金属ガラスの電子構造解析による相安定化機構の解明

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15074207
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 竹内 恒博 Nagoya University, エコトピア科学研究所, 准教授 (00293655)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水谷 宇一郎 豊田理化学研究所, フェロー (00072679) ; 曽田 一雄 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70154705) ; 佐藤 洋一 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (20024094) ; 長谷川 正 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20218457)
• Keywords: バルク金属ガラス / 電子構造 / エントロピー / 自由エネルギー / Hume-Rothery安定化機構 / 光電子分光 / クラスター計算 / バンド計算

Research Abstract

バルク金属ガラスは、高強度機械材料、耐摩耗性コーティング材料、超軟磁性バルク材料などへの応用が期待されている。それぞれの用途に最適化されたバルク金属ガラス材料を設計する為には、安定化機構を解明し、機能を最適化する材料設計指針を構築することが必須である。これまでに行われてきた研究では、バルク金属ガラスの安定性に関して熱力学的に考察されているに過ぎず、材料設計指針を構築する為の情報の蓄積が不十分であると判断される。バルク金属ガラスの安定性を完全に理解する為に、微視的な安定化機構を解明する研究が強く望まれる。本研究では、バルク金属ガラスの安定化機構を電子論的観点から解明することを目的としている。
平成18年度までに実施した研究により,バルク金属ガラスに共通する特徴として,(1)低い内部エネルギーを生み出す共有結合性で特徴づけられるクラスターが構造ユニットとして存在すること,(2)それらが内部エネルギーを増大させることなくランダムネットワークを組むことでエントロピーを増大させていることを明らかにした.(1)および(2)の特徴は,低自由エネルギーを実現させ,金属ガラス構造の安定化を導いていると結論した.
平成19年度に行った研究では,上記の知見を用いて,より安定な金属ガラスの創成を目指した.Pd-Ni-P系において内部エネルギーを上昇させることなくエントロピーのみを増大させるように元素置換を行ったところ,結晶化温度を数十℃上昇させることに成功した.この実験事実により,我々が主張する金属ガラス安定化機構が正しいことを証明することができたと考えている.

Research Products

• [Journal Article] Electronic Structure and Stability of the Pd-Ni-Cu-P Metallic Glasses (2008)
  • Author(s): D. Fukamaki, T. Takeuchi, K. Soda, M. Hasegawa U. Mizutani H. Sato
  • Journal Title: Bulk Metallic Glasses 2007, edited by J. Schroers, R. Busch, N. Nishiyama, M. Li (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Volume 1048E, Warrendale, PA, 2007) 1048E(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic structure and stability of the Pd-Ni-P bulk metallic glass (2007)
  • Author(s): T. Takeuchi, D. Fukamaki, H, Miyazaki, K. Soda, M. Hasegawa, H. Sato, U. Mizutani
  • Journal Title: Materials Transactions 48(6) Pages: 1292-1298
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local atomic arrangements and electronic structure of the Zr-Ni-Al bulk metallic glass-Analysis by use of the relevant crystals- (2007)
  • Author(s): T. Takeuchi, D. Fukamaki, H, Miyazaki, K. Soda, M. Hasegawa, H. Sato, U. Mizutani
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A 499-451 Pages: 599-604
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stability and electronic structure of Zr-based ternary metallic glasses and relevant compounds (2007)
  • Author(s): M. Hasegawa, K. Soda, H. Sato, T. Taketomi, T. Takeuchi, H. Kato, U. Mizutani
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds 434-435 Pages: 149-151
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic Structure and phase stability of glassy alloys (2007)
  • Author(s): M. Hasegawa, T. Takeuchi, K. Soda, H. Sato, U. Mizutani
  • Journal Title: Materials Science Forum 539-543 Pages: 2048-2053
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pd基金属ガラスの電子構造と相安定性 (2007)
  • Author(s): 深牧 大介, 竹内 恒博, 曽田 一雄, 長谷川 正, 水谷 宇一郎, 佐藤 洋一
  • Journal Title: 粉体及び粉末冶金 54 Pages: 754-760
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic Structure of Pd- and Zr-based Bulk Metallic Glasses Studied by Use of Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (2007)
  • Author(s): K. Soda, S. Ota, T. Suzuki, H. Miyazaki, M. Inukai, M. Kato, S. Yagi, T. Takeuchi, M. Hasegawa, H. Satoand U. Mizutani
  • Journal Title: AIP Conference Proceeding 879 SYNCHROTRON RADIATION INSTRUMENTATION, Ninth International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation. 879 Pages: 1821-1824
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Electronic structure and stability of the palladium-and zirconium-based metallic glasses(招待講演) (2008)
  • Author(s): T. Takeuchi, K. Soda, M. Hasegawa, U. Mizutani, H. Sato
  • Organizer: The sixth international bulk metallic glass conference
  • Place of Presentation: International conference center西安,中華人民共和国
  • Year and Date: 2008-05-15
• [Presentation] Electronic Structure and Stability of the Pd-Ni-Cu-P Metallic Glasses (2007)
  • Author(s): D. Fukamaki, T. Takeuchi, K. Soda, M. Hasegawa, U. Mizutani, H. Sato
  • Organizer: Materials Research Society, 2007 Fall meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Centerボストン,米国
  • Year and Date: 2007-12-27
• [Presentation] 電子構造解析による金属ガラス相安定化機構の解明 (2007)
  • Author(s): 竹内恒博、長谷川正、曽田一雄、佐藤洋一、水谷宇一郎
  • Organizer: 定領域研究「金属ガラスの材料科学」最終年度(平成19年度)全体報告会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
  • Year and Date: 2007-12-09
• [Presentation] Pd基金属ガラスの電子構造と相安定性 (2007)
  • Author(s): 深牧大介、竹内恒博、曽田一雄、長谷川正、水谷宇一郎、佐藤洋一
  • Organizer: 日本金属学会2007年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 岐阜大学
  • Year and Date: 2007-09-20
• [Presentation] Valence-Band Electronic Structure of Pd_xNi_<80-x>P_<20> Bulk Metallic Glasses (2007)
  • Author(s): K. Soda, S. Ota, H. Miyazaki, M. Inukai, M. Kato, S. Yagi, T. Takeuchi, M. Hasegawa, H. Sato, U. Mizutani
  • Organizer: 15th international conference on vacuum ultraviolet radiation physics (VUV15)
  • Place of Presentation: Concert Hallベルリン,ドイツ
  • Year and Date: 2007-08-02
• [Presentation] 電子構造解析による金属ガラス安定化機構の解明 (2007)
  • Author(s): 竹内恒博
  • Organizer: 特定領域研究『バルク金属ガラスの材料科学』2班5班合同研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2007-06-15