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セラミックス材料中の結晶欠陥構造と欠陥領域の原子ダイナミクスに関する研究

Research Project

Project/Area Number05J11745
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionThe University of Tokyo
Research Fellow 中川 翼  The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2005 – 2007
Project Status Completed(Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost : ¥2,700,000)
Fiscal Year 2007 : ¥900,000 (Direct Cost : ¥900,000)
Fiscal Year 2006 : ¥900,000 (Direct Cost : ¥900,000)
Fiscal Year 2005 : ¥900,000 (Direct Cost : ¥900,000)
Keywords酸化物セラミックス / 結晶粒界 / 転位 / 拡散 / 二次イオン質量分析法 / アルミナ / 原子構造 / 偏析 / 高温構造材料 / 粒界 / 界面 / 二次イオン質量分析
Research Abstract

高温構造材料における原子拡散はクリープや粒成長、焼結などの高温での材料挙動の素過程として重要である。中でも高次元格子欠陥における高速拡散挙動は特に重要であるが、定量的な評価が難しく、また欠陥構造も非常に複雑であるため、これまでは定性的な評価しか行なわれず、ブラックボックスとして扱われてきた。本研究では、粒界や転位といった高次元の格子欠陥における原子の拡散挙動の、トレーサーを用いた観察実験による定量的な評価を行っている。本研究の特色は、一般には非常に複雑な構造を持つために定量的な評価が難しかった粒界や転位における拡散挙動を、我々の持つノウハウを用いて双結晶試料や高温変形試料を用いたトレーサー法により直接、かつ定量的に評価したことにある。その結果、粒界や転位における拡散挙動をそれぞれの原子構造と対応させて評価することが可能となった。
今年度は、本研究の取り纏めとして、得られたデータを整理し、拡散挙動と欠陥構造との相関性の定量的な評価手法の開発を主に行った。これまでに本研究のテーマの一部として、粒界の相対的な方位関係(粒界性格)に起因した原子構造の違いによる粒界拡散挙動の変化、粒界に偏析することで粒界拡散を抑制すると考えられているイットリウムの添加効果について着目した研究を行ってきているが、今回の詳細な解析の結果、粒界性格に対する拡散挙動の依存性も添加物による拡散抑制効果も、粒界に存在する結合欠損の密度というパラメータで整理できる、つまり粒界における結合欠損が多いほど粒界拡散が速くなり、イットリウムの効果は酸素との強い結合によって結合欠損を回復することに起因していると考えられることが明らかとなった。

Report

(3results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report

Research Products

(12results)

All 2008 2007 2006 2005

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Yttrium doping effect on oxygen grain boundary diffusion in a-A12032007

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, N.Shibata, K.Matsunaga, T.Mizoguchi, T.Yamamoto, H.Haneda and Y.Ikuhara
    • Journal Title

      Acta Materialia 55

      Pages : 6627-6633

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct measurement of titanium pipe diffusion coefficients in sapphire2007

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, N.Shibata, K.Matsunaga, T.Mizoguchi, T.Yamamoto, H.Haneda and Y.Ikuhara
    • Journal Title

      Materials Science Forum 558-559

      Pages : 939-942

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detecting Real Oxygen Ions in Polycrystalline Diamond Thin Film using Secondary2007

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, H.Haneda, Y.Ikuhara
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 46(6)(印刷中)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Diffusion model of gallium in single-crystal ZnO proposed from analysis of concentration-dependent profiles based on the Fermi-level effect2007

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, M.Uematsu, Y.Sato, N.Ohashi, H.Haneda, Y.Ikuhara
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 46(7)(印刷中)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Oxygen pipe diffusion in sapphire basal dislocation2006

    • Author(s)
      T.Nakagawa, A.Nakamura, I.Sakaguchi, N.Shibata, K.P.D.Lagerlof, T.Yamamoto, H.Haneda, Y.Ikuhara
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan 114(1335)

      Pages : 1013-1017

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Oxygen diffusion along symmetric [0001]tilt grain boundaries in α-alumina2006

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, K.Matsunaga, T.Yamamoto, H.Haneda, Y.Ikuhara
    • Journal Title

      Key Engineering Materials 317-318

      Pages : 415-418

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Oxygen diffusion blocking of single grain boundary in yttria-doped zirconia bicrystals2005

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, N.Shibata, K.Matsunaga, T.Yamamoto, H.Haneda, Y.Ikuhara
    • Journal Title

      JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 40・12

      Pages : 3185-3190

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Control of point defects and grain boundaries in advanced materials optical properties and diffusion induced by Li doping in ZnO2005

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, K.Matsunaga, T.Yamamoto H.Haneda, Y.Ikuhara
    • Journal Title

      NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B 232

      Pages : 343-347

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Presentation] アルミナ粒界拡散に対するイットリウム添加効果2008

    • Author(s)
      中川 翼、坂口 勲、柴田 直哉、溝口 照康、山本 剛久、大橋 直樹、羽田 肇、幾原 雄一
    • Organizer
      日本金属学会142回春季大会
    • Place of Presentation
      武蔵工業大学
    • Year and Date
      2008-03-28
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化亜鉛中のドーパント拡散2008

    • Author(s)
      中川 翼、坂口 勲、大橋 直樹、羽田 肇、植松 真史、佐藤 芳之、幾原 雄一
    • Organizer
      日本金属学会142回春季大会
    • Place of Presentation
      武蔵工業大学
    • Year and Date
      2008-03-27
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Bicrystal study on grain boundary structures and diffusion properties of A12032007

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, N.Shibata, K.Matsunaga, T.Mizoguchi, T.Yamamoto, N.Ohashi, H.Haneda and Y.Ikuhara
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices'07
    • Place of Presentation
      金沢
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Direct measurement of grain boundary diffusivity in a-A12032007

    • Author(s)
      T.Nakagawa, I.Sakaguchi, N.Shibata, K.Matsunaga, T.Mizoguchi, T.Yamamoto, H.Haneda and Y.Ikuhara
    • Organizer
      The 3rd international conference on Recrystallization and Grain Growth
    • Place of Presentation
      Jeju,Korea
    • Year and Date
      2007-06-12
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

URL :

Published : 2005-04-01   Modified : 2016-04-21  

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