2005 Fiscal Year Annual Research Report
セラミック材料中の結晶欠陥構造と欠陥領域の原子ダイナミクスに関する研究
| Project/Area Number |
05J11745
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
中川 翼 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Keywords | 酸化物セラミックス / 結晶粒界 / 転位 / 拡散 / 二次イオン質量分析 / アルミナ / 原子構造 / 偏析 |
|---|
| Research Abstract |
高温構造材料における原子拡散はクリープや粒成長、焼結などの高温での材料挙動の素過程として重要である。中でも高次元格子欠陥における高速拡散挙動は特に重要であるが、定量的な評価が難しく、また欠陥構造も非常に複雑であるため、これまでは定性的な評価しか行なわれず、ブラックボックスとして扱われてきた。本研究の初年度として、代表的な高温構造材料の一つであるアルミナを主たる研究対象として、粒界や転位といった高次元の格子欠陥における原子の拡散挙動を、トレーサーを用いた観察実験によって評価した。本研究の特色は、一般には非常に複雑な構造を持つために定量的な評価が難しかった粒界や転位を、我々の持つノウハウを用いて双結晶試料や高温変形試料を用いることにより、特定の構造を持つ粒界及び転位における拡散挙動を、二次イオン質量分析器を用いたトレーサー法により、直接、かつ定量的に評価したことにある。その結果、粒界や転位における拡散挙動をそれぞれの原子構造と対応させて評価することが可能となった。具体的な成果としては、(1)転位拡散においては、転位における酸素及び不純物カチオンであるチタンの拡散評価を行い、それらを比較することによって、チタンに見られる非常に高い転位拡散係数は、チタンのアルミナ中転位への偏析のし易さに起因していること、(2)粒界拡散挙動は粒界の原子構造と強く相関しており、またカチオンとアニオンの拡散では、その相関の様子が異なることなどをこれまでに明らかにしている。
また、イオン伝導体として知られるイットリア安定化ジルコニアにおいては、高イオン伝導を阻害するものとして度々議論されている、粒界面を横切る際の拡散はバルク中の拡散よりも著しく速度が低下する、「粒界におけるブロッキング効果」も双結晶を用いて、直接、定量的に評価できることを示した。この現象も、原子構造と対応させて評価することで原子レベルでのメカニズムに対する知見を与えることが出来ると考えられる。
|
