Establishment of fundamental theories on material strengthening mechanisms based on nano-dynamics observations

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本年度の主たる研究成果は下記の通りである。(1)高温その場機械試験システムの開発：微小電気機械システム(MEMS)技術を用いた透過型電子顕微鏡(TEM)用新規荷重負荷デバイスの設計・作製を行った。TEM内にて駆動試験を行い、荷重負荷精度、安定性等の評価試験を実施し良好な結果を得た。また、TEM内レーザー照射装置の加熱性能評価のため、セラミックス多結晶体の加熱試験を実施し粒界移動現象が生じる温度域まで加熱されることを確認した。(2)粒界試料の作製と構造解析：代表的な構造用セラミックスであるα-アルミナおよびイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を対象として粒界方位関係を高度に制御できる双結晶法により種々の粒界を作製、TEMによる構造解析を行った。また、異種元素を添加した粒界試料についても同様に作製、構造解析を進めた。解析結果を踏まえ、その場TEM機械試験に供する粒界試料を選定した。(3)原子分解能その場TEM機械試験：セラミックス試料および金属試料を対象として常温においてその場TEM機械試験を実施し、荷重負荷中の原子挙動を観察した。各試料の組成、結晶方位に依存して転位や双晶の形成、亀裂の進展が確認された。特に同一の方位関係とした金属試料の機械試験において転位すべりと双晶変形の2通りの変形現象が確認された。両モードの分岐は試料端の形状と相関がある可能性が示唆された。(4)変形現象の理論解析：項目(3)の実験結果を踏まえ、変形モードと試料端形状に着目して分子動力学計算を中心とした理論解析手法の検討を行った。予備的な計算の実行と結果の解析を行い、種々の計算条件の最適化を進めた。