金属および共有結合性物質の粒界構造と粒界破壊強度、粒界エネルギーとの相関

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06650782
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 連川 貞弘 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (40227484)
• 研究分担者: 吉田 冬樹 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (30243968)
• キーワード: 粒界 / 対応粒界理論 / O格子理論 / 粒界エネルギー / 高分解能電子顕微鏡 / モリブデン / シリコン / アルミニウム

研究概要

平成6年度の研究により、各種材料の粒界構造が明らかにされつつある。一般に結晶粒界は、炭化珪素や窒化珪素のような共有結合性セラミックスにしばしば観察される非周期的な拡張粒界を除き、粒界の性格や原子結合の相違によらず、転位列によって構成される周期構造を有し、その周期構造は対応粒界理論やO格子理論に基づく幾何学モデルで記述することができることが明らかとなった。しかし、粒界近傍での原子の緩和構造は、原子間結合様式の相違によって異なり、例えば、結合の方向が等方的な典型金属であるアルミニウムでは、粒界においてもバルクと同じような最密構造を保存しようとする傾向があり、粒界を挟む両結晶の原子同士が最近接原子間距離を保つように原子変位が起こるのに対し、共有結合性の高いシリコンや炭化チタン、さらに金属の中では共有結合性の強いモリブデンでは、粒界においてもバルク中の結合の方向を保存しようとするような原子変位が起こる傾向が強く、最密構造の保存より結合の方向性の保存が重要であることを示している。
さらに、粒界エネルギーと粒界構造との関連については、上述の一連の観察結果より、O格子理論より予測される粒界転位密度の方位依存性と粒界エネルギーの方位依存性との間によい相関関係があることが明らかとなった。このことは、粒界エネルギーの大部分が転位の弾性エネルギーによって担われていることを示唆するものである。
平成7年度は粒界破壊強度の測定を中心に行い、これまで得られた粒界構造と粒界エネルギーに関する知見とを総合し、これらの相関関係を明らかにする予定である。

研究成果

• [文献書誌] 連川 貞弘: "モリブデンΣ17b粒界の微細構造" 日本金属学会誌. 58. 377-381 (1994)
• [文献書誌] 田中 智昭: "モリブデン<110>対称傾角粒界の破壊強度と粒界エネルギーの方位依存性" 日本金属学会誌. 58. 382-389 (1994)
• [文献書誌] Sadahiro Tsurekawa: "Grain boundary structure,energy and strength in molybdenum" Materials Science and Engineering. A176. 341-348 (1994)
• [文献書誌] Sadahiro Tsurekawa: "Grain boundary structure and segregation in direct‐bonded silicon bicrystal" Materials Transactions,JIM. 35. 777-781 (1994)
• [文献書誌] 連川 貞弘: "TiCの延性-脆性遷移挙動に及ぼすNbおよびMo添加の効果" 日本金属学会誌. 58. 994-1000 (1994)
• [文献書誌] Koji Morita: "Grain boundary structures in covalent-bonded ceramics" Ceramic Transactions. 44. 103-112 (1994)
• [文献書誌] 吉田 冬樹: "析出強化型Al‐0.7at%Mn合金の高温変形におけるしきい応力とその温度依存性" 日本金属学会誌. 59. 1-7 (1995)