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金属ガラスとは、ランダム原子配列構造を有する非晶質金属のことであり、通常の結晶金属と比べ、高強度、軟磁性、高耐食性など優れた機械的・磁気的特性を持ち、様々な応用研究が行われ実用化もされている。最近、我々の研究によって、高圧下で熱処理を行うことで超高密度化が起こることが見いだされた。この様な超高密度化は、高硬度化・高強度化を伴う可能性が高く、機械的特性の変化が起こっていることも考えられる。
令和2年度では、令和1年度に確認された高圧熱処理による機械的特性の変化に伴い、金属ガラスの局所構造がどの様に変化しているのかを探るため、放射光X線を用いた高圧下での局所構造測定を行った。約5.5GPaの圧力下で、50-100Kステップで昇温しながら各温度にて熱処理を行い、高圧常温下にて局所構造測定を行った。これによると、機械的特性が変化する800-850K付近で、第一原子間距離が変化する様子が観察された。データを詳細に解析すると、高圧熱処理前ではZr-Zr原子間とZr-Cu原子間が異なる近接距離をとっていたものが、800-850K付近でほぼ同一距離になり、Zr原子とCu原子がより等間隔に分布するように局所構造が変化したことが分かった。一方で、機械的特性変化の見られなかった0GPaや1GPaでは、局所構造にこの様な変化は見られず、結晶化する様子が観察された。今回の測定により、機械的性能の向上は、この様に、高温高圧下にて、より等間隔に原子が分布し、化学的に均質な構造に変化することで引き起こされたと考えられる。
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