STEM直接観察に基づいた粒界移動の原子論的メカニズムの解明

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて、セラミックス粒界移動過程における原子レベル直接観察を試みることにより粒界移動メカニズムの解明を目指す。当該年度はまずバイクリスタル法により、整合性が異なるアルミナ（Al2O3）粒界を系統的に作製した。一連の粒界を対象に、電子ビーム照射とSTEMを高度に融合した観察法を最適化し、粒界移動の直接観察を試みた。その結果、整合性の異なる粒界では異なる粒界移動挙動を示した。整合性の高いΣ7粒界において、粒界エッジにおける原子列が特定の方向に向かってシャッフルすることで、粒界の移動が発生する。この際、粒界は常にその構造ユニットを変化させながら移動することが観察された。一方整合性の低いΣ31粒界の移動過程において、その一部はΣ7粒界と同様に、粒界エッジ部分の原子が特定の方位にシャッフルすることで粒界移動が発生するが、粒界移動中に界面欠陥（disconnection）の形成も観察された。この際、移動前後で粒界構造は変化せず、移動した粒界と移動していない粒界の間にはdisconnectionが形成される。次にこのような粒界性格依存性の起源について探求した。本研究では粒界原子構造の幾何学から形成されうるdisconnectionのバーガスベクトルと相対エネルギー差を計算し、実験結果と比較した。その結果、disconnectionエネルギーが低い場合のみ、粒界移動中にdisconnectionが形成される。一方disconnectionエネルギーが高い場合、disconnectionが形成されず、原子カラムシャッフリングにより粒界構造が変化しながら移動することが明らかになった。