部分安定化ジルコニアのマルテンサイト変態とイオン電導度の関係に関する研究

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Y_2O_3を3mol%含む部分安定化ジルコニアおよびそれにAl_2O_3を添加した試料を常温圧粉ー焼結法で作製し,加熱・冷却の熱サイクルや等温時効処理を施こし,熱処理に伴う正方晶(T)【double half arrows】単斜晶(M)相変態(マルテンサイト変態)挙動を調べた。1.T→M変態に伴って,イオン電導度が上昇することが判明した。2.室温〜800℃間の加熱・冷却の熱サイクル数とともに,試料表面でのT→M変態量が増した。さらに,その変態は試料表面から内部へと進展し,その進展に伴って粒界割れを起こすことも判明した。As点(M→T変態温度)は熱サイクル数にかかわらずほば同じであったが,Ms点(T→M変態温度)は熱サイクルに伴って上昇した。この挙動は,割れによる自由表面が増加し、膨張を伴う変態に対する拘束力が減少したためと考えられる。したがって、T→M変態挙動にはT相粒界の結合力が大きく関与しているとみなされた。3.Al_2O_3添加によりT→M変態は抑制された。特に,試料内部への変態の進展を著しく抑制することが判明した。4.T→M変態は等温的にも起こり,その変態量(f)と時間(t)の関係は、JohnsonーMehl式(f=1ーexp(ーbt^n),b,nは定数)で表わされ,n値は約1であった。そのn値は、Al_2O_3添加に関わらずほぼ同じであったので,Al_2O_3添加によるT→M変態の抑制には,核生成の抑制に大きく関与していると推測された。5.Al_2O_3添加試料の粒界破面には,Al_2O_3およびY_2O_3量がマドリックス中より多く,これらが粒界に偏析していると考えられる。これら偏析で粒界の結合力が増し、そのため、T→M変態の進展が抑制されたと考えられるが,この偏析現象の詳細については、今後の研究を待ちたい。