粒界構造解析・粒界制御

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08242101
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 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 / 対応磁界 / 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
当該年度は、Al-Li系合金(2091合金)の超塑性変形過程における動的な粒界微細組織変化を調査するとともに、超塑性の発現に最適な組織を得るための方法の一つとして、外部作用を利用した組織制御プロセスの開発をめざした純鉄圧粉体の磁場中焼結を行った。得られた結果は以下の通りである。(1)Al-Li系合金においては、変形過程において粒内転位が粒界に吸収され、ランダム粒界の割合が増加することにより超塑性が発現した。また、超塑性変形により形成されるキャビテーションの多くは、ランダム粒界が連結した粒界3重点で発生しており、ランダム粒界が低角粒界あるいは低Σ粒界と連結している場合には、キャビテーションの発生が抑えられることが明らかとなった。超塑性変形の発現には、ランダム粒界の存在頻度とともに、それらの連結性も重要であることが示された。(2)純鉄圧粉体を15kOeの直流磁場中で焼結することにより緻密化が促進されるとともに、粒成長も促進されることが見出された。
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。粒界には酸化物からなる粒界層が存在するが、一部の粒界にはそのような粒界層が観察されなかった。粒界性格を調査した結果、超塑性を示す試料においても3%程度の低角粒界と対応粒界が含まれていることが明らかとなった。また、超塑性変形により対応粒界の割合が減少する傾向にあることが認められた。

研究成果

• [文献書誌] S.Yamaura: "Structure-dependent intergranular oxidation in Ni-Fe polycrtstalline alloy" Acta Materialia. in prss. (1999)
• [文献書誌] K.Kaneko: "Chemical bonding of oxgen in intergranular amorphous layers in high-purity β-SiC ceramics" Acta Materialia. in press. (1999)
• [文献書誌] K.Kawahara: "Effect of boron and carbon addition on high temperature deformation behaviour of β-silicon carbide" Proc.of Towads Innovation in Superplasticity II. in press. (1999)
• [文献書誌] S.Kobayashi: "Effect of grain boundary microstructure on superplastic deformation of Al-Li-Cu-Mg-Zr alloy" Proc.of Towads Innovation in Superplasticity II. in press. (1999)
• [文献書誌] S.Tsurekawa: "Effect of grain boundary microstructures on brittle fracture in polycrystalline molybdenum" Proc.of Towads Innovation in Superplasticity II. in press. (1999)
• [文献書誌] T.Watanabe: "Grain boundary engineering for superplasticity" Proc.of Towads Innovation in Superplasticity II. in press. (1999)
• [文献書誌] T.Matsuzaki: "Effect of magnetic field on sintering of iron powder compac" Proc.of Towads Innovation in Superplasticity II. in press. (1999)
• [文献書誌] B.B.Straumal: "The grain structure of vacuum arc deposited Co thin film" Mater.Sci.Forum. 294-296. 787-790 (1999)
• [文献書誌] S.Tsurekawa: "Grain boundary migration in Fe-Si alloy bicrystals" Mater.Sci.Forum. 294-296. 629-632 (1999)
• [文献書誌] K.Kaneko: "Characterization of grain boundaries of Al-doped sintered β-SiC by both HRTEM and STEM" Mater.Sci.Forum. 294-296. 269-272 (1999)
• [文献書誌] 川原浩一: "弱ビーム暗視野法による窒化珪素のすべり系の同定" まてりあ. 37・12. 982 (1998)
• [文献書誌] 連川貞弘: "ナノの世界をみる-粒界・界面の原子構造と電子構造" 日本機械学会誌. 101・961. 40-42 (1998)
• [文献書誌] 金子賢治: "走査型透過電子顕微鏡を用いたセラミックス粒界のキャラクタリゼーション" まてりあ. 37・11. 938-944 (1998)
• [文献書誌] H.Saito: "Quantitative visualization of tritium distribution in vanadium by tritium radioluminography" J.Nucl.Mater. 258-263. 1404-1408 (1998)
• [文献書誌] M.Furtkamp: "Grain boundary migration in Fe-3wt%Si Alloys" Interface Science. 6. 59-66 (1998)
• [文献書誌] 矢野豊彦: "硝酸塩系焼結助剤添加Si3N4/SiC複合材の焼結性及び機械的性質に及ぼす焼結法の影響" J.Ceram.Soc.Jpn.106・6. 559-564 (1998)
• [文献書誌] D.C.Park: "The influence of nitrite salt as sintering additives on mechanical strength in silicon nitride" Proc.2nd Yamazaki Int.Symp.on Time Dependent Mechanical Response of Engineering Ceramics. 125-128 (1998)
• [文献書誌] J.Y.Kim: "Effects of nitraic sintering additives on pressureless sintering of monolithic Si_3N_4 and Si_3N_4/10-30mass%SiC composites and thier mechanical properties." J.Ceram.Soc.Jpn,Intl.Ed.105. 899-904 (1997)
• [文献書誌] T.Yano: "Fabrication and high-temperature mechanical properties of Si_3N_4 and Si_3N_4/SiC composites with nitrate as sintering additives" Proc.Int.Symp.on Ceramic Materials and Composites for Engines. 669-674 (1997)