Achievement of high toughened metallic glass with single amorphous phase through designing of anisotropy of random structure

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これまでの研究で、Zr系金属ガラスロッド試料を水平面より24°傾けて治具にクランプし、それを過冷却液体温度域まで加熱後、下側の治具のみを液体窒素を用いて間接的に急冷することで、金属ガラス内にガラス状態の傾斜を形成することを試みてきた。熱処理後の試料の比熱測定ならびにインデンテーション試験結果から、当手法を通じて1試料内にガラス状態傾斜が形成されていることが明らかとなった。前年度までの結果を踏まえて、本年度ではまずその傾斜形成メカニズムについて検討を行った。試料自身の熱伝導率が傾斜形成に重要な要素であると考え、Zr系金属ガラスの熱伝導率を測定したところ、通常の金属より低いことが明らかとなった。その値は他の金属ガラスの報告例と同程度であったことから、Zr系のみならず、他の金属ガラスにおいても当手法を用いたガラス状態傾斜形成が可能であることが示唆された。また、当熱処理は真空下で行っており、試料を治具にクランプする際、治具間に100μm程度の隙間をあけて試料をセットしている。そうすることで真空間や熱伝導率が高い治具間において熱の移動が遮断され、熱伝導率の低い金属ガラス試料内を熱が移動することを通じて、加熱・冷却時に1試料内に温度傾斜が形成される。そのことがガラス状態傾斜につながったものと考えられた。本年度はまた、傾斜を形成した試料の圧縮試験を行った。急冷側と徐冷側にひずみゲージを貼り圧縮試験時のひずみを測定した結果、それらの間で挙動が異なることが明らかとなった。傾斜形成メカニズムの解明を通じて、今後より自由にガラス状態傾斜が形成可能となり、またガラス状態に応じて機械的特性が異なることが示されたことで、当手法を通じた機械的特性のデザイン可能性が強く示唆され、重要な知見が得られている。