微細粒多結晶材料の粒界設計・制御による界面アーキテクチャーと高性能発現

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08405046
• 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: 川原 浩一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00302175) ; 連川 貞弘 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40227484) ; 藤野 豊 東北大学, 留学センター, 教授 (60005402)
• キーワード: 微細粒多結晶 / 粒界性格分布 / 粒界制御 / 後方散乱電子線回折法 / 磁場 / 焼結 / 磁歪 / 形状記憶特性

研究概要

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本研究は微細粒多結晶材料中に存在する粒界の性格・構造およびその分布、いわゆる「粒界性格分布」を実験的に評価し、粒界設計制御に基づき、従来の多結晶材料に見られない安定した組織と諸性質を発現させるための界面アーキテクチャの確立を目指しているものである。当該年度に得られた結果の概要は以下の通りである。
1. 磁場作用を利用した強磁性体の組織制御
一般に組織制御は加工熱処理に負うことが多いが、その方法に加え、何らかの外部作用を利用して多結晶体中の粒界微細組織を制御することができれば、材料に望ましい特性を発現させることが可能となると期待される。そこで当該年度は、磁場作用を利用した組織制御プロセスの開発を目指して、純鉄圧粉体の磁場中焼結を試み、焼結過程における磁場作用の効果について検討した。その結果、15kOeの直流磁場中による焼結で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明らかとなった。この効果は、特に粒界の移動が重要となる焼結中期において特に顕著であった。そこで、Fc-Si合金双結晶を用いて粒界移動速度に及ぼす磁場の効果について調べたところ、磁場の印加により粒界移動が促進されることが見出され、磁気異方性が粒界移動の駆動力となりうることが明らかとなった。さらに、磁場中焼結された試料についての磁気特性評価より、磁場焼結により軟磁気特性が向上することが見出された。
2. 磁気誘起マルテンサイト変態型形状記憶合金の粒界微細組織制御による高性能化
強磁性材料Fc-Pd合金は、熱弾性マルテンサイト変態による形状記憶効果の発現に加え、磁場印加による磁歪により発生する内部応力により、双晶の移動が誘起されることから大きな変態ひずみが得られることが期待される。一般に、相変態は内部界面、すなわち粒界から発生する場合が多いので、形状記憶特性は粒界微細組織の影響を受ける可能性がある。そこで本研究では、粒界組織を比較的容易に変えることが可能な急冷凝固法を用いてFe-Pd薄帯を作製、さらに熱処理を行うことにより粒界微細組織を制御し、それらの試料について磁気誘起変態形状記憶特性を測定した。その結果、磁場の印加により従来の磁歪材料の約10倍の大きな伸びひずみが得られ、逆に磁場を取り除くと形状記憶特性により元に戻ることが確認された。

研究成果

• [文献書誌] S.Yamaura: "Structure-dependent intergranular oxidation in Ni-Fe polycrystalline alloy" Acta Materialia. in press. (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 tritjum distribution in vanadium by tritjum 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)