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異種元素添加アルミナ結晶粒界の原子構造と形成雰囲気依存性

不同元素掺杂氧化铝晶界的原子结构和形成气氛依赖性

基本信息

批准号：
18J23175
负责人：
石原佐季
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アルミナ多結晶体中にはしばしば，微量の不純物元素が存在しこれらの不純物元素は粒界近傍に偏析する傾向にあり，粒界偏析現象は諸特性と密接に関係しているため，不純物が偏析した場合の粒界構造について原子レベルで理解することは重要な研究課題である．アルミナの代表的な不純物元素であるSiは異常粒成長を引き起こす元素であり，異常粒成長の発生には粒界ファセットの形成が関与していると考えられている．しかしながら，粒界ファセットの形成メカニズムについてはわかっていない．本研究では，双結晶法によりモデル粒界を作製し，走査透過型電子顕微鏡 (STEM) およびSTEM-EDS (エネルギー分散型Ｘ線分光器), STEM-EELS (電子エネルギー損失分光法) により，無添加およびSi添加粒界における粒界原子構造やSiの存在する原子サイトを明らかにした．その結果，Si添加粒界では，Siは粒界近傍に偏析し，特定の面を粒界面とする粒界ファセットが形成されていることが分かった．また，STEM観察結果から，粒界ファセットの形成には，Siが粒界に形成する特徴的な原子構造が関与していることが示唆された．粒界ファセットの形成は粒成長挙動と深く関係していると考えられており，本研究で得られた知見は，アルミナ多結晶体における粒成長変化のメカニズムを理解する上で基礎的で重要な知見であると考えられる．また，前年度までの研究結果を踏まえ，新たに二つの粒界性格の異なる粒界を双結晶法により作製し，その粒界構造を原子レベルで明らかにした．併せて，第一原理計算を行い，得られた実験像が第一原理計算で予測された原子構造によく一致することを明らかにした．

The existence of trace impurity elements in polycrystals and the tendency of impurity elements to segregate near grain boundaries are important research topics. The impurity elements represented by Si are related to the growth of abnormal grains. The shape of the grain boundary is different from that of the grain boundary. In this research, we investigated the formation of multi-crystal grain boundaries by the double crystallization method, and examined transmission electron micromirrors (STEM), STEM-EDS (Electron Electron Dispersion X-ray Spectrometer), and STEM-EELS (Electron Loss Spectroscopy). We found that the atomic structure of the grain boundary without additives or Si additives and the atomic structure supported by the presence of Si in the grain boundary are clear. As a result, Si is added to the grain boundary, Si is separated from the grain boundary near the grain boundary, and the grain boundary is formed on a specific surface. The STEM results show that the atomic structure of Si particles is related to the formation of Si particles. This study has found that the formation of grain boundaries and grain growth are related to the development of grain boundaries. The results of the previous year's research have been reviewed and new results have been obtained. The grain boundary characteristics are different. The grain boundary structure is atomic. The first principle calculation is carried out, and the first principle calculation is carried out.