金属ガラス中の集団運動、パルス通電結晶化に関する研究

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ガラス形成能が高くバルク試料の作成が可能ないわゆるバルク金属ガラス(BMG)のZr_<60>Cu_<30>Al_<10>(a-ZCA)、Zr_<55>Cu_<30>Al_<10>Ni_5(a-ZCAN)および早い急冷速度を要するマージナル金属ガラス(MMG)のZr_<50>Cu_<50>(a-ZC)、Ti_<50>Cu_<50>(a-TC)について共鳴的パルス通電結晶化および弾性測定を進め以下の結果を得た。(1)共鳴的パルス通電では、単パルスで結晶化が進展する。(2)a-ZC、a-TCでは結晶化率が大きく、生成結晶粒径も大きい。a-ZCA、a-ZCANでは結晶化率、生成結晶粒径は小さいが、a-ZCAでは特定の時定数のパルス通電では結晶化率は大きくなる。(3)共鳴的パルス通電結晶化では生成したナノ結晶の結晶方位が揃っている。(4)10Hz〜10kHz域で動的弾性率は大きな低下を示す。その様相は、a-ZCA、a-ZCAN、a-ZC、a-TCで似ている。(4)は、原子の集団運動が共鳴的に励起され、その程度はBMGとMMGで似ていることを意味する。結晶相と比べてガラス相の弾性率は20-40%低いことはBMGとMMGで共通している。これらは、(1)のパルス通電で励起される原子の集団運動の様相はBMGとMMGで共通していることを示唆する。TTT図および(3)は、パルス通電による原子の集団運動励起により結晶相構造が実現することを示唆する。(2)から、2元素金属-金属系MMGのa-ZC、a-TCの非晶質構造と結晶相構造は近く、BMGでは元素数が増えるに従い非晶質構造と結晶相の構造との違いは大きくなると言える。逆に、元素数1の純金属の乱れた構造に関する知見を得る目的で、ナノ薄膜及びナノ結晶について力学物性を調べた。結晶粒界層は200Kから擬弾性が熱活性化されるがナノ構造は熱的に安定で、結晶と粒界の2相共存状態にあるように見える。この概念が金属ガラスへ適用できるか否かは今後の研究課題である。