金属ガラスの過冷却状態からの結晶化のその場電子顕微鏡観察

金属玻璃过冷态结晶的原位电子显微镜观察

基本信息

批准号：
15074218
负责人：
今野豊彦
金额：
$ 25.98万
依托单位：
Tohoku University (2006-2007)Osaka Prefecture University (2003-2005)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15074218/
关键词：
金属ガラス結晶化挙動その場電子顕微鏡観察陽電子消滅アモルファス構造緩和透過電子顕微鏡自由体積その場観察アモルファス金属透過型電子顕微鏡熱分析準安定相 Ti-C系高分解能電子顕微鏡 2次再結晶

项目摘要

金属ガラスの昇温過程において生じる均一・不均一な変化を高分解能分析電子顕微鏡のその場観察と陽電子消滅による自由体積の変化を観察することで明らかにし、平衡相へ至るまでの変態のシークエンスを熱力学的・速度論的に明らかにすることが本研究の目的である。試料は傾角鋳造法で作成されたZr_<50>Cu_<40>Al_<10>金属ガラスを用いた。昇温速度40K/secで観測されたTgは約700Kである。この試料を473および673Kで等温保持したときの密度変化ならびに陽電子寿命変化はよい相関を示し、陽電子が自由体積近傍で消滅すること、また構造緩和に伴う自由体積の減少がその寿命に直接影響していることがわかった。またこの温度範囲では焼鈍温度が200Kも異なるにもかかわらずほぼ100sec後に自由体積の減少が起っている。これは内部摩擦法により測定されたこの温度領域における物質移動の活性化エネルギーが0.15eVと非常に低いことに対応している。一方、結晶化過程に関してはこのようにZr_<50>Cu_<40>Al_<10>金属ガラスの結晶化はスフェルライトと一般に呼ばれる球状の結晶相がCuを掃き出しながら成長することにより起こった。スフェルライトを構成する結晶相は斜方晶系(考えられる空間群:Pc2m,Pcm2_1,Pcmm)であるが、結晶化温度によってモフォロジーが大きく異なり、これは金属ガラス中の原子の易動度を反映しているものと思われる。さらに熱分析法によりガラス転位に要する活性化エネルギーを測定した。昇温速度を変えることによって求められた活性化エネルギーは5.22eVであり、これはガラス転移には数個の原子が同時に動くことが必要であることを示す。また恒温保持によるエンタルピー緩和量も測定した。緩和のキネティクスを示唆する拡張指数は0.5-0.6の間にあり、これは緩和過程に分布があることを示している。

这项研究的目的是阐明金属玻璃温度升高的均匀和不均匀变化，通过原位观察到高分辨率分析电子显微镜以及由于正电子歼灭而引起的自由体积变化，并阐明导致平衡相热动力学和动力学的转化序列。样品由Zr_ <50> Cu_ <40> Al_ <10>金属玻璃制成，该玻璃是通过倾斜铸造方法制备的。以40k/sec的温度升高观察到的TG约为700K。当将样品保持在473和673K处的等温线时，密度和正电子寿命会发生变化，表明正电子在自由体积附近消失，并且由于结构放松而导致的自由体积减少直接影响其寿命。此外，尽管退火温度在此温度范围内差200k，但自由体积却降低了近100秒。这对应于在0.15EV的内部摩擦方法测量的该温度范围内传质的非常低的激活能。另一方面，关于结晶过程，Zr_ <50> Cu_ <40> Al_ <10>金属玻璃的结晶是由球体结晶相的生长（通常称为Spherlite）的生长引起的，同时扫除Cu。构成sferrite的晶体相位是原晶（可能的空间组：PC2M，PCM2_1，PCMMM），但是形态的不同取决于结晶温度，这似乎反映了金属玻璃中原子的迁移率。此外，通过热分析测量了玻璃过渡所需的激活能。通过改变温度升高速率确定的激活能为5.22 eV，表明几个原子必须同时移动玻璃转变。还测量了由恒温引起的焓弛豫量。暗示放松动力学的扩展指数在0.5-0.6之间，表明松弛过程中存在分布。