セラミックス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

陶瓷材料晶体缺陷结构及缺陷区域原子动力学研究

基本信息

批准号：
05J11745
负责人：
中川翼
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

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。本研究では、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の、トレーサーを用いた観察実験による定量的な評価を行っている。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における拡散挙動を、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。今年度は、本研究の取り纏めとして、得られたデータを整理し、拡散挙動と欠陥構造との相関性の定量的な評価手法の開発を主に行った。これまでに本研究のテーマの一部として、粒界の相対的な方位関係(粒界性格)に起因した原子構造の違いによる粒界拡散挙動の変化、粒界に偏析することで粒界拡散を抑制すると考えられているイットリウムの添加効果について着目した研究を行ってきているが、今回の詳細な解析の結果、粒界性格に対する拡散挙動の依存性も添加物による拡散抑制効果も、粒界に存在する結合欠損の密度というパラメータで整理できる、つまり粒界における結合欠損が多いほど粒界拡散が速くなり、イットリウムの効果は酸素との強い結合によって結合欠損を回復することに起因していると考えられることが明らかとなった。

高温结构材料中的原子扩散作为高温下材料行为（例如蠕变、晶粒生长和烧结）的基本过程非常重要。其中，高维晶格缺陷的快速扩散行为尤为重要，但其难以定量评估且缺陷结构极其复杂，因此迄今为止仅进行了定性评估，一直被视为黑箱就在这里。在本研究中，我们通过使用示踪剂的观察实验来定量评估晶界和位错等高维晶格缺陷中原子的扩散行为。这项研究的特点是，我们利用双晶样品和高温变形样品，利用我们的专业知识来研究晶界和位错处的扩散行为，由于晶界和位错的结构极其复杂，因此通常很难对其进行定量评估。采用示踪法直接定量评价。因此，可以评估晶界和位错处的扩散行为与其各自原子结构的关系。今年，作为本研究的总结，我们整理了获得的数据，主要开发了扩散行为与缺陷结构相关性的定量评价方法。到目前为止，本研究的一些主题包括由于晶界相对取向关系（晶界特性）引起的原子结构差异而导致的晶界扩散行为的变化，以及由于晶界偏析而导致的晶界扩散。我们一直在研究添加钇的效果，认为钇可以抑制晶界特性。扩散行为的依赖性和添加剂的扩散抑制效果都可以通过晶界处的键合缺陷密度这个参数来分类。换句话说，晶界处的键合缺陷越多，扩散速度就越快。发生晶界扩散，钇的效果已明确，这被认为是由于与氧的强结合而恢复了结合缺陷。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Oxygen diffusion blocking of single grain boundary in yttria-doped zirconia bicrystals

氧化钇掺杂氧化锆双晶单晶界的氧扩散阻挡

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 40・12
影响因子：
0
作者：
T.Nakagawa;I.Sakaguchi;N.Shibata;K.Matsunaga;T.Yamamoto;H.Haneda;Y.Ikuhara
通讯作者：
Y.Ikuhara

Direct measurement of grain boundary diffusivity in a-A1203

直接测量a-A1203中的晶界扩散率

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
T.Nakagawa;I.Sakaguchi;N.Shibata;K.Matsunaga;T.Mizoguchi;T.Yamamoto;H.Haneda and Y.Ikuhara
通讯作者：
H.Haneda and Y.Ikuhara

Bicrystal study on grain boundary structures and diffusion properties of A1203

A1203晶界结构和扩散特性的双晶研究

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
T.Nakagawa;I.Sakaguchi;N.Shibata;K.Matsunaga;T.Mizoguchi;T.Yamamoto;N.Ohashi;H.Haneda and Y.Ikuhara
通讯作者：
H.Haneda and Y.Ikuhara

Detecting Real Oxygen Ions in Polycrystalline Diamond Thin Film using Secondary

使用二次检测多晶金刚石薄膜中的真实氧离子