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

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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.