料の結晶構造・欠陥：　材料の特徴の起源は結晶性にある。これらの基礎である結晶格子の種類、ミラー指数、欠陥について学習する。 (2)材料の機械的性質：機械部材として材料を用いる場合、材料の耐えうる強度の範囲内の応力になるように部材を設計する必要があり、材料を所望の形に加工する場合には、材料の変形に要する以上の力を加えなければならない。材料に力が加わったときに、どのような変形と破壊を生じるかについて学ぶ。 (3)材料強化のメカニズム拡散：高温での材料の変形や熱処理において、拡散による物質移動は重要な役割を果たす。これらに関する基礎的な事項を学習する。平衡状態図：金属材料は純金属として使用することは少なく、一般的に2元素以上からなる合金で使われるため、その組成に対応して材料の組織がどのように変わるのかを知る必要がある。そこで、合金の組成と温度の関係を示す平衡状態図の読み方および利用の仕方について学習する。相変態と熱処理：材料の機械的性質は、その組織に依存するため、温度による材料の組織制御を行うことは材料の加工において重要である。そこで、材料の相変態と熱処理について学習し、さらに熱処理における回復、再結晶、時効などについて概説する。材料の複合化：複合材料は、通常の機械材料ではもち得ない特性を人為的に作り出した新しい材料である。現在、実用材料として広く応用されるようになった複合材料について学習する。 (4)鉄鋼材料：金属のなかで最も広く利用されている鉄鋼材料の種類と特性について概説する。 (5)非鉄金属材料：非鉄金属材料は鉄鋼以外のすべての金属材料の総称である。代表的な非鉄金属であるアルミニウム、銅、マグネシウム、チタン、ニッケルなどの特性や応用について学習する。 (6)表面処理：機械特性・耐薬品性・熱特性・電気特性・装飾性・生体適合性など材料表面の性質を高めるために行われる機械工作法の一種である表面処理について概説する。　 (7)材料の腐食:　電位ｐＨ線図を基にした腐食機構，不動態膜，局部腐食，異種金属間腐食，生体内腐食について，ステンレス系，コバルトクロム合金，チタン合金を中心に概説する． (8)材料の疲労：腐食疲労とフレッティング疲労，疲労亀裂発生・伝播，ストライエーションについて概説する．また，形状記憶，超弾性についても，その医用応用も含め概説する． (9)高分子材料:　高分子材料の合成手法を概説しながら，高分子材料の結晶構造，加工手法，力学的性質との関連を解説する．医療応用に必須の滅菌操作によるこれらの構造・力学的性質に及ぼす作用についても学習する． (10)セラミックス:　セラミックスの基礎，機能，焼結法について，アルミナ，ジルコニア，ハイドロキシアパタイを例に解説し，破壊靭性を中心とした機械的性質について概説する．３．生体材料への応用 (1)生体用金属材料として，ステンレス鋼，コバルトクロム合金，チタン合金，形状記憶合金等について解説し，それらの生体用金属について，歯科用クラウン・インレー，ブリッジ，人工関節用金属，ボーンプレート，脳動脈瘤クリップ，冠状動脈用ステント等への応用について解説する． (2)生体適合性ポリマーとして，高分子量ポリエチレン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリメチルメタクリレート，スチレンーメタクリル酸共重合体，ナイロン６，６，ポリエチレンテレフタレート，ポリウレタン，ポリエチレングリコール，多相系ポリマー他について概説する．それらの生体適合性ポリマーについて，人工臓器，医療支援機器，ＤＤＳ材料等への応用について概説する． (3)バイオセラミックスとして，アルミナ多結晶，アルミナ単結晶，ジルコニア，カーボン，ハイドロキシアパタイト等について解説し，それらのバイオセラミックスについて，人工歯根，人工関節，人工靱帯，人工心臓弁，骨置換用多孔質材料等への応用について解説する．