セラミックスにおける相変態と相界面の電子顕微鏡内その場観察

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酸化物セラミックスの相変態においては酸素空孔の役割が大きい。本研究では、酸化物セラミックスにおける相変態を微視的レベルで観察し、とくに酸素の相変態における役割を調べ、相変態機構を解明めざした。このようなセラミックスにおいては酸素の構造空孔を介しての拡散現象が相変態影響している可能性が高いので、微視的レベルでの酸素の分析が必要になる。これらの相変態においては電顕像による微細構造の変化の観察とともに、微小領域からのエネルギー分散型X線(EDX)分析や電子エネルギー損失スペクトル(EELS)による組成や結合状態の変化を観測することが必要である。酸化物セラミックスの相変態として、プラズマ溶射によって作成されたムライト皮膜(3Al_2O_3・2SiO_2)の相変態挙動について、詳しい電顕観察を行って調べた。急冷したムライトの熱処理前後の微細構造は結晶領域とアモルファス領域が混在しており、結晶相とアモルファス相からのEDX分析の結果から、両相では組成差がほとんどなく、アルミナ量が約68mol%であることが分かった。どちらもムライトの理論組成値よりもアルミナが過剰な組成であった。結晶相の電子回折図形では規則格子反射が観察された。これはアルミナとシリカのモル比が2:1付近の組成で出現し、酸素空孔の規則化によって生じると考えられている〈010〉入射においては、101/2の位置にスプリットとして現れ、その間隔と組成との関係がこれまでに詳しく調べられている。これによると、観察されたスプリットはEDX分析から得られたアルミナ量から予想される間隔とよく一致していた。1100℃で2時間の熱処理後、急冷した試料では結晶化が完了していた。その微細構造は、数μmの大きな粒径をもつムライト結晶相と多数の小傾角粒界を含むムライト結晶相から構成されていた。このふたつのタイプの結晶相は、どちらもアルミナ量が約66mol%で、熱処理前と比較しても組成は大きく変わっていなかった。