セラミックス界面における原子ダイナミクスに関する研究

陶瓷界面原子动力学研究

基本信息

批准号：
08J11088
负责人：
中川翼
金额：
$ 1.54万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、セラミックス中の拡散をキーワードとして、材料中の主成分元素の拡散である自己拡散、材料に機能を賦活させる添加元素の拡散に関して研究を進めている。当該年度は、主に米国ケースウエスタンリザーブ大学にて<18>^O、<26>^Alを用いたアルミナ中の自己拡散の包括的な研究を行った。申請者は昨年度中に、量やフォーム(総量0.13mg,<26>^AlCl_3の塩酸水溶液)の限られている<26>^Alソースを用いて効果的、安全に行うために実験プロトコルの作成や実験設備を立ち上げ、その結果、拡散測定を行うのに十分な濃度の<26>Alを試料表面中に塗布すること、酸素との分離が難しい塩素を効果的に除去することに成功した。本年度は、この手法を用いて、アルミナセラミックスにおいてほとんど研究されてこなかったカチオンの自己拡散挙動を、アニオンの自己拡散挙動とともに正確に測定した。その結果、アルミナ中のアルミニウムの自己拡散係数は酸素のそれと比べて非常に大きいことが明らかとなった。また、アルミニウムおよび酸素の拡散係数はMg(2価)やTi(4価)を添加した試料でもほとんど変化せず、価数の異なる不純物に対する内因性欠陥濃度の緩衝作用は、理論計算において指摘されているよりも強いことが明らかとなった。本研究の成果は論文を作成中である。また、<18>^O拡散に関してはTOF-SIMSを用いた粒界拡散の3次元イメージングを用いて、各単一の粒界におけるSEM、EDS、OIMで得られた粒界の構造的な特徴と拡散挙動の関連性を明らかにすることに成功した。さらに、LEAP(局所電界型アトムプローブ)による原子分解能での<18>^Oの分布測定にも成功した。

本研究以陶瓷中的扩散为关键词，对自扩散进行研究，自扩散是材料中主要成分元素的扩散，以及激活材料功能的添加元素的扩散。今年，我们主要在美国凯斯西储大学利用<18>^O和<26>^Al对氧化铝中的自扩散进行了综合研究。去年，申请人创建了有效且安全地使用26^Al源的实验方案，其数量和形式受到限制(总量0.13mg，盐酸水溶液中的26^AlCl_3)。结果，他们能够以足以进行扩散测量的浓度用26 Al涂覆样品表面，并且能够有效地去除难以与氧分离的氯。今年，我们使用这种方法精确测量了在氧化铝陶瓷中几乎没有研究过的阳离子的自扩散行为以及阴离子的自扩散行为。结果表明，铝在氧化铝中的自扩散系数远大于氧的自扩散系数。此外，即使在添加Mg（二价）或Ti（四价）的样品中，铝和氧的扩散系数也几乎没有变化，并且在理论计算中已经指出了本征缺陷浓度对不同价态杂质的缓冲作用。事实证明，它比原来更强大。这项研究的结果目前正在被写入论文中。关于<18>^O扩散，我们使用TOF-SIMS进行晶界扩散的三维成像，并通过SEM、EDS和OIM分析了每个单一晶界处的晶界结构特征，我们成功地阐明了该晶界。这与扩散行为之间的关系。此外，我们使用LEAP（局域电场原子探针）成功测量了原子分辨率的<18>^O分布。