セラミックス粒界の局在量子構造

陶瓷晶界的局域量子结构

• 批准号: 12130202
• 负责人: 山本 剛久
• 金额: $ 59.78万
• 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: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12130202/
• 关键词: 局在量子構造; 粒界; 電子状態; 双結晶; 高分解能観察; アルミナ; ジルコニア; チタン酸ストロンチウム; 高温強度; 粒界構造; 高分解能像; 酸化亜鉛; クリープ特性; HRTEM; 粒界電気特性; セラミック; 量子状態; 微細構造; 電子顕微鏡; 粒界すべり; 点欠陥; 粒界電気的特性; セラミックス; 局所量子構造; 結晶粒界; 力学的特性; 電気的特性

種々のセラミック材料の機能特性は、粒界原子構造に基づいて形成される粒界局在量子構造と密接に関係する。本研究では、構造用セラミックスであるアルミナやジルコニア、また、機能性セラミックであるチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化亜鉛(ZnO)などの双結晶を作製し、粒界原子構造・電子状態と機械的・電気的特性との相関性を系統的に調べ、粒界量子構造設計に関する設計指針を構築することを目的とした。構造材については、アルミナ双結晶において極微量のイットリウム添加により高温粒界すべりが大きく抑制されることが見出された。粒界における電子状態分析を行ったところ、添加されたイットリウムが粒界における共有結合性を向上させていることが明らかとなり、添加剤による粒界電子状態制御により高温機械的特性を調整できることを突き止めた。ジルコニアにおいては主に小角粒界において形成される粒界転位構造を調べた。その結果、安定化材として添加されているイットリウムは粒界転位へ偏析し、その結果、粒界がファセット状となることが見出された、このファセット形成は高温での粒界強度と密接に関係することが分かった。一方、電子材料においては粒界転位の組織を厳密に制御することにより特異な電気特性が発現することが見出された。これは、ある傾角において転位配列が特殊な構造をとるためであり、粒界部に形成される高い応力場により粒界近傍への陽イオン空孔の集積が顕著となるためであると考えられる。ZnOについては粒界静電ポテンシャル障壁の障壁高さが粒界に偏析したPr量に依存して変化し、偏析量が多いほど高い障壁が形成されることが明らかとなった。

Kind of 々 の セ ラ ミ ッ ク material の function features は, LiJie atomic structure に づ い て form さ れ る LiJie bureau in quantum structure と contact に masato is す る. This study で は, structure with セ ラ ミ ッ ク ス で あ る ア ル ミ ナ や ジ ル コ ニ ア, ま た, functional セ ラ ミ ッ ク で あ る チ タ ン acid ス ト ロ ン チ ウ ム (SrTiO3), acidification 亜 lead (ZnO) な ど の し the double crystal を cropping, LiJie atomic structure, と mechanical electronic state, the characteristics of electric 気 と の masato を system of に べ, LiJie quantity Substructure design に related する design pointer を construction する <s:1> とを とを purpose と と た. Construction に つ い て は, ア ル ミ ナ double crystallization に お い て trace amounts の イ ッ ト リ ウ ム add に よ り high-temperature LiJie す べ り が big き く inhibit さ れ る こ と が shows さ れ た. LiJie に お け る electronic state line analysis を っ た と こ ろ, add さ れ た イ ッ ト リ ウ ム が LiJie に お け る total of associative を upward さ せ て い る こ と が Ming ら か と な り, add tonic に よ る LiJie electronic state suppression に よ り high temperature mechanical properties を adjustment で き る こ と を tu き check め た. ジ ル コ ニ ア に お い て は main に small Angle LiJie に お い て form さ れ る LiJie planning a tectonic を adjustable べ た. そ の results, stabilization と し て add さ れ て い る イ ッ ト リ ウ ム は LiJie planning へ segregation し, そ の results, LiJie が フ ァ セ ッ ト shape と な る こ と が shows さ れ た, こ の フ ァ セ ッ ト formation temperature は で の LiJie strength と contact に masato is す る こ と が points か っ た. Side, electronic materials に お い て は LiJie planning a の organization を 厳 dense に suppression す る こ と に よ り specific な electric 気 features が 発 now す る こ と が shows さ れ た. こ れ は, あ る Angle に お い て planning a special な structure with column が を と る た め で あ り, LiJie に form さ れ る high い 応 force field に よ り LiJie nearly alongside へ の Yang イ オ ン empty hole の set product が 顕 the と な る た め で あ る と exam え ら れ る. ZnO に つ い て は LiJie electrostatic ポ テ ン シ ャ ル barrier の high barrier さ が LiJie に segregation し た Pr amount に dependent し て - し, segregation amount more than が い ほ ど い high barrier が form さ れ る こ と が Ming ら か と な っ た.

项目成果

H.Yoshida, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Grain boundary electronic structure related to the high-temperature creep resistance in polycrystalline Al_2O_3"Acta Mater.. 50. 2955-2966 (2002)

H.Yoshida，Y.Ikuhara，T.Sakuma：“与多晶 Al_2O_3 高温蠕变抗力相关的晶界电子结构”Acta Mater.. 50. 2955-2966 (2002)

N.Shibata,J.Katamura,Y.Ikuhara and T.Sakuma: "AEM study of interface structures related to cubic-to-tetragonal phase transition in zirconia ceramics"Ceram.Trans.,. (in press).

N.Shibata、J.Katamura、Y.Ikuhara 和 T.Sakuma：“氧化锆陶瓷中立方相到四方相变相关界面结构的 AEM 研究”Ceram.Trans.，。

Yukio Sato: "Al-doped ZnO Ceramics Fabricated by Mechanical Alloying and High-Pressure Sintering Technique"J.Mater.Sci.Lett.. 22. 1201-1204 (2003)

Yukio Sato：“机械合金化和高压烧结技术制备的Al掺杂ZnO陶瓷”J.Mater.Sci.Lett.. 22. 1201-1204 (2003)

A modern approach to control grain boundaries in ceramics

控制陶瓷晶界的现代方法

• 发表时间: 2004
• 期刊: MATERIALS SCIENCE FORUM 1-2
• 作者: Yuji HIRUMA;Rintaro AOYAGI;Hajime NAGATA;Tadashi TAKENAKA;Taketo Sakuma 他
• 通讯作者: Taketo Sakuma 他

Y.Ikuhara, H.Yoshida, T.Sakuma: "Impurity effect on grain boundary strength in structural ceramics"Materials Science and Engineering. A319-321. 24-30 (2001)

Y.Ikuhara、H.Yoshida、T.Sakuma：“结构陶瓷中杂质对晶界强度的影响”材料科学与工程。