高分解能電子顕微鏡法による超塑性合金およびセラミックスの粒界構造の研究

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1.目的:セラミックスとAl合金の複合材料は高速超塑性特性を示すことが知られており、粒界および異相界面における部分液相化がその原因と考えられてきた。本研究では、セラミックスとAlマトリックスの界面の構造に注目して、その微細構造と超塑性特性との関連を明らかにすることを目的とした。2.実験方法:焼結材、押し出し材、引っ張り試験材の各種試料について、セラミックス/Al-合金界面に注目して、高分解能電子顕微鏡および分析電子顕微鏡で調べた。3.結論:β-Si_3N_4結晶とAlマトリックスの界面の反応は、Al中の添加物として存在するMgの界面への偏析によって生じる。この反応は最初、β-Si_3N_4結晶表面のSiO_2膜から起こり、その後β-Si_3N_4結晶中へと広がる。その結果生じた反応相はMgとSiに富んだAl固溶相である。また、引っ張り試験温度で起きる反応相の部分的な溶解は、β-Si_3N_4結晶との反応(反応相の成長)を促進する。この反応相は、β-Si_3N_4結晶とエピタキシャルの関係をもって成長し、ファセット面をもってAlマトリックスと接している。このモルフォロジーとMg,Siの組成の偏析から、反応相は液相から成長したと言える。以上の結果から、超塑性は、Si_3N_4結晶とAlマトリックスの界面反応よって作られたMg,Siに富む界面反応層の、引っ張り試験温度での部分溶解に起因すると結論できる。この界面における部分溶解は、引っ張り試験時の界面での応力集中の緩和、キャビティーの発生の抑制を担っていると考えられる。