原子レベルからみたセラミックス粒界ガラス相の破壊挙動

从原子水平观察陶瓷晶界玻璃相的断裂行为

基本信息

批准号：
01647510
负责人：
平尾一之
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Kyoto University
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

セラミックスの破壊強度は雰囲気の影響を大きく受ける。この効果はガラス相が粒界相に存在する場合、顕著であってガラス相の水分による応力腐食がクラック進展の主因であるとも、いわれている。このようなガラスの破壊挙動を調べるために、従来の弾性体モデルではなく、化学結合を考慮した原子や分子レベルからの破壊挙動のモデルをまず組み立てた。具体的には結晶化しやすいガラスとして高アルカリ含有のホウ酸塩やケイ酸塩ガラス、粒界にガラス相を多く含む窒化ケイ素、人工骨セラミックスであるアパタイトなどを選び、安定破壊をおこさせ、その塑性変形挙動を調べ、モデル化すると共にクラック先端での観察をTEMやコンピュ-タシミュレ-ションで行い破壊のメカニズムを原子レベルで調べた。コンピュ-タシミュレ-ションは分子動力学法を用いて行った。所定の組成のガラスを約千個ほどの原子を用いて基本セル内に作成し、2軸方向(xy表面)だけ境界条件をはずし自由表面にしたものをx軸とy軸方向から2軸圧縮応力や引っ張り応力をかけた。応力をかける温度は400℃と1500℃で応力にともなう原子の拡散や内部応力の変化を求めた。その結果を以下に示す。(1)ガラスの温度を1500℃まで上げ、融液状態にしたあとX軸Y軸のスケ-ルを20%減少させることにより2軸圧縮応力をかけた。応力をかけた瞬間、内部応力は非常に高くなるが、Z軸方向の応力は4PSで、X軸方向の応力は15PSで原子の移動に伴い応力が緩和していくことがわかった。(2)400℃では固体的な挙動を示した。応力印加後、5PSで内部応力が急激に減少し、塑性変形のような挙動がみられた。しかし、未だ内部応力が大きいにもかかわらず、Siや酸素の拡散は少なく、15PSからは殆ど移動はみられないことから考えてケイ酸塩ガラスは塑性変形しにくい。

陶瓷的破裂强度受到大气的严重影响。当玻璃相存在于晶界相中时，这种效果很明显，据说玻璃相中的水分引起的应力腐蚀是裂纹发育的主要原因。为了研究此类眼镜的断裂行为，而不是常规的弹性人体模型，我们首先考虑了考虑化学键的原子和分子水平的断裂行为模型。具体而言，我们选择了高度碱性硼酸盐和硅酸盐玻璃，氮化硅在晶界处包含大量玻璃相，而人造骨陶瓷的磷灰石会导致稳定的裂缝，检查塑性变形行为，并在裂纹尖端或计算机模拟下进行裂纹或计算机模拟，以调查fracter fractir fract fract eats artom pats artom art artom artos artom art artom satom art artom cat artom satom cat artom satem satom。使用分子动力学进行计算机模拟。在基本细胞中使用大约成千上万个原子在基本细胞中产生了玻璃，并在双轴方向（XY表面）中去除边界条件，并将自由表面施加到X轴和Y轴方向的双轴压缩或拉伸应力上。施加应力的温度为400°C和1500°C，并且确定了由于应力和内部应力变化而导致的原子的扩散。结果如下所示。（1）将玻璃温度升至1500°C，在熔融状态后，X轴Y轴的尺度降低了20％，从而施加了双轴压力。施加力矩应力，内部应力变得极高，但是z轴方向的应力为4ps，X轴方向的应力为15PS，并且随着原子的移动，应力松弛。（2）在400°C下表现出固体行为。应用应力后，内部应力在5PS下突然减少，并且观察到类似于塑性变形的行为。然而，尽管内部应力很大，但Si和氧气的扩散很少，而15PS的运动很少，因此硅酸盐玻璃塑料变形的可能性较小。