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

1995 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、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。そこで本年度は、前年度に得られた結果をもとに粒界エネルギーと粒界構造との関連について検討することに重点を置いた。また、前年度より引き続きモリブデンの破壊強度に著しい影響を与えることが知られている侵入型元素の偏析と粒界構造、粒界エネルギーおよび破壊強度との関連を検討した。
粒界エネルギーと粒界転位密度との相関: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している。粒界エネルギーに関するRead-Shockleyの関係によれば粒界エネルギーは回転角の関数として記述できる。ただし、この関係は小角粒界の範囲に限られる。しかし、本研究の結果、粒界エネルギーは粒界転位密度の関数として与えられ、その関係は大角粒界まで拡張することが可能であること、また粒界転位の心のエネルギーはバーガースベクトルの大きさに依存しないことなどが明らかとなった。2.モリブデン<001>対称傾角粒界:<001>対称傾角粒界の場合、破壊強度の性格依存性が<011>対称傾角粒界に比べて小さいことが明らかとなった。粒界エネルギーの測定では、(310)Σ5や(530)Σ17粒界でエネルギーカスプが観察されたが、これらの粒界で破壊強度の上昇はあまり見られなかった。また、TEM観察の結果、侵入型不純物元素(主に炭素)の偏析によって粒界近傍の結晶格子が湾曲するなど粒界構造が著しく影響されることが知られたが、偏析による破壊強度の変化はほとんど見られなかった。

研究成果

• [文献書誌] Sadahiro Tsurekawa: "Grain boundary structures in silicon carbides -Verification of the extended boundary concept-" Interface Science. 3. 75-84 (1995)
• [文献書誌] 連川 貞弘: "炭化珪素の高温変形" まてりあ. 34. 604-610 (1995)
• [文献書誌] Sadahiro Tsurekawa: "Grain boundary migration in Fe-3% Si bicrysral" Proc. of the 2nd Inter. Conf. on Grain Growth in Polycrystalline Materials(ICGG-2). (in press). (1995)
• [文献書誌] Koji Morita: "Correlation of grain boundary energy with boundary dislocation density" Proc. of the 2nd Inter. Conf. on Grain Growth in Polycrystalline Materials(ICGG-2). (in press). (1995)
• [文献書誌] Yasunari Yoshitomi: "Grain boundary segregation in <110> symmetric tilt bicrystals of an Fe-3% Si alloy" Scripta Met. et Materialia. 32. 1067-1072 (1995)
• [文献書誌] 森田 孝治: "炭化チタンの(112)Σ3対応粒界の構造" 日本金属学会誌. 59. 881-888 (1995)
• [文献書誌] 上原 雅人: "転位モデルを用いた純アルミニウム<110>大傾角粒界構造の記述" 九州大学大学院総合理工学研究科報告. 17. 401-408 (1996)
• [文献書誌] 中島 英治: "Fe-3wt% Si固溶体双結晶の粒界移動とその機構" 鉄と鋼. 82(印刷中). (1996)
• [文献書誌] 市川 活之: "放射光X線トポグラフイによるFe-3%Si合金双結晶のの粒界移動その場観察" 鉄と鋼 受理済み. (1996)
• [文献書誌] Hisatoshi Hirai: "Al-Pd-Mn icodahedral quasicrystal prepared by floating zone melting technique" Material Transactions, JIM. (受理済み). (1996)
• [文献書誌] 連川 貞弘: "表面活性化法により直接接合したシリコン双結晶の界面構造と偏析" まてあり. 35(受理済み). (1996)