分析電子顕微鏡による異相接合界面における原子拡散および界面構造の研究

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エンジニアリングセラミックス,金属間化合物,高温超伝導酸化物,半導体超格子などのような新材料は在来材料,特に金属と組み合わせて新規な機能や高性能を有する界面機能材料を開発することが試みられている.その中で,界面構造を高度に制御することは実用化に向けて大きな鍵になっている.本研究では分析電子顕微鏡を使用することによって異相,あるいは異材料の界面構造を微視的レベルから解析することで高性能の接合体や界面機能材料を創製しょうとすることに大きな意味をもっている.本研究の目的は分析電子顕微鏡の組成分析機能と組織観察機能を同時に有することと,高い空間分解能によって,合金の低温度域の相平衡組成を分析できる特長に着目して,新しい耐熱材料として注目されているB2系金属間化合物合金の平衡状態図を検討する.また,Ni-Al2元系およびNi-Al-Ti3元系におけるNi(γ),Ni_3Al(γ'),NiAl(β),NiTi(β'')およびNi_2AlTi(β')など規則相と不規則相あるいは規則相同士間の拡散対における組織観察,組成分析,結晶構造解析を同時に行え,また拡散対における接合界面の移動,界面の構造および拡散挙動との関係について調べ得られた結果は以下の通りである.(1)高温度で拡散熱処理した試料については比較のためEPMA法も利用する.低温度域で熱処理した試料接合界面近傍の組成をエネルギー分散型X線分光法(EDS)によって分析し,元素分布および濃度勾配を調べた.相互拡散係数を求め,規則相中の原子の拡散挙動と接合界面構造との関係を明らかにした.(2)Ni/Ni_3Al,Ni_3Al/NiAl,Ni/Ni-8Al,Ni/Ni-8Tiなどの拡散対から,特に低温度域での相互拡散係数を測定してきた.その中で,従来電子線プローブマイクロアナリシス(EPMA)法では検出されなかった界面近傍の異常な濃度分布や,EPMA法では本質的に観察困難であった界面移動および異相界面の特有な方位関係などを見い出した.当該研究において異相接合体の界面構造および界面濃度分布を同時に解明できることは学術的な面だけでなく,新規な機能や高性能を有する界面機能材料の開発および実用化にも大きな意味をもつことを示しました.