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2014-7

アルミナ中の粒界拡散に関する理論解析


技術のポイント

原子レベルの理論計算により、アルミナ粒界における原子拡散のメカニズムを検討する

基礎研究


背景
多結晶アルミナは優れた酸素遮蔽性を有することから、様々な非酸化物系耐熱材料の酸化保護膜として使用される。この酸素遮蔽性は粒界を介した原子移動により支配されるが、その機構は未だ明らかでない。

目的
酸素透過実験により、アルミナ粒界において拡散する原子種が酸素分圧によって変化することが示されている。粒界における原子空孔の生成しやすさについて検討することで、その理論的機構を明らかにする。

成果
(1) アルミナ粒界において、エネルギーバンドギャップは60%程度まで小さくなる
(2) 粒界において、低酸素分圧側で酸素空孔がエネルギー的に低くなる領域が現れる
アルミナ粒界における拡散原子種の変化について原子レベルの理解


・手法:第一原理計算(VASPコード)
・評価:原子空孔形成エネルギー、エネルギーバンドギャップ、粒界エネルギー
図1. 粒界構造とバンドギャップの関係
図2. 空孔形成エネルギーの酸素分圧依存性



期待される適応分野
優れた耐酸化膜の開発
高信頼性遮熱コーティング部材の開発

参考文献 T. Ogawa, A. Kuwabara, C. A. J. Fisher, H. Moriwake, K. Matsunaga, K. Tsuruta, and S. Kitaoka, Acta Mater. 69, 365-371 (2014).
謝辞 本研究は、 JST-ALCA(先端的低炭素化技術開発事業)の一部として実施したものである。



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