| 研究課題/領域番号 |
18H03829
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
才田 淳治 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 教授 (20359540)
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| 研究分担者 |
譯田 真人 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主任研究員 (00550203)
佐藤 成男 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40509056)
山田 類 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (40706892)
加藤 秀実 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80323096)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 金属ガラス / 緩和状態制御 / 非アフィン歪み / 構造若返り / 機械的特性 |
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| 研究実績の概要 |
本課題は大きく３つで構成される。課題Ａ：非アフィン歪みの導入による緩和状態制御と靱性改善、課題Ｂ：非アフィン歪みの導入過程および状態の階層的解析と理論構築、課題Ｃ：実用品形状での緩和状態制御技術の確立と機能改善であり、それぞれに個別課題を設定している。
２０１８年度に繰り返し急速低温冷却装置（個別課題Ａ-１「非アフィン歪み導入法の開発」）を導入し、既設の雰囲気制御急速加熱冷却装置とともに、室温－ガラス遷移温度直上加熱－急冷および室温－液体窒素温度冷却の２つの手法による非アフィン歪みの導入技術の確立を進めている。また、高圧プレス機を用いた高圧加熱急冷処理も検討した。課題Ａ-２の「非アフィン歪みと緩和状態の相関」を比熱測定、マクロ構造解析、組織観察、粘弾性挙動等の基礎物性の観点から調査した。課題Ａ-３「構造若返りによる機能改善」では、機械的特性をインストロン型機械試験機およびナノインデンテーション等を用いて評価した。なお、２０１９年度より研究分担者を追加し、非アフィン歪み導入による構造若返りによって、変形挙動がどのように影響を受けるのかについて、分子動力学シミュレーション(MD)による検討を開始する。
課題Ｂ-１「外的要因による内部歪み状態の変化」として、中性子回折によって緩和状態がどのように判別されるかを詳細に解析することを計画し、測定機器のセットアップを実施した。具体的には、ハローピ－クの変化による平均距離変化(Q-space method)から局所構造を解析する初期検討を行った。課題Ｂ-２「非アフィン歪みの導入がもたらす構造変化」はMDによる基本的構造モデル構築を実施した。課題Ｂ-３「非アフィン歪みの導入による緩和状態制御の理論構築」は、上記Ｂ-１およびＢ-２の結果を合わせ理論考察に向けたモデル構築を検討していく。このためにメンバー間のディスカッションも今後積極的に進める。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
２０１８年度に予定どおり、繰り返し急速低温冷却装置（課題Ａ-１「非アフィン歪み導入法の開発」）を導入した。これにより、既設の雰囲気制御急速加熱冷却装置とともに、室温－ガラス遷移温度直上加熱－急冷および室温－液体窒素温度冷却の２つの手法による非アフィン歪みの導入が検討できるようになり、現在その評価と技術確立を進めている。また、当初計画では次年度以降としていた高圧プレス機を用いた高圧加熱急冷処理も前倒しで検討し、特異な性質をもった金属ガラスバルク試料の作製に成功した。課題Ａ-２の「非アフィン歪みと緩和状態の相関」については、計画に基づいて比熱測定、マクロ構造解析、組織観察、粘弾性挙動等の基礎物性の観点から調査している。課題Ａ-３「構造若返りによる機能改善」でも、計画通り、機械的特性をインストロン型機械試験機およびナノインデンテーション等を用いて評価している。なお、構造モデル構築の進捗により、２０１９年度より非アフィン歪み導入による構造若返りによって変形挙動がどのように影響を受けるのかについて、研究分担者を追加して分子動力学シミュレーション解析を開始する。
課題Ｂ-１「外的要因による内部歪み状態の変化」として、中性子回折による構造解析を実施し、測定条件の検討および機器のセットアップを完了した。それに基づき、ハローピ－クの変化による平均距離変化(Q-space method)から局所構造を解析する初期検討を行った。課題Ｂ-２「非アフィン歪みの導入がもたらす構造変化」は、分子動力学シミュレーションによる基本的構造モデル構築を完了し、現在構造若返りとの相関を考察している段階にある。課題Ｂ-３「非アフィン歪みの導入による緩和状態制御の理論構築」は、次年度以降検討し、このためにメンバー間のディスカッションも今後積極的に進める。
以上のことから、本課題は当初の計画以上に進捗していると判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
２０１９年度以降、繰り返し急速低温冷却装置（課題Ａ-１「非アフィン歪み導入法の開発」）と既設の雰囲気制御急速加熱冷却装置を用いた熱的非アフィン歪みの導入評価と技術確立を計画通りに進める。また、高圧プレス機を用いた高圧加熱急冷処理も引き続き検討し、動的な若返り構造変化をともなう特異な性質をもった金属ガラスの諸性質解明を進める。課題Ａ-２の「非アフィン歪みと緩和状態の相関」については、引き続き計画に基づいて比熱測定、マクロ構造解析、組織観察、粘弾性挙動等の基礎物性の観点から調査していく。なお本課題にとって重要な比熱測定において、２０１９年度に新たな高性能機器の導入を進める。課題Ａ-３「構造若返りによる機能改善」でも、計画通りに機械的特性をインストロン型機械試験機およびナノインデンテーション等を用いて評価する。非アフィン歪み導入による構造若返りがもたらす変形挙動変化の分子動力学シミュレーション解析においては、構造モデル構築結果と実試料での結果を総合的に勘案し、研究を推進する。
課題Ｂ-１「外的要因による内部歪み状態の変化」では、引き続き中性子回折による構造解析を実施し、局所構造の変化を調査していく。課題Ｂ-２「非アフィン歪みの導入がもたらす構造変化」では分子動力学シミュレーションによって構築した基本構造モデルをベースに、非アフィン歪み導入と構造若返りとの相関、さらには特性評価結果もあわせた考察を実施していく予定である。課題Ｂ-３「非アフィン歪みの導入による緩和状態制御の理論構築」は、次年度以降、それぞれの課題の結果を慎重に検討していくとともに、メンバー間のディスカッションも今後積極的に進める。
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