ぜい性-延性遷移現象の原子構造論的検討による統一的理解

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455061
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 北川 浩 大阪大学, 工学部, 教授 (30029095)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾方 成信 大阪大学, 工学部, 助手 (20273584) ; 中谷 彰宏 大阪大学, 工学部, 助教授 (50252606)
• Keywords: 材料強度 / ぜい性 / 延性遷移 / 分子動力学法 / 原子間力顕微鏡 / セラミックス材料 / 粒界変形機構 / き裂の干渉 / 微小硬度

Research Abstract

ぜい性/延性遷移現象を原子レベル構造変化から解明する研究を進める環境条件を整えるための基礎的検討を行ない、つぎのような成果を得た。
【A】高脆材であるSiNとSiCに対して、超微小硬度計を用いて数ナノメータからサブミクロンの範囲の深さ圧痕を付けて、その性状(き裂発生の有無とき裂の形状寸法、圧し押しつけ面の湾曲度、自由表面の形状など)の計測を行った。圧痕の性状はほぼ深さによって特徴づけられるが、試料の組織(結晶の方位、粒界との関わり等)依存性がかなり強い。
【B】均質化法を用いた有限要素法により、マクロき裂とミクロ的構造欠陥のモデルとしてのミクロき裂の干渉効果の解析を行い、マクロき裂先端の応力拡大係数はミクロき裂先端の最大のものよりも大きくなる結果を得た。これより、ミクロき裂の合体によりより大きなサイズのき裂が発生すれば、必然的にぜい性的な破壊につながると推定される。
【C】分子動力学法を用いた解析により、
(a)アルミニウムの整合傾角粒界とねじれ粒界の強度評価を行ない、つぎのような知見を得た。
・粒界近傍の局所的原子構造変化には拡散と転位の発生と放射が関わる。前者は温度と粒界エネルギー依存性がきわめて強く、温度が高いほど、粒界エネルギーが大きいほどぜい性的な破断を生じやすい。一方、後者は結晶方位に強く左右され、流界面内に転位線を含むような方位の場合、粒界部で大きな局所的塑性変形を生じる。
・原子構造変化には周りの変形拘束が強く影響する。自由面が存在すると容易に局所的にエネルギーレベルの高い構造の緩和が進み、活発な構造変化を引き起こす。
(b)アモルファス中に存在するき裂先端の原子構造変化を追跡し、局所的変形硬化(強化)機構は存在しないこと、従って、ぜい性一延性遷移現象は見られず、結晶体と同程度の延性を持つもののぜい性的な破壊を生じる結果になる。

Research Products

• [Publications] 中谷敬子 北川浩 中谷彰宏: "分子動力学法による単元系アモルファス金属の微視的空間構造と内部応力の評価" 日本機械学会論文集 A編. 62・595. 847-852 (1996)
• [Publications] 中谷敬子,北川浩 中谷彰宏: "分子動力学法による単元系アモルファスの力学的性評価-原子構造変化が誘発する弾性定数および強度低下の検討" 材料. (掲載予定). (1997)
• [Publications] 尾方成信,北川浩: "第1原理分子動力学計算による窒化アルミニウム/アルミニウム界面の特性評価" 日本金属学会誌. 60・11. 1079-1083 (1996)