組織の超微細化による複合材を含む材料のハイブリット化と界面制御

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構造用先端材料の開発においては、力学的特性を向上させることがまず第一に重要である。本研究では、その向上のための手法として現在最も注目されている組織の超微細化に焦点を合わせて、その実験的検討を超高圧電子顕微鏡法を用いて行った。具体的には2300Kまで加熱可能な高温ステ-ジを備えた超高圧電顕を用いて、αーAl_2O_3(アルミナ)とHfO_2(ハフニア)の焼結過程をその場観察した。得られた結果は以下のようにまとめられる。約1800Kまでの温度では、Al_2O_3粒の焼結の進行に伴いHfO_2はその表面を移動して互いに合体する。そのため、Al_2O_3粒間のギャップはHfO_2粒により埋められ、気孔の発生やAl_2O_3粒自身の粒界移動が抑制される。試料温度が1850K付近になると、Al_2O_3の粒界移動が活発となり、Al_2O_3粒界上のHfO_2粒はAl_2O_3粒内に閉じ込められる。共晶温度(2163K)近くになると、HfO_2のAl_2O_3粒への固溶が顕著となる。1800K以上の高温で生ずるαーAl_2O_3粒とHfO_2粒の焼結過程を電子顕微鏡による直接観察によって解明したのはこれが初めてである。本研究により、αーAl_2O_3粒とHfO_2粒の焼結プロセスが解明された。ここで得られた知見より、この系で微細な組織を得るためには、焼結はAl_2O_3の粒界移動が活発となる1850K以下で行う必要がある上に、HfO_2を均一に分散させることが重要であることが判明した。