In-situ TEM observation of stress-induced martensitic phase transformation in tetragonal YSZ

四方 YSZ 中应力诱导马氏体相变的原位 TEM 观察

• 批准号: 21J14136
• 负责人: 中出 博暁
• 金额: $ 0.96万
• 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: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14136/
• 关键词: イットリア安定化ジルコニア; 相変態強化; 透過型電子顕微鏡; TEM内その場ナノインデンテーション

正方晶イットリア安定化ジルコニア(t-YSZ)はセラミックスの中では驚異的な高靭性を有するために種々の構造材料として実用に供されている材料である。この高靭性の起源は、正方晶から単斜晶への無拡散相変態による応力緩和およびエネルギー吸収によるものであると考えられているが、これを実際に直接観察した例はなく、その強化機構にはいまだに不明点が多いのが現状である。これは、t-YSZ自体の複雑な組織や微視的機械試験の困難さが原因である。本研究では、単結晶性のt-YSZを薄膜として作成し、これに対してTEM内ナノインデンテーション法を用いて応力を印加することで、その相変態過程を直接観察した。また、同時に荷重-変位曲線を取得することで機械特性を測定した。その結果、相変態に伴って荷重-変位曲線の傾きが鈍化したため、相変態によって応力集中が緩和することが示唆された。また相変態核生成箇所や相変態前後の正方晶-単斜晶格子の方位関係などを観察し、これらの結果に基づいて有限要素法シミュレーションを行ったところ、相変態を誘起する応力は特定方向の剪断応力であることが示唆された。その後更に印可荷重を増大させることにより、試料内に亀裂を導入して亀裂進展挙動を直接観察した。その結果、亀裂は正方晶-単斜晶界面に沿うように偏向され、特に格子不変変形として数十ナノメートル幅の双晶が形成されている領域では、亀裂が細かく蛇行する様が見られた。こういった特徴的な微視的亀裂進展挙動は、微小亀裂の進展に対する抵抗力としてはたらく可能性がある。

Tetragonal crystalline stabilized zirconia (t-YSZ) is a structural material with surprisingly high toughness and can be used in practical applications. The origin of this high toughness, tetragonal crystal, oblique crystal and non-dispersive phase change, stress relaxation, and absorption, as well as the actual direct observation of the case, the strengthening mechanism, and the unknown point. The reasons for the difficulty of mechanical test of Weishi app are as follows. In this study, the phase transition process of crystalline t-YSZ thin films was directly investigated by TEM. The mechanical characteristics of the load-displacement curve are measured simultaneously. As a result, the phase change is accompanied by a load-shift curve and a relaxation of the phase change force concentration. The orientation relationship between the tetragonal crystal lattice and the inclined crystal lattice before and after the phase change is observed. The results show that the shear force in a specific direction is induced by the finite element method. After the printing load is increased, the crack in the sample is introduced and the crack progress is directly observed. As a result, the square-single crystal interface is inclined along the direction of the crystal, and the lattice is not inclined along the direction of the crystal. Weishi app's crack progression is not stable, and the resistance to microcrack progression is not stable.

项目成果

Effect of annealing on grain growth and Y segregation behavior in tetragonal ZrO2 thin film

退火对四方ZrO2薄膜晶粒长大和Y偏析行为的影响

• DOI: 10.1111/jace.18217
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the American Ceramic Society
• 影响因子: 3.9
• 作者: Nakade Hiroaki;Tochigi Eita;Feng Bin;Ishikawa Ryo;Ohta Hiromichi;Shibata Naoya;Ikuhara Yuichi
• 通讯作者: Ikuhara Yuichi

Direct observation of martensitic phase transformation of yttria stabilized zirconia induced by crack propagation

直接观察裂纹扩展引起的氧化钇稳定氧化锆的马氏体相变

• 发表时间: 2021
• 作者: Hiroaki Nakade;Shun Kondo;Eita Tochigi;Feng Bin;Hiromichi Ohta;Naoya Shibata;Yuichi Ikuhara
• 通讯作者: Yuichi Ikuhara