粒界電子構造に基づいた新しい耐熱セラミックス材料の創製

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750647
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉田 英弘 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (80313021)
• キーワード: セラミック / 結晶粒界 / 電子構造 / 第一原理計算 / クリープ / 透過型電子顕微鏡 / 高温機械的特性 / 微細構造解析

研究概要

本研究は、粒界電子構造の制御による理論的指針に基づいた耐熱セラミックス材料の開発を目指し、各種ドーパント添加Al_2O_3多結晶体について高温クリープ特性に関する基礎データを収集すると共に、個々の粒界での電子構造に対するドーパント偏析の効果、さらに温度・応力の影響を解明することを目的としている。Al_2O_3多結晶体における微量ドーパント効果を調査するため、市販の高純度原料粉末を用いて、微量ドーパント添加Al_2O_3焼結体を作製した。単一粒界の赤外分光スペクトルやEELSスペクトルの測定により、高純度Al_2O_3粒界およびドーパントを含む粒界化学結合状態を調べ、AlもしくはOスペクトル吸収端から非占有状態密度についての知見を得た。これについては第一原理計算を用いて来年度解析を行う予定である。また、高温機械的特性に関しては、高温クリープ特性の評価を行う一方、破断寿命評価の指針となる引張り延性についても調査し、その破断延性と粒界結合状態との相関を見出した。さらに粒界すべりのメゾスコピックな挙動を解明するために、微分干渉法による光学顕微鏡観察を行った。変形後の微細構造を学科共通設備のSEMおよびTEMを用いて観察し、結晶粒界面上の微細構造を詳細に検討した。結晶粒界の電子状態測定ならびに粒界現象に起因する機械的特性について今年度得られた知見は、幾つかの学術論文及び学会において公表している。また最新のデータについて、本研究の先鞭となった研究代表者の研究成果を併せ、Al_2O_3に関する国際会議の場で口頭発表される予定である。来年度はこれらのデータについての解析を進め、Al_2O_3における高温変形の物理的描像を得ると共に、電子状態との比較検討を通して新機能耐熱セラミックス材料の創製を目指す予定である。

研究成果

• [文献書誌] H.Yoshida, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Vacancy effect of dopant cation on the high-temperature creep resistance in polycrystalline Al_2O_3"Material Science and Engineering A. 319・321. 843-848 (2001)
• [文献書誌] 吉田英弘, 幾原雄一, 佐久間健人: "EDSおよびEELSによるLu微量添加Al_2O_3の粒界局所分析"日本金属学会誌. 65. 356-360 (2001)
• [文献書誌] H.Yoshida, A.Nakamura, T.Sakuma, N.Nakagawa, Y.Waku: "Anisotropy in High-temperature Deformation in Unidirectionally Solidified Eutectic Al_2O_3-YAG Single Crystals"Scripta Materialia. 45. 957-963 (2001)
• [文献書誌] Z.L.Hong, H.Yoshida, Y.Ikuhara, T.Sakuma, T.Nishimura, M.Mitomo: "The Effect of Additive on Sintering Behavior and Strength Retention in Silicon Nitride with Re-disilicate"Journal of European Ceramic Society. 22. 527-534 (2002)
• [文献書誌] H.Yoshida, T.Yamamoto, Y, Ikuhara, T, Sakulna: "A Change in the Chemical Bonding Strength and High-temperature Creep Resistance in Al_2O_3 with Lanthanoid Oxide Doping"Philosophical Magazine A. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] 鉄鋼協会・金属学会出版委員会(分担執筆): "電子顕微鏡法の実践と応用写真集"社団法人日本鉄鋼協会・社団法人日本金属学会共同出版委員会(印刷中). (2002)