1994 Fiscal Year Annual Research Report
極微細結晶粒カーボン60を用いた機能接合の界面組織学的研究
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05452291
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| Research Institution | UNIVERSITY OF TOKYO |
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Principal Investigator |
石田 洋一 東京大学, 工学部, 教授 (60013108)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関 史江 東京大学, 工学部, 助手 (20114572)
市野 瀬英樹 東京大学, 工学部, 助手 (30159842)
伊藤 邦夫 東京大学, 工学部, 教授 (20010803)
香川 豊 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (50152591)
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| Keywords | 極微細結晶 / カーボン60 / 複合材料 / 界面 / 電子顕微鏡 / カーボンナノチューブ |
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| Research Abstract |
本研究では、新炭素物質であるカーボン60及びカーボンナノチューブの構造を主に高分解能電子顕微鏡を用いて観察した結果から、これらの持つ力学的性質に生かした材料化を試みた。カーボン60単結晶材料表面のすべり線の観察から、面心立方晶特有の{111}〈110〉すべり系が室温では活性であると判断された。透過電子顕微鏡観察の結果、カーボン60結晶中に転位が存在することが明かとなったが、積層欠陥エネルギーの低さを反映して転位芯は拡張しており、交差すべりが起こりにくいことを示していた。あまり展延性が良好でないのはこのためであると推論された。そこで、カーボン60結晶体の延性を向上させる一つの方法として、ガス中蒸発法により結晶粒微細化を行った。このナノ結晶圧縮体を引張試験した結果、ナノ結晶体は変形応力が単結晶のそれより低く、最大歪みも単結晶のそれを上回ることを示した。この結果は金属材料では高温でしか起こらなかった細粒超塑性が、カーボン60では常温でも起こっていることを示唆する重要な知見である。また、カーボン60製造時に副産物として生成するカーボンナノチューブはいわば炭素のヒゲ結晶だから、塑性変形できず、極めて高い破断強度を示すと予想されたが、高分解能電子顕微鏡観察の結果、力学的負荷を受けたナノチューブはナノチューブの内側部分、つまり圧縮応力を受けた側の側壁が座屈し、ナノチューブが塑性変形する事が明かとなった。このような力学的性質を備えるカーボンナノチューブを強化繊維として用い、カーボン60の軟らかさを補って使用することが考えられた。従来のC/Cコンポジットは、繊維もマトリックスも延性に乏しいから、押し出して成形するというような手法が使えない。マトリックスをナノ結晶カーボン60、強化繊維をナノチューブにすると、これが可能で、カーボンナノチューブとカーボン60とを複合し銀の鞘に入れて押し出し線引き加工により、ナノチューブを配向させた複合体極細線を作製する事ができた。線引き加工の際にナノチューブが変形したり破断したりすることが懸念されたが、高分解能電子顕微鏡観察は、このような心配が不要で、ナノチューブは大部分が直線的な管状構造を維持しており、マトリックスはカーボン60ナノ結晶体となっていることが結論された。
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