粒界構造解析・粒界制御

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08242101
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 渡邊 忠雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005327)
• 研究分担者: 井関 孝善 東京工業大学, 工学部, 教授 (10016818)
• キーワード: 超塑性 / 粒界構造 / 対応粒界 / 粒界性格分布 / 粒界制御 / 電子線後方散乱回折法 / セラミックス / 高融点金属

研究概要

本研究は、セラミックス、高融点金属のような本質的に脆性材料と考えられてきた材料に注目し、個々の粒界の構造解析と粒界性格分布の統計的評価を行い、さらに粒界構造解析を行った試料について機械試験を行うことにより、微視的及び巨視的両面から超塑性変形の発現機構、超塑性を促進するための粒界設計・制御の基本原理を確立することを目的としている。
1.超塑性変形発現のための組織最適化
超塑性変形の発現には、粒界すべりの促進と粒界破壊の抑制という粒界組織の最適化が重要である。当該年度は、Al-Li系合金(2091合金)を用いて、粒界微細組織を制御した試料について超塑性変形挙動を調査するとともに、粒界破壊を顕著に起こすMo多結晶を用い、破壊挙動と粒界微細組織との関連を検討した。その結果、(1)加工熱処理によって得られる微細粒組織では、粒径の減少とともに低Σ対応粒界の存在頻度が高くなるために、結晶粒の微細化が必ずしも粒界すべりを促進するとは限らないこと、(2)粒界破壊の制御には、低Σ対応粒界の存在頻度を高めることが有効であり、高頻度のランダム粒界の導入は、むしろ超塑性伸びを低下させる可能性もあることなどが明らかとなった。
2.セラミックスの微構造と力学的性質
微細粒SiC(7mol%Al_2O_3+2mol%Y_2O_3+1mol%CaO添加)の微構造をTEMにより観察し、超塑性変形の発現との関連を検討した。平均粒径110nmのSiCは1973K、ひずみ速度の条件で超塑性挙動を示した。TEM観察を行った結果、粒界には厚さ1nm以上の粒界相は観察されなかった。しかし、同じ試料をプラズマエッチング後にFE-SEMで観察したところ、粒界相が観察される粒界と観察されない粒界とが混在していた。結晶粒の方位解析の結果、対応粒界が少なからず含まれていること、さらに超塑性変形後も変形前の粒界構造がほぼ保たれていることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] Tadao Watanabe: "Structure-Dependent Sliding and Grain Boundary Engineering for Superplasticity" Materials Science Forum. 233-234. 375-382 (1997)
• [文献書誌] 金 載〓: "硝酸塩を焼結助剤としたSi_3N_4及びSi_3N_4/10〜30mass%SiC複合材料の常圧焼結と機械的性質" J.Ceram.Soc.Japan. 105・10. 837-841 (1997)
• [文献書誌] Tadao Watanabe: "Grain Boundary Characterization and Fracture in PZT Polycrystals" Proc.of Japan-France Seminar on Intelligent Materials and Structures. 159-166 (1997)
• [文献書誌] Tadao Watanabe: "A Prospect of Grain Boundary Design and Control for Stuctural Materials" Proc.of D.McLean Inter.Symp.on Structural Materials. 43-57 (1996)
• [文献書誌] X-H.Tong: "Sintering Behavior of TiC Reinforced SiC Composites Deped with Ti and C" J.Ceram.Soc.Japan. 104. 594-598 (1996)
• [文献書誌] Tadao Watanabe: "Grain Boundary Architecture for High Performance Materials" Proc.of D.A.Smith Symp.(in press). (1998)
• [文献書誌] Sadahiro Tsurekawa: "Plastic Deformation of Covalent Bonded Ceramics at High Temperatures" Proc.of MPI-JST Workshop on Grain Boundary Dynamics of Precursor Derived Ceramics. (in press). (1998)
• [文献書誌] Toyohiko Yano: "Fabrication and High Temperature Mechanical Properties of Si_3N_4 and Si_3N_4/SiC Composites with Nitrate as Sintering Addtives" Proc.of 6th Inter.Symp.on Ceramic Materials & Components for Engines. (in press). (1998)
• [文献書誌] Kouichi Kawahara: "High Temperature Deformation Behaviour and Dislocation Structures of β-Silicon Carbides Without and With Sintering Aids(Boron and Carbon)" Proc.of 6th Inter.Symp.on Ceramic Materials & Components for Engines. (in press). (1998)
• [文献書誌] 川原 浩一: "β炭化珪素の高温変形挙動に及ぼす焼結助剤BおよびCの影響" 日本金属学会誌. 62・3(印刷中). (1998)
• [文献書誌] 金 載〓: "硝酸塩を焼結助剤としたSi_3N_4及びSi_3N_4/SiC複合材料の常圧焼結" J.Ceram.Soc.Japan. 105・2. 147-151 (1998)
• [文献書誌] Tadao Watanabe: "Key Issues of Grain Boundary Engineering for Superplasticity" Materials Science Forum. 243-245. 21-30 (1997)