本研究ではCu3Pt合金の長周期相を含む相転移過程に注目し、 TEM観察及び時間 依存型ギンツブルグ ・ ランダウモデルによるコンピュータシミュレーションを用い てその相転移過程を明らかにすることを目的とした。 まず、 L 12構造を記述するこ とができる、 組成と規則度を秩序変数として持つGinzburg- Landau型の自由エネル ギーモデルを提案した。 さらにTEMによってCU:IPt合金の各相転移過程の観察を行っ た。 特に、 観察にはTEM内で直接試料を加熱することによって焼鈍過程を観察でき る「その場TEM観察J法を用いた。 これらのTEM観察とコンピュータシミュレー ションの結果を比較することによってCu3Pt合金の長周期相を含む相転移過程にお
けるAPBの挙動とその役割について詳細な議論を行った。
本研究で得られた結果・結論は以下のように要約することができる。
1. Cu3Pt合金の相転移過程を記述 すること のできるTDGLモデルを構築すること ができた。 Cu3Pt合金はL12構造を規則相に持つため、 L12構造の4つの位相を記述 することができるモデルが必要である。 まず、 近似として2つの位相を記述するこ とができるモデルで計算を行った。 次に、 TDGLモデルにPotts理論を組み込むこと によって4つの位相を記述するモデルを構築した。 これらのモデルを用いてAPB近 傍の各秩序パラメータの変化を計算した。 その結果、 APBで不規則化が起こる
"wetting"現象を示すことができた。 この"wetting"の幅は温度に依存することを明ら かにした。 これらの結果は他の研究結果とも一致 し、 CVMによる計算結果ともよく 一致することがわかり、 このモデルの妥当性を示した。
ハbハU
2. L12一日→L12f自転移過程
L 12-sf目からL12相への相転移過程はL12 -sf目中に含まれる周期的APBの消滅過程 である。 この消滅過程は隣接するAPBがヘアピン状APBを形成し、 その後、 この ヘ アピン状APBが移動することによって進行する。 また、 L12-s�;目からL12相への相転 移過程はL12相の初期状態に強く依存する。 初期状態中に多くの欠陥やバリアント 境界が存在するとL12相への相転移過程は容易に進行する。 一方、 これらの欠陥が 少ないと初期相であるL1 2-S 相が準安定化して、 L1 2相が安定 な温度においても L12-S相の まま残存する。 以上の 結果は実験結果とコンピュータシミュレーション 結果の双方から導き出される。
3. L12-s→(A 1 + L1 2-s)相転移過程
L12-S相から(A1+ L12-s) への相転移過程のその場TEM観察を行った結果、 温度に 依存して異なる経路を辿ることを明らかにした。 そのlつは「低温焼鈍」で、 初期 状態中に存在する熱的 なAPBやバリアント境界から不規則化が起こり、 2相共存状 態に到達する。 この とき、 周期的APBは不規則化せず、 熱的なAPBとは 異なる挙動 を示す。 他の 経路は「高温焼鈍」で、 転移温度より高温に上げると、 試料は一旦不 規則l化し、 その後残存した規則相が成長することによって2相共存状態に到達する。
以上の経路は自由エネルギー論から考察することができた。 APBに注目すると、 こ の2つの相転移の経路は低温焼鈍ではAPBでの不規則相の不均一核生成過程であり、
高温焼鈍では一種のスビノーダル分解過程であることを明らかにした。
4. L12→(A1 + L12-s)相転移過程
L12相から(Al + L12-s)への相転移過程のその場TEM観察を行っ た結果、 初期 状態 中の湾曲したAPBから周期的APBが形成される様子が観察できた。 また、 これら の
ウtハU
方位関係から周期的APBは第2種のAPBから発生することを明らかにした。(A1 +
L12-S)への相転移過程はL12→L 12-sとL12-S→A1の素過程に分解することができ、
これらの過程は互いに競合しながら進行する 。このため、 L12→L12-Sへの相変態と 同時にL12-sの不規則化が進行し、 最終状態の(A 1 +L 12)となったと考えられる。 以 上のように、 熱処理を制御す ることにより平衡状態図からは予測できない非平衡な 組織が得られる可能性を示した。 コンビュータシミュレーションにおいては新たに 周期性を導入して計算を行った。その結果、 初期状態中のAPBから周期的APBが形 成される様子を再現できた。
以上のことから周期 的APBと熱的なAPBは各相転移過程 で異なる挙動を示し、 相 転移過程で重要な役割を果たすことを明らかにした。 熱的なAPBは相転移過程にお
いて常にその起点とし て働くことを示すことができた。一方、 周期的APBは周期性 による構造安定性を考慮に入 れて相転移過程を考えるべきである。このように熱的 なAPBと周期的APBは同じ欠陥ではあるが、 Cu3Pt合金におい て異なる役割を果た す。材料組織制御を行う上でもこれらのAPBの性質を見極めてから行うことが必要 である。
-108-謝 辞
本論文は著者が九州大学工学部、 総合理工学研究科在学中に沖憲典教授のご指導 のもとに行っ た研究をまとめたものであ る 。 沖憲典教授には終始変わらぬご指導と ご鞭捷を賜り、 心から感謝の意を表します。
また、 本論文の査読を行っていただき、 貴重なご助言をいただきました太田道雄 教授、 杉山奇昌和教授に深く感謝し、たします。
研究を遂行するに当たって、 また本論文をまとめるに当たって、 桑野範之助教授 には熱心なご指導ならびに適切なご助言をいただき、 心より感謝します。 さらに本 研究を進めるに当たって、 多大な るご援助ならびに貴重な意見をいただいた板倉賢 助手、 波多聴助手に対して深く感謝します。 また、 材料工学科石丸学助手には研究 に関する貴重なご意見、 ご助言を頂き、 深く感謝します。
電子顕微鏡利用の際には田中英二技官、 真鍋武志技官の両氏を始め、 電子顕微鏡 室の関係諸氏には大変お世話になり、 深く感謝します。
コンビュータシミュレーションを行うに当たっては、 大型計算機センターの諸氏 には数々の助言を頂き深くお礼申し上げます。
共同研究者であった梶原賢治(現キャノン)、 松野光一(現東芝)の諸氏には数々 の協力をしていただくと共に、 その結果の一部を本論文で使用させていただいた。
また、 千綿伸彦氏、 酒井透氏には本論文作製に当たり多大な協力いただき感謝を 申し上げたい。 最後に、 沖研究室を卒業していかれた諸氏および沖研究室の方々に は研究および日常生活において数々の協力をしていただき、 深く感謝し、たします。
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