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ボロン・カーボン添加ナノ結晶炭化ケイ素の超塑性

研究報告コード R013000039
掲載日 2003年10月1日
研究者
  • Hui GU
研究者所属機関
  • 科学技術振興事業団 国際共同研究事業 セラミックス超塑性プロジェクト
研究機関
  • 科学技術振興事業団 国際共同研究事業 セラミックス超塑性プロジェクト
報告名称 ボロン・カーボン添加ナノ結晶炭化ケイ素の超塑性
報告概要 共有結合物質の超塑性をしらべるため,ナノサイズの液相焼結(LPS)SiCおよび熱間静水圧成形した(HIP)ボロン添加SiC焼結体について粒界構造を研究した。結晶粒界解析のため電子エネルギー損失分光(EELS)装置を備えた分析用電子顕微鏡と高分解能電子顕微鏡(HREM)等を用いた。
LPS-SiCではアルミナおよびイットリアは,粒界に偏析してアモルファス薄膜を形づくる。アルミナが多い場合は,変形後も粒界膜は残存しているが,その組成は大きく変わった(図4)。アルミナが少ない場合は,粒界から膜がなくなった。この事より液相焼結した粒界は拡散速度を上げるが,その化学的な安定性は無いことを示す。
一方,ボロンを添加したHIPあるいはHP SiCではアモルファス膜はみられなかった。EELSによりボロンは粒界に偏析し,また、炭素はSi後も過剰であった(図6)。B-C結合とSi-O結合が粒界にみられ,変形後もボロンは非常に安定である。
これら二種類のSiC系の解析から,アモルファス粒界膜は不安定であることがわかった。ボロンと炭素は高温での耐クリープ性を高め、また化学的組成安定性があった。これはフォースバランスモデルにおいて平衡状態ではSiC粒界はアモルファス膜を持たないとの予測に合致する。
画像

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研究分野
  • 固体の機械的性質一般
  • 非金属のその他の熱的性質
  • セラミック材料
  • セラミック・磁器の性質
関連発表論文 (1)Y. Shinoda, T. Nagano, H. Gu and F. Wakai, “Superplasticity of silicon carbide”, J. Am. Ceram. Soc., 82 2916-18 (1999).
(2)H. Gu, T. Nagano, G. Zhan, M. Mitomo and F. Wakai, “Dynamic phase modification in grain boundary film and pocket by high temperature deformation in liquid-phase sintered β-SiC with alunima-yttria-calcia”, J. Am. Ceram. Soc., submitted.
(3)H. Gu, R.M. Cannon and M. Ruehle, “Composition and chemical width of ultrathin amorphous films at grain boundaries in silicon nitride”, J. Mater. Res., 13 376-387 (1998).
(4)H. Gu, X. Pan, R.M. Cannon and M. Ruehle, “Dopant distribution in grain boundary films in calcia-doped silicon nitride ceramics”, J. Am. Ceram. Soc., 81 3125-3135 (1998).
(5)H. Gu, “ELNES separation in spatially-resolved analysis of grain boundary and interface”, Ultramicroscopy, 76 159-172 (1999).
(6)H. Gu, “Quantification of interfacial parameters in spatially-resolved analysis involving ELNES separation”, Ultramicroscopy, 76 173-185 (1999).
(7)T. Nagano, H. Gu, Y. Shinoda, M. Mitomo and F. Wakai, “Tensile ductility of liquid-phase sintered β-silicon carbide at elevated temperature”, in Proceedings of 9th Cimtec-World Ceramics Congress - Part D (ed. P. Vincenzini, Techna Srl, 1999), p.25-32.
(8)H. Gu, Y. Shinoda and F. Wakai, “Detection of boron segregation to grain boundaries in silicon carbide by spatially resolved electron energy loss spectroscopy”, J. Am. Ceram. Soc., 82 469-472 (1999).
(9)H. Gu, Y. Shinoda, “Structural and chemical widths of general grain boundary in β-silicon carbide: modification of local bonding by boron”, Interface Science, in reviewing.
(10)H. Gu, Y. Shinoda, “Equilibrium segregation of dopants to grain boundaries and intergranular regions in boron- and carbon-doped fine-grained β-silicon carbide”, J. Am. Ceram. Soc., in preparation.
研究制度
  • 国際共同研究事業、セラミックス超塑性プロジェクト/科学技術振興事業団
研究報告資料
  • Hui GU. STABLE AND UNSTABLE GRAIN BOUNDARY STRUCTURES IN NANOCRYSTALLINE SiC. 国際共同研究事業 セラミックス超塑性ブロジェクト 終了報告書(研究期間:1995-2000),2000. p.127 - 134.

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