粒界性格・量子構造制御によるセラミックスの設計

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205100
• 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, 教授 (70192474)
• 研究分担者: 山本 剛久 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (20220478) ; 岩本 知広 東京大学, 工学部附属総合試験所, 助手 (60311635) ; 松永 克志 東京大学, 工学部附属総合試験所, 助手 (20334310)
• キーワード: 粒界性格 / バイクリスタル / トリクリスタル / セラミックス / 高分解能電子顕微鏡 / ドーパント / 粒界すべり / 粒界偏析

研究概要

本年度は、アルミナの<0001>および<1100>傾角粒界、ジルコニアの<110>および<100>傾角粒界を有するバイクリスタルを作製し、各粒界にYとLuをドーパント材として添加した試料の作製を行った。また、各試料についてトリクリスタルの作製も行い、同様のドーパント添加材を作製した。なお、トリクリスタルの粒界は、高角度粒界、低角度粒界、対応粒界の種々の組み合わせを利用して作製した。これより得られた試料を高温で圧縮試験することにより高温変形特性を評価し、粒界塑性速度の温度・応力・粒界性格依存性を系統的に計測評価した。また、一部粒界の変形前後の組織を新型ポールピースを用いた高分解能電子顕微鏡法およびエネルギー分散型X線分光法で評価・解析した。本年度の具体的な研究内容は以下の通りである。
(1)粒界性格・量子構造制御試料の作製
・アルミナの<0001>および<1100>傾角粒界、ジルコニアの<110>および<100>傾角粒界を有するバイクリスタルの作製とYおよびLuの粒界への添加(0.1mol%)
・ジルコニアおよびアルミナのトリクリスタルの作製とYおよびLuの粒界への添加(0.1mol%)
(2)高温変形挙動の評価
上記より作製した試料について高温圧縮変形(粒界は圧縮軸に対して45°傾斜)を行い、粒界すべり挙動を計測・評価した。これより、粒界すべり速度の応力・温度・粒界性格依存性を評価し、高温変形パラメータを導出することにより、粒界すべり機構を考察した。
(3)試料の変形前後の粒界を高分解能電子顕微鏡法およびエネルギー分散型X線分光法で評価し、粒界すべりに伴う原子構造変化、偏析挙動および粒界三重点における応力緩和過程についての解析を行った。この結果を高温変形挙動と比較することにより、原子レベルから粒界すべり機構を考察した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ikuhara, N.Shibata, T.Watanabe, F.Oba, T.Yamamoto, T.Sakuma: "Grain Boundary Characters and Structures in Structural Ceramics"Ann.Chim.Sci.Mater.. 27. S21-S30 (2002)
• [文献書誌] N.Shibata, M.Morishige, T.Yamamoto, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Stacking-fault formation in [001] small-angle symmetric tilt grain boundaries in cubic zirconia bicrystals"Phil.Mag.Let.. 82. 175-181 (2002)
• [文献書誌] A.Nakamura, T.Yamamoto, Y.Ikuhara: "Direct Observation of Basal Dislocation in Sapphire by HRTEM"Acta.Mater.. 50. 101-108 (2002)
• [文献書誌] N.Shibata, F.Oba, T.Yamamoto, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Atomic structure and solute segregation of a Σ=3[110]/{111} grain boundary in an yttria-stabilized cubic zirconia bicrystal"Phil.Mag.Let.. 82. 393-400 (2002)
• [文献書誌] T.Watanabe, H.Yoshida, Y.Ikuhara, T.Sakuma, H.Muto, M.Sasaki: "Grain Boundary Sliding and Atomic Structures in Alumina Bicrystals with [0001] Symmetric Tilt Grain Boundaries"Mater.Trans.. 43. 1561-1565 (2002)
• [文献書誌] Yuichi Ikuhara: "Towards New Transmission Electron Microscopy in Advanced Ceramics"J.Ceram.Soc.Jpn.. 110. 139-145 (2002)