セラミック材料の表面および表面近傍における新しい格子欠陥解析法の開発

本研究は電子顕微鏡等の微構造解析装置を用いてセラミック材料の表面近傍の格子欠陥の構造解析を行うと同時に,内部欠陥の新しい解析法を開拓するものである。圧電セラミック結晶の1つLiNbO_3結晶について,応力負荷された圧電単結晶における内部ひずみや表面電荷の変化とそれに伴う微構造変化をSEMその場観察を行った。その際,結晶方位の異なる試料を用いて,結晶方位による微構造の違いやビッカース圧痕やヌープ圧痕の異方性の検討をも行った。これらの結果,曲げ応力負荷に起因する表面近傍の応力集中によって,極めて強い表面電界の発生に起因すると思われる電子線の曲げが確認できた。加速電圧が高く印可応力が高いほど,電子線は強く曲げられていた。マイクロマシン等の微小機械において,このような現象は機能に大きな影響を与えることが容易に推測される。今後,現象の制御についての研究が必須になると考えられる。本実験に関連して,電子チャンネリングコントラストイメージングによる表面近傍の内部欠陥構造観察を試みた結果,内部ひずみの状態観察を行うことが可能であったが,個々の線欠陥を判別するに至らなかった。これについては,欠陥密度が少なすぎるためであると考えられた。セラミック材料において表面からの非破壊的な格子欠陥解析が可能となれば,セラミックの機械特性に関わる研究は飛躍的に発展する可能性がある。これについては疲労変形など大規模な塑性変形が加えられた試料においてさらなる解析を実行中である。

本研究は電子顕微鏡等の微構造解析装置を用いてセラミック材料の表面近傍の格子欠陥の構造解析を行うと同時に,内部欠陥の新しい解析法を開拓するものである。圧電セラミック結晶の1つLiNbO_3結晶について,応力負荷された圧電単結晶における内部ひずみや表面電荷の変化とそれに伴う微構造変化をSEMその場観察を行った。その際,結晶方位の異なる試料を用いて,結晶方位による微構造の違いやビッカース圧痕やヌープ圧痕の異方性の検討をも行った。これらの結果,曲げ応力負荷に起因する表面近傍の応力集中によって,極めて強い表面電界の発生に起因すると思われる電子線の曲げが確認できた。加速電圧が高く印可応力が高いほど,電子線は強く曲げられていた。マイクロマシン等の微小機械において,このような現象は機能に大きな影響を与えることが容易に推測される。今後,現象の制御についての研究が必須になると考えられる。本実験に関連して,電子チャンネリングコントラストイメージングによる表面近傍の内部欠陥構造観察を試みた結果,内部ひずみの状態観察を行うことが可能であったが,個々の線欠陥を判別するに至らなかった。これについては,欠陥密度が少なすぎるためであると考えられた。セラミック材料において表面からの非破壊的な格子欠陥解析が可能となれば,セラミックの機械特性に関わる研究は飛躍的に発展する可能性がある。これについては疲労変形など大規模な塑性変形が加えられた試料においてさらなる解析を実行中である。