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

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750647
• 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 / 高温機械特性 / 微細構造解析

研究概要

去年度の研究で確立した製造プロセスにより、各種微量ドーパント添加Al_2O_3多結晶体を作製し、その緻密化過程を高温その場観察実験によって調べた。一方、粒界での物質移動や原子構造・界面エネルギー等を調べるため、高純度Al_2O_3粒界およびドーパントを含む粒界形状をAFMにより詳細に調べると共に、粒界微細構造とナノ領域の化学組成とを高分解能電子顕微鏡を用いて測定した。これらの基礎データを第一原理計算による計算結果と比較検討することにより、セラミックス材料の耐熱性は、粒界近傍でのイオン性・共有結合性と密接に関係することを明らかにした。最終的には、本研究で目標としていた粒界電子構造に基づく耐熱セラミックスの創製について、その根本原理を提案するに至った。この成果についてはActa Materialia学術誌等に発表し、またその概要について機能材料誌に解説したので参照されたい。なお、今年度得られた成果については、日本金属学会ならびに国際会議The 2nd International Symposium on Advanced Ceramics(先進セラミックスに関する第二回国際シンポジウム)及びFirst Kyoto Workshop on Computational Materials Science(計算材料学に関する第一回国際ワークショップ)において発表した。さらに平成15年8月に開催の国際会議13th International Conference on the Strength of Materials(第十三回材料強度国際会議)、平成15年10月には4th Conference on Creep, Fatigue and Creep-Fatigue Interaction(第四回クリープ及びクリープ破壊に関する国際会議)において招待講演者として発表する予定である。

研究成果

• [文献書誌] H.Yoshida, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Grain boundary electronic structure related to the high-temperature creep resistance in polycrystalline Al_2O_3"Acta Mater.. 50. 2955-2966 (2002)
• [文献書誌] H.Yoshida, Y.Takigawa, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Effect of Chemical Bonding State on High-temperature Plastic Flow Behavior in Fine-grained, Polycrystalline Cation-doped Al_2O_3"Mater. Trans.. 43. 1566-1572 (2002)
• [文献書誌] H.Yoshida, T.Yamamoto, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "A Change in the Chemical Bonding Strength and High-temperature Creep Resistance in Al_2O_3 with Lanthanoid Oxide Doping"Phil. Mag. A. 82. 511-525 (2002)
• [文献書誌] H.Yoshida, T.Yamamoto, T.Sakuma: "Lutetium-doping Effect on the Grain Boundary Diffusional Creep in Polycrystalline Al_2O_3"J. Euro. Ceram. Soc.. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] H.Yoshida, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Grain Boundary Electronic Structure and High Temperature Plastic Flow in Polycrystalline Al_2O_3"Proceedings of The 2nd International Symposium on Advanced Ceramics. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] 吉田英弘: "粒界量子構造制御による高温セラミック材料の開発"機能材料. 23. 35-42 (2003)
• [文献書誌] 吉田英弘, 幾原雄一, 佐久間健人(他多数の著者による分担執筆): "電子顕微鏡法の実践と応用写真集"日本鉄鋼協会、日本金属学会編集. 254 (2002)