超塑性を示す超微細結晶粒材料の粒界原子構造と電子構造の研究

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本研究は超塑性現象を「構造」の立場から解析し、有用性の意図的獲得つまり設計の概念・手法を超塑性材料の開発に導入することを目的としている。具体的には、組織的共通項である“微細粒"を実現し、その材料について、電子顕微鏡による組織観察、電子線回折による方位関係の分布、高分解能電子顕微鏡による原子構造観察及び電子エネルギー損失分光法(EELS)による電子構造の解析を、主として結晶粒界に関して行った。材料はダイヤモンドである。ダイヤモンドは常識的には超塑性材料ではないが、超微細結晶粒が得やすく、EELSの測定と解釈が容易である点で、基礎研究に向いている。可塑ダイヤモンド創製への期待もある。数十ナノメートルレベルの超微細粒多結晶ダイヤモンドを、MOCVD法を改良することによって、作成することが出来た。組織は、ミクロンレベルの結晶が更に数十ナノメートルの結晶粒よりなる二重構造をなしている。粒界はΣ3CSLが最も多く、Σ9、Σ27がこれに続く。通称ランダム粒界は少ない。各粒界の滑り易さの目安となる結合のタイプと強さを、EELSによって調べたところ、規則粒界であっても3配位原子は、ダイヤモンドの硬さのもとであるσ結合ではなく、π結合によって周囲と結ばれていることが判明した。ダングリングボンドとしてエネルギーを上げてしまうSiやGeとはこの点が異なる。π結合の数は粒界の種類によって異なった。これは、グラファイトが滑りやすいことから想像できるように、σ結合とπ結合のバランスを、それぞれの粒界で案配することが出来れば、可塑ダイヤモンドが不可能でないことを示唆している。