高温用セラミックスの粒界量子構造設計

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305052
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐久間 健人 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50005500)
• Keywords: セラミックス / 粒界量子構造 / 超塑性 / 微量添加 / 第一原理分子軌道計算 / 高温延性 / ジルコニア / アルミナ

Research Abstract

本研究では,超塑性セラミックス及び耐クリーブセラミックスにおける新規な現象について基礎データを収集すると共に、第一原理計算の手法を駆使して、セラミックスの機械的特性に関する統一的理解を図ることを目的としている。今年度はゲルマニウムやバリウム等の陽イオンを0.2〜1mol%程度の微量添加したジルコニア系セラミックスを作成し、その超塑性挙動を調べた。機械試験には、今年度備品として購入した大気高温炉を用いた。また、高温でのセラミックスの変形及び緻密化挙動をレーザー変位計で測定した。その結果、単相ジルコニアセラミックスにおいては、粒界に高濃度に偏析した添加陽イオンが変形挙動に積極的に関わっていることが判明した。また、単相ジルコニアに対し複数種の陽イオンをやはり微量添加することによって、一種類の陽イオンの添加とは異なる効果を及ぼすことが明らかとなった。これは単純な添加量依存性や添加効果を示す金属材料とは異なる、セラミックス特有の現象であると考えられ、高温用セラミックスの材料開発において極めて重要な知見である。この解析のために、第一原理分子軌道計算を用いて電子状態からの解析を進め、特に超塑性延性に関しては共有結合性との相関を認めた。来年度はさらに解析を進め、粒界量子構造の定量評価を図ることによって、量子構造設計の理論的バックグラウンドを確立する礎を築く。

Research Products

• [Publications] Z.L.Hong, H.Yoshida, Y.Ikuhara, T.S.akuma, T.Nishimura, M.Mitomo: "A new approach to analyze the stress relaxation in Si_3N_4-Re_2Si_2O_7(Re : Nd, Sm, Y, Yb)"Key Eng. Mater..
• [Publications] Y.Ikuhara, H.Yoshida, T.Sakuma: "Impurity effect on grain boundary strength in structural ceramics"Key Eng. Mater.. A319-321. 24-30 (2001)
• [Publications] 桑原彰秀, 幾原雄一, 佐久間健人: "第一原理分子軌道法による安定化ジルコニアの相安定性評価"材料. 50. 619-624 (2001)
• [Publications] K.Sasaki, M.Nakano, J.Mimurada, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Superplastic characteristics in germania based codoped Y-TZP"Mater. Sci. Forum. 357-359. 129-134 (2001)
• [Publications] M.Nakano, J.Mimurada, K.Sasaki, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Superplastic flow stress in cation-doped YSZ"Mater. Sci. Forum. 357-359. 141-146 (2001)
• [Publications] 吉田英弘, 幾原雄一, 佐久間健人: "耐高温クリープ性アルミナセラミックスの粒界構造と電子状態"「電子顕微鏡法の実践と応用写真集」日本鉄鋼協会・日本金属学会. (2002)