窒化ケイ素セラミックスの粒界ガラス相の性状と高温強度

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650785
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 田中 功 京都大学, 工学研究科, 助手 (70183861)
• Keywords: 窒化ケイ素 / 粒界 / ガラス相 / ファンデルワールスカ / 電子顕微鏡 / セラミックス

Research Abstract

窒化ケイ素の高温強度を粒界ガラス相の原子配列という観点,特にSi-OとSi-Nの化学結合に着目して解明した.
研究項目は以下のとおりであった.
1)粒界ガラス相厚みの高分解能電子顕微鏡観察により実測.
2)粒界ガラス相におけるEELSの吸収端近傍微細構造の測定.
3)第一原理計算による粒界ガラス相の原子配列モデリング.
4)高温強度と粒界性状の比較検討.
粒界ガラス相に電子ビームを絞って測定したEELSの結果,検出できたのは,Si,O,Nのみであり,その各吸収端でのEELS強度から,N/(O+N)比は34%と評価できた.バルクのβ-Si_3N_4と粒界ガラス相とでは明らかにスペクトル形状が異なり,また第1ピークには約0.9eVのシフトが見られた.このシフト量を(SiO_4)^<4->と(SiN_4)^<8->クラスターについてのDV-X_α分子軌道計算結果とをピークシフトについて比例配分して解析した結果,N/(O+N)比は18%と見積もられた.このように全く独立した手法で見積もった化学組成は,定量的な一致はしないものの,いずれも20〜30%のN量を示した.
DV-X_α分子軌道プログラムによるSi-L_<23>吸収端でのELNESの計算の結果,この粒界ガラス相がNがシリカガラス中にSiを3配位する強い化学結合を形成していることが判明した.

Research Products

• [Publications] I. Tanaka: "High Temperature Fracture Mechanism, of Low-Cadoped Si_3N_4" J. Am. Ceram. Soc.78. 673-679 (1995)
• [Publications] I. Tanaka: "Electronic Structure of 3d transition elements in β-Si_3N_4" Phil. Mag. B. 72. 459-473 (1995)