2015 Fiscal Year Annual Research Report
セラミックス材料のナノスケール変形ダイナミクスと原子構造解析
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26820288
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
陳 春林 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (50614989)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機能性セラミックス材料 / 転位 / 電子顕微鏡 / ナノインデント / 破壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、透過電子顕微鏡その場ナノインデンテーション法を用いて実用機能性セラミックス材料における極微視的な変形破壊ダイナミクスのリアルタイム計測を行い、巨視的な破壊に起因する様々な動的挙動「き裂進展・転位運動・格子欠陥形成・相転移や粒界相互作用」の知見を得る。
セラミックス材料の信頼性については実用上、最重要課題であるが未だ解決すべき問題が山積している。材料信頼性の向上の実現には、強度や変形破壊に起因するダイナミクスの素因子を微細組織さらには原子構造や化学状態と関連づ けて材料設計・プロセス技術を制御できるかが鍵となっている。
原子・ナノ領域の極微視的「材料強度学」に至っては塑性変形機構程度であり、原子ナノレベルき裂発生からマクロレベル損傷破壊に至る変形破壊ダイナミクスの諸現象について学術と工学の両面からも十分に体系化されていない。その理由の一つは、原子・ナノオーダーでの材料の力学計測技術の欠如であった。
本研究では、高精度化した透過電子顕微鏡ピエゾ駆動ナノインデンターを用いて、セラミックスにおける原子ナノ変形破壊挙動をその場観察し、材料強度学への新展開「極微視的ダイナミクスの基礎的知見の導出」を目差す。モデル系として、共有結合性セラミックスである立方晶系窒化ホウ素結晶やイオン結合性セラミックスであるAl2O3結晶を採用した。電顕内その場ナノインデンテーション実験をSiC、c-BNおよびAl2O3結晶を用いて行い、動的な微細結晶構造の変化を捉えることに成功した。初期の変形領域では転位の動的挙動、破壊の段階領域ではクラックの形成過程や伝播挙動を原子スケールで観察にも成功した。最先端の超高分解能走査透過型電子顕微鏡と第一原理計算手法を駆使し、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素同士の接合界面の原子構造、結合メカニズムを、原子レベルで決定することに成功しました。
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