2002 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
02J08214
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
桑原 彰秀 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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Keywords | ジルコニアセラミックス / 超塑性 / イオン伝導特性 / 電子構造 / 第一原理分子軌道計算 / 格子静力学計算 / 化学結合状態 / 拡散 |
Research Abstract |
ジルコニアセラミックスは超塑性特性、酸素イオン伝導特性という優れた材料特性を有している。しかし、その特性の発現機構には依然として未解明の部分が多い。本研究では、格子静力学計算及び第一原理分子軌道計算を用いることで、ジルコニアセラミックスの持つ機能特性の支配要因を電子論的観点から解明することを目的として研究を行ってきた。 イットリア添加正方晶ジルコニア多結晶体(Y-TZP)の超塑性変形挙動は添加元素の影響を受けて大きく変化する。DV-Xα分子軌道計算法を用いて添加元素がTZPの化学結合状態に与える影響を第一原理計算に基づいて解析した。その結果、破断伸びが増大する系においては有効共有電子密度が増大する傾向にあることが確認された。添加元素の偏析に伴い軌道エネルギーの低い安定な分子軌道に属する電子密度が増大することで粒界エネルギーは低下すると考えられる。粒界の安定化は破壊エネルギーの増大、すなわち変形中の粒界破壊に対する抵抗の増大を意味する。これにより、有効共有電子密度を増大させる元素の添加は変形中の粒界破壊を抑制し延性を向上させると考えられる。原子間力顕微鏡を用いた相対粒界エネルギーの測定から、延性を向上させる元素が粒界偏析することで粒界エネルギーが低下することが確認されており、計算結果を裏付ける結果が得られた。 種々の希土類添加安定化ジルコニア(FSZ)の酸素イオン拡散の素課程における化学結合状態の変化を格子静力学計算及び第一原理分子軌道計算を用いて解析した。移動する酸素イオン周囲の化学結合状態は大きく変化し、saddle pointでは強い反結合状態にある。基底状態と遷移状態での有効共有電子密度の変化が酸素拡散における移動エンタルピーの主要因になっていると考えられる。
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Research Products
(2 results)
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[Publications] A.Kuwabara, S.Yokota, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Local Bonding States of Titanium and Germanium-doped Tetragonal Zirconia Polycrystal and Their Correlation to High Temperature Ductility"Materials Transactions., JIM. 43[10]. 2468-2472 (2002)
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[Publications] A.Kuwabara, J.Katamura, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Influence of Interaction between Neighboring Oxygen Ions on Phase Stability in Cubic Zirconia"Journal of The American Ceramic Society. 85[10]. 2557-2561 (2002)