メタル・セラミックス界面の理論と機能設計に関する研究

金属陶瓷界面理论与功能设计研究

基本信息

批准号：
01647507
负责人：
山本良一
金额：
$ 0.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1989
资助国家：
日本
起止时间：
1989 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

セラミックスの各種特性の改善のためには、結晶粒界の微視的構造や性質の原子・電子レベルでの理解が必要である。特にSiC等の共有結合セラミックスの粒界については電子構造の解明が不可欠である。そこで、β-SiC中のΣ=9{221}粒界に関し、セルフコンシステント強結合近似電子論により粒界エネルギ-、安定原子配列、界面電子構造の理論計算を行った。その結果、5員環、7員環の構造ユニットは安定に存在しうること、同種原子の結合が存在するため、粒界エネルギ-の大半をク-ロンエネルギ-が占めること、バンドギャップ中に深い準位が存在しないことが明らかになった。従って、SiCの場合ギャップ中の深い準位を持たない粒界の存在の可能性があると言える。また、セラミックスと金属の異相界面の微視的な理解のために、α-Al_2O_3(0001)面に4d遷移金属(Zr,Nb,Mo,Ru,Pd)が積層したモデル構造を想定し、界面の2次元バンド計算を強結合近似電子論により行った。但し、界面では表面酸素原子の非結合p軌道と遷移金属原子のd軌道との相互作用による共有結合と、イオン結合とを併せ持つ結合が生じていることが明らかになり、p-d混成の程度が原子レベルでの結合を支配していることが解った。更に、破壊の素過程の原子レベルでの取り扱いも重要であるため、β-SiC中のクラック進展の分子動力学法による計算機シミュレ-ションのプログラムを開発した。原子に作用する力は経験的多体原子間ポテンシャルを用いて求めている。本プログラムを用いれば、引っ張りと緩和を繰り返すことにより、クラック進展の全記録が得られる。

为了改善陶瓷的各种特性，必须了解原子和电子水平上晶界的微观结构和特性。特别是，必须阐明共价陶瓷（例如SIC）的晶界的电子结构。因此，使用自谐耦合的近似电子理论，在β-SIC中的σ= 9 {221}晶界对晶界能，稳定的原子排列和界面电子结构的理论计算进行了计算。结果，据揭示了五元和七元环的结构单位可以稳定存在，并且由于存在同源物的键，crulon Energy占了大部分晶界能量，并且在频带间隙中不存在深层水平。因此，可以说，在SIC的情况下，存在一个晶界没有深度的差异。 Furthermore, for a microscopic understanding of the heterophase interface between ceramics and metals, we assumed a model structure in which 4d transition metals (Zr, Nb, Mo, Ru, Pd) were stacked on the α-Al_2O_3(0001) plane, and two-dimensional band calculations of the interface were performed using strong-coupled approximate electron theory.然而，据显示，在界面上，由于表面氧原子的未结合P-轨道之间的相互作用与过渡金属原子的D-轨道之间的相互作用以及离子键的发生，并且P-D杂交的程度决定原子层的键。此外，由于在原子水平上处理裂缝的基本过程也很重要，因此我们使用分子动力学方法开发了一个用于计算机模拟的程序，用于β-SIC中的裂纹开发。作用于原子的力是使用经验性原子间电位确定的。使用此程序，重复拉力和放松可以提供裂纹开发的完整记录。