2017 Fiscal Year Annual Research Report
Low-temperature deformability of brittle hard materials - new mechanical properties deduced from experiments with small-volume specimens
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15H02300
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
乾 晴行 京都大学, 工学研究科, 教授 (30213135)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸田 恭輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20354178)
岡本 範彦 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60505692) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 協調的原子集団励起 / プラストン / マイクロピラー / 試験片サイズ依存性 / 臨界体積 / 破壊靱性 / 核生成 / 収縮転位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遷移金属シリサイドやボライド，SiCなどを代表例とする硬質材料は，非常に高い強度をもち，複合材料の強化相のみならず，それ自身も超高温材料として期待されている．これら硬質材料は，変形開始温度が1000℃近傍にも達する場合が多く，それ以下では変形能を全く示さないなど，実用上の問題はその脆さにある．しかし，最近の我々のマイクロピラー試験片を用いた研究から，硬質材料でバルクでは発現しない低温変形能が存在することを明らかにした．本研究では，SiCなどの構造用セラミックスやMoSi2やMo5SiB2，M5Si3型などの遷移金属シリサイド単結晶を用いて，バルクでは破断が先行し発現しない新規な力学物性である「脆性硬質材料の低温変形能」のメカニズムを解明することを目指した．
M5Si3型遷移金属シリサイドの多くは2000度を越える融点を持ち，超高温構造材料として期待されている．大別すると3種の結晶構造をもつ．正方晶系D8l, D8m型，六方晶系D88型構造である．その代表的化合物としてNb5Si3, Mo5Si3, Ti5Si3を選定し，供試材とした．いずれの化合物もバルクでは1400℃以下では全く塑性変形能を示さず，その活動すべり系や臨界分解せん断応力（CRSS）などは全く不明である．ミクロンオーダー（1～10μm）のマイクロピラー試験片では，Nb5Si3が(001)<100>すべりで，Ti5Si3が{1011}<2113>すべりで非常に高いCRSSを伴って室温でも変形が可能であった．しかし，Mo5Si3ではマイクロピラー試験片でも塑性変形は可能ではなかった．本年度に確立したマイクロビーム法で破壊靱性を測定すると前2者は破壊靭性が2MPam1/2を越えていたが，後者は0.75 MPam1/2しかなく，低温変形能の発現には破壊靭性が2MPam1/2を越える必要が明らかとなった．
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
チェコ国科学アカデミー物理学研究所Vaclav Paidar博士と典型的な硬質脆性材料のひとつである遷移金属シリサイドの脆性挙動の本質に関して継続的に議論を行っている．また，ドイツ共和国ニュールンベルク大学のMathius Goken教授とも遷移金属シリサイドの微小試験片を用いた力学特性評価につき共同研究を開始した．
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