電子線照射誘起結晶化による金属ガラスのナノ複合材料設計

电子束辐照诱导结晶金属玻璃纳米复合材料设计

基本信息

批准号：
06F06156
负责人：
馬越佑吉
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

金属アモルファス・金属ガラスは結晶粒界や転位を含まない均一構造であるため、結晶化における核生成・成長を制御することにより、ナノ結晶粗織を得ることができる。電子線照射法は、金属ガラス中の構成元素の電子線はじき出し効果を利用して自由体積を導入することが可能であり、この現象を利用することでナノ結晶化を達成する事ができる。さらに、金属ガラス中への自由体積導入が電子顕微鏡内で行われるため、金属ガラスのナノ結晶化過程の電顕その場観察およびナノ結晶のその場構造解析が可能となる。本研究では、Fe-BおよびFe-Ni-B金属ガラスに電子線照射を行い、電子線照射誘起ナノ結晶化で形成されるナノ結晶組織の組織観察および構造解析を行い、Fe系ナノ結晶の結晶構造安定性について調べた。Fe-BおよびFe-Ni-B金属ガラスともに、電子線照射下においてそのガラス構造を安定に維持する事ができず、ナノ結晶化した。析出ナノ結晶の構造は、b.c.c.構造であり、その相選択に照射温度依存性は認められなかった。また、金属ガラスと金属結晶間には大きな体積差が存在するため、金属ガラス中に分散する金属結晶には大きなひずみが蓄積される事になる。ナノ結晶の相安定性について、電子線照射実験の結果および過去の報告例をもとに、熱力学および上記ひずみの観点から理論的に議論した。その結果、ナノ結晶におけf.c.c.-b.c.c.構造の相安定性は、ナノ結晶の結晶粒径に依存して変化すると推察された。

由于金属非晶/金属玻璃具有均匀的结构，没有晶界或位错，因此可以通过控制结晶过程中的成核和生长来获得粗大的纳米晶结构。在电子束照射法中，能够利用金属玻璃中的构成元素的电子束排斥效应而导入自由体积，利用该现象能够实现纳米结晶化。此外，由于在电子显微镜内将自由体积引入到金属玻璃中，因此可以对金属玻璃的纳米晶化过程进行原位电子显微镜观察以及纳米晶体的原位结构分析。本研究对Fe-B和Fe-Ni-B金属玻璃进行电子束辐照，观察电子束辐照诱导纳米晶化形成的纳米晶结构，并对其晶体结构稳定性进行结构分析。 Fe-B和Fe-Ni-B金属玻璃在电子束辐照下都不能稳定地保持其玻璃结构并变得纳米晶化。析出的纳米晶体的结构是b.c.c.结构，并且在相选择中没有观察到对照射温度的依赖性。另外，由于金属玻璃与金属晶体之间的体积差较大，因此在金属玻璃中分散的金属晶体中蓄积有较大的应变。基于电子束辐照实验的结果和以往的报道，从热力学和上述应变的角度对纳米晶体的相稳定性进行了理论上的讨论。结果，推断纳米晶体中的f.c.c.-b.c.c结构的相稳定性根据纳米晶体的晶粒尺寸而变化。