放射線照射セラミックスの力学的性質発現機構と点欠陥挙動

辐射陶瓷的力学性能表达机制及点缺陷行为

基本信息

批准号：
11750615
负责人：
安田和弘
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

イオンおよび電子を同時または単独で照射したマグネシア・アルミネート・スピネル,アルファ・アルミナ,イットリア安定化ジルコニアに照射し,転位ループおよびボイド等の欠陥集合体の形成過程を透過電子顕微鏡で調べた.さらに超微小硬度試験を行い,照射表面層の力学的性質を調べた。(1)アルファ・アルミナおよびマグネシア・アルミネート・スピネルの照射硬化のHeイオン照射量依存性が全く異なることを見いだした.アルミナの照射硬化量-照射量曲線は,3つのステージに分けられ,5x10^<19>He^+/m^2以下の低照射量に於いて最も著しい照射硬化を示した.これに対しスピネルの硬化量は,照射量の増加に伴って単調にしかも緩やかに増加し,1x10^<20>He^+/m^2以上の照射量で一定値を示した.照射硬化の機構を荷重-押し込み深さ曲線の解析から考察し,欠陥集合体よりも点欠陥または電子顕微鏡では'見えない微小点欠陥集合体'の寄与が支配的であることを示した.(2)アルファ・アルミナおよびマグネシア・アルミネート・スピネルにイオンと電子を重畳照射しながら,照射欠陥集合体の形成過程を電子顕微鏡内で「その場」観察した.電子励起と格子励起(はじき出し損傷および非熱的拡散)の相乗効果により酸化物セラミックス中の点欠陥挙動が大きく影響を受けることを実験的に示すと共に,その機構を提案した.すなわち、イオン照射により核形成される微小格子間原子集合体は低エネルギー電子照射に対して不安定であり、孤立した格子間原子に分解することを明らかにした。また、イオン単独照射下では優れた耐照射損傷性を示す安定化ジルコニアに,イオン照射後に電子を重畳照射すると異常なほど大きな欠陥集合体が形成することを見いだした.この形成機構を酸素イオンと陽イオン(ZrおよびYイオン)のはじき出し損傷速度の違いから説明するモデルを提案した。さらに欠陥集合体形成過程に及ぼす電荷蓄積効果の重要性を指摘した.

通过透射式氧化氧化锆同时或单独使用铝制尖晶石，α氧化铝和Yttria稳定氧化锆进行辐照或单独辐照电子，并通过透射电子显微镜检查缺陷组件（例如位错环和空隙）的缺陷组件。此外，进行了超微小测试，以检查辐照表面层的机械性能。（1）我们发现铝氧化铝和氧化透明尖晶石的辐照固化在HE离子辐射量的依赖性上完全不同。将氧化铝的辐照量 - 辐照量曲线分为三个阶段，显示在低照射量为5x10^<19> He^+/m^2时最显着的辐照固化。相反，尖晶石的固化量随着辐射量增加而单调和缓慢增加，并在照射量为1x10^<20> He^+/m^2时显示出恒定值。从负载深度曲线的分析中检查了辐照固化的机制，而与缺陷相比，点缺陷或电子显微镜看不到。我们已经表明，微点缺陷组件的贡献是主要的。（2）在电子显微镜中“原位”观察到辐照缺陷组件的形成过程，同时在α氧化铝和氧化铝上辐照铝薄尖晶石上的离子和电子。我们通过实验表明，电子激发和晶格激发（驱虫损伤和非热扩散）的协同作用极大地影响了氧化陶瓷中点缺陷的行为，并提出了该机制。换句话说，据透露，通过离子照射成核的间质原子组装对低能电子辐照不稳定，并将其分解为孤立的间质原子。我们还发现，仅在离子下，稳定的氧化锆表现出极好的损伤性，在离子辐照后叠加电子时会形成异常大的缺陷组件。我们提出了一个模型，该模型根据氧离子和阳离子（Zr和y离子）的损伤率差异解释了这种形成机制。此外，指出了电荷积累效应对缺陷组件形成的重要性。