| 研究概要 |
構造材料は,一般に多数の結晶粒からなる多結晶体として構成され,その機械的特性は材料内部の組織によって大きく異なる.とりわけ転位と結晶粒界は,各々が材料の変形に大きく寄与するとともに,互いの相互作用は材料全体の性質を決定する最も重要な因子である.しかしながら,これらの粒界構造と多結晶材料の機械的特性の関係に関しては,実験による経験則が基本となっており,メカニズム解明に関する定量的な評価はなされていない.本研究では,対応粒界や小傾角粒界,ランダム粒界を含めた様々な粒界構造における特性について,原子論的解析手法を用いて粒界構造や変形メカニズム,転位との相互作用などの定量的な評価を行った.
まず,FCCアルミニウムとBCC鉄に対して,原子モデルにより〈100〉軸および〈110〉軸回転のΣ3〜Σ99までの多数の対応粒界(CSL)を構築し,粒界エネルギーなどの基本特性を評価した.その結果,経験的な原子間ポテンシャルを用いた場合も,多様な粒界構造とエネルギーはよく再現され,〈110〉粒界では粒界エネルギーと粒界の存在によって増加する過剰自由体積に非常に強い相関関係が存在することがわかった.また,アルミニウムと鉄に対してΣ3粒界と完全な刃状転位の反応過程をNEB状態遷移解析によって評価した結果,反応には非常に高いエネルギー障壁を超える必要があることがわかった.さらに,転位は粒界と反応する際に,粒界面に平行な転位と垂直な方向のバーガースベクトルに分解することで粒界面の移動と粒界すべりを引き起こすことがわかった.
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