立方晶安定化ジルコニアの照射下構造安定性:選択的はじき出し損傷と蓄積電荷の効果

辐射下立方稳定氧化锆的结构稳定性：选择性挤压损伤和累积电荷的影响

基本信息

批准号：
13750658
负责人：
安田和弘
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、立方晶安定化ジルコニア(YSZ)中の照射欠陥集合体の形成・成長過程を調べ、イオン結晶中の点欠陥の離合集散過程に及ぼす選択的はじき出し損傷と蓄積電荷の効果について検討した。100keV He^+、300keV O^+または4keV Ar^+イオンを照射したYSZ試料に高強度電子線を照射すると、非常に強い歪みコントラストを有する特異な欠陥集合体が形成される。この欠陥集合体形成はイオンのみを照射したときには観察されず、電子線照射に特有な現象である。さらに特徴的な現象として、この欠陥集合体は臨界直径(約1.0-1.5μm)に到達すると転位線へと変遷する。継続した電子照射を行なうと、同様な欠陥集合体の核形成、成長、および転位線への変遷過程が、照射欠陥や転位近傍などひずみ場を有する場所で優先的に生じた。この欠陥集合体について、申請者らは酸素イオンの板状集合体である可能性が最も高いと結論した。すなわち、酸素イオンの選択的はじき出し損傷により生成した酸素イオン格子間原子が集合したものであると考察した。選択的はじき出し損傷の機構に関する検討も行い、弾性的はじき出し損傷に加えて非弾性的はじき出し損傷(すなわち、電子励起に伴うはじき出し損傷)の可能性も考慮する必要があることがわかった。しかしながら現時点では、いずれに機構が支配的であるかは結論できていない。いずれの機構に従うにしても、本研究は安定化ジルコニアの点欠陥挙動において、酸素イオンの選択的はじき出し損傷の重要性を実験的に示した最初の研究である。この成果は、ジルコニアのような構成元素の質量が大きく異なる結晶、および/あるいはイオン性の強い結晶の照射損傷過程の理解に重要な指針を与える。酸素イオンの集合、すなわち同種のイオンの集合は電荷の蓄積を伴う。本研究では、蓄積電荷が欠陥集合体周辺に付加的な応力・ひずみ場を誘起すること、またその応力場は転位を生成するに十分なものになりうることを計算機実験により示した。つまり、実験により観察された臨界直径での転位への変遷は、転位形成によるひずみの開放によることを示唆している。

在这项研究中，我们研究了立方稳定的氧化锆（YSZ）中辐照缺陷组合的形成和生长过程，并检查了选择性排斥损伤和累积电荷对离子晶体中点缺陷的分离和收集的影响。当用100 keV he^+，300 keV o^+或4 keV ar^+离子辐照的YSZ样品被高强度电子束照射时，形成了具有非常强的变形对比度的独特缺陷组件。仅当离子被辐照时，就不会观察到这种缺陷组件的形成，并且是电子束照射独有的现象。一个更独特的现象是，当该缺陷组件达到临界直径（约1.0-1.5μm）时，它会变为位错线。当进行电子辐照时，在具有应变场（如辐照缺陷和接近位错）的位置优先出现缺陷组装到位错线的类似成核，生长和过渡过程。对于这种有缺陷的组件，申请人得出结论，它很可能是氧气离子的板状组件。换句话说，认为通过选择性排斥氧离子形成的氧离子间质原子。还已经研究了以确定选择性排斥损害的机制，并且发现除了弹性排斥损害外，还必须考虑无弹性排斥损伤的可能性（即，与电子激发相关的排斥损害）。但是，在这一点上，无法得出结论哪种机制占主导地位。无论遵循哪种机制，这项研究都是第一个证明在稳定氧化锆的点缺陷行为中选择性排出和对氧离子损害的重要性的首次实验研究。这项成就为理解具有明显不同的成分元素（例如氧化氧基和/或高离子晶体）的晶体的辐射损伤过程提供了重要的指导。氧离子的组装，即同类的组合，涉及电荷的积累。在这项研究中，我们通过计算机实验证明，积累电荷会引起缺陷组件周围的额外应力和应变场，并且应力场可以足以产生脱位。换句话说，在实验中观察到的临界直径处的脱位过渡表明，由脱位形成引起的应变释放。