金属ガラスにおける原子の拡散と熱的安定性の解明

金属玻璃中原子扩散和热稳定性的阐明

• 批准号: 16039203
• 负责人: 山崎 仁丈
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: Tohoku University
• 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: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16039203/
• 关键词: バルク金属ガラス; 自己拡散; 熱的安定性; 放射性トレーサー; スパッタマイクロセクショニング; 拡散機構; Pd基

究極的に安定な金属ガラスとは原子の移動が非常に困難なものをさす。このため金属ガラスにおける熱安定性の議論には熱平衡的な取り扱いのみならず速度論的な取り扱いが不可欠である。本研究では金属ガラスを構成する元素の移動速度(拡散係数)、同位元素効果および示差走査熱量計による熱量測定などをできる限り総合的に取り扱い、金属ガラスにおける原子の移動現象を解明し、金属ガラスにおける原子の拡散と熱的安定性に関する材料科学を構築することを目的とした。この目的を達成するため、具体的にはPd-Cu-Ni-P金属ガラスの構成元素であるCuおよびPの拡散データを蓄積し、速度論の立場から金属ガラスの熱的安定性を議論する。本研究では、世界で市販されていない放射性同位元素(^<67>Cu)を加速器を用いて製造することにより、他の研究グループが実行困難な拡散研究を行うことが可能になった。実験を行った結果、Pd-Cu-Ni-P金属ガラスにおけるPの拡散係数はCuのものより2桁小さいことを見いだした。また、この著しく遅いPの拡散はPの周りの局所的な化学結合によることを示唆しており、Pd基金属ガラスの熱的安定性を理解する上で重要な知見を見いだした。また、Pd-Cu-Ni-P金属ガラスにおけるCuの拡散には速い拡散と遅い拡散があり、その拡散係数の差はガラス転移温度近傍において1桁にも達することを発見した。また、拡散の活性化エネルギーは速いものと遅いものでは100kJmol^<-1>以上異なることがわかった。これはPd基金属ガラス中のCuの拡散経路は二つあることを示唆している。

最终稳定的金属玻璃是一种原子运动极其困难的金属玻璃。因此，在讨论金属玻璃的热稳定性时，不仅要考虑热平衡，还要考虑动力学。在本研究中，我们将使用差示扫描量热计综合处理构成金属玻璃的元素的迁移速度（扩散系数）、同位素效应和量热学，并阐明金属玻璃中的原子迁移现象，目的是建立材料科学。原子扩散和热稳定性为了实现这一目标，我们将专门积累Pd-Cu-Ni-P金属玻璃的组成元素Cu和P的扩散数据，并从动力学的角度讨论金属玻璃的热稳定性。在这项研究中，通过使用加速器来生产世界上无法商业化的放射性同位素(^ 67 Cu)，使得进行其他研究小组难以进行的扩散研究成为可能。实验结果发现，P在Pd-Cu-Ni-P金属玻璃中的扩散系数比Cu小两个数量级。结果还表明，这种极其缓慢的 P 扩散是由于 P 周围的局部化学键造成的，这是了解 Pd 基金属玻璃热稳定性的重要发现。我们还发现Pd-Cu-Ni-P金属玻璃中的Cu扩散有快扩散和慢扩散两种类型，且扩散系数差异在玻璃化温度附近达到一个数量级。还发现快速和慢速扩散的活化能相差超过100kJmol^-1。这表明Cu在Pd基金属玻璃中存在两条扩散路径。

项目成果

Self-diffusion of P in Pd-Cu-Ni-P bulk metallic glass

Pd-Cu-Ni-P块体金属玻璃中P的自扩散

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of The 1^<st> International Conference on Diffusion in Solids and Liquids
• 作者: D.Y.Kim;S.Kimura 他8名;Hiroaki Koga;Mineo Saito;S.Kimura 他8名;Y.Yamazaki
• 通讯作者: Y.Yamazaki