マルチプルクリスタルによるセラミックスの粒界設計と粒界塑性

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450260
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 幾原 雄一 東京大学, 工学部・附属総合試験所, 助教授 (70192474)
• キーワード: マルチプルクリスタル / アルミナ / ジルコニア / 対応粒界 / 粒界すべり / 応力緩和 / クリープ / 透過電子顕微鏡

研究概要

本年度は昨年度作製したアルミナのマルチプルクリスタルに加えジルコニアのマルチプルクリスタルの設計およびその作製を行った。また、作製されたマルチプルクリスタル各試料の系統的な高温変形挙動の評価と微細構造観察も合わせて行った。作製したマルチプルクリスタルは、いずれも二つの低エネルギー粒界と一つの高エネルギー粒界を有するように設定した。アルミナ試料について各温度のクリープ挙動を系統的に計測した結果、クリープ挙動は温度に大きく依存し、いずれの場合もそのクリープ曲線は下に凸の形状を示すことが見出された。また、変形前後の粒界三重線近傍の透過電子顕微鏡観察を行い、三重線における微視的応力緩和機構を調べた。その結果、粒界にはアモルファスなどは存在せずクリーンな状態であったが、三重線から微少なキャビティーが発生している様子が観察された。また、転位の発生も一部観察されており、応力緩和-転位運動-拡散-キャビティー形成の相関性について現在考察中である。さらに、三重線近傍のEDS,EELS,CBEDによる局所的な組成、状態、応力分布についても詳細に解析し、特に局所的な応力の分布が応力緩和機構と密接に関連していることを見出した。一方、ジルコニア試料については、幾何学的には低エネルギーと考えられる低Σ対応粒界でエネルギーが高く、Yの偏析量が大きくなることなどが見出された。これは、粒界近傍におけるカチオンの酸素配位数と相関性があり、多元素から構成されるセラミックスの特徴であるものと推測される。今後、ジルコニア試料についても変形後の微細構造観察を系統的に行い、高温塑性変形における粒界での応力緩和機構の本質を明らかにする予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Watanabe,II.Yoshida,T.Yamamoto,Y.Ikuhara and T.Sakuma: ""Atomic Structures and Properties of Symmetric [000l]Tilt Grain Boundaries in Alumina""Ceram.Trans.. vol.118. 369-376 (2000)
• [文献書誌] Y.Ikuhara,T.Watanabe,T.Saito,T.Yamamoto and T.Sakuma: ""An Approach to Grain Boundary Design Using Ceramic Bicrystals""Ceram.Trans.. vol.118. 293-301 (2000)
• [文献書誌] Y.Ikuhara,T.Watanabe.T.Yamamoto,T.Saito,H.Yoshida and T.Sakuma: ""Grain Boundary Structure and Sliding of Alumina Bicrystals""Proc.Mater.Res.Soc.. vol.601. 125-132 (2000)
• [文献書誌] 幾原雄一,吉田英弘,佐久間健人: ""セラミックスの結晶粒界と局在量子構造""まてりあ. 39. 558-562 (2000)
• [文献書誌] T.Watanabe,H.Yoshida,T.Saito,T.Yamamoto,Y.Ikuhara and T.Sakuma: ""Grain Boundary Energy and Atomic Structure in Alumina Bicrystals""Mater.Sic.Forum. vol.304-306. 601-606 (1999)
• [文献書誌] Y.Ikuhara,T.Watanabe,T.Saito,H.Yoshida and T.Sakuma: ""Atomic Structure and Chemical Bonding State of Sapphire Bicrystals""Mater.Sci.Forum. vol.294-296. 273-276 (1999)
• [文献書誌] 幾原雄一: "「セラミック材料の物理」"日刊工業新聞社. 343 (1999)