粒界過剰体積の第一原理計算と超微細粒·ナノ結晶アルミニウムの自由体積

摘要

多結晶体の結晶粒を微細化することで強度が上昇することは，古くからHall-Petchの関係として知られている。少なくとも実験室レベルでは，平均結晶粒径が1μm以下の超微細粒材料や，さらには平均結晶粒径が100nm以下のナノ結晶材料が作製できている。その作製方法としては，強加工法，電子ビーム蒸着法，電析法，アモルファスからの結晶化法などが開発されており，多くの材料において非常に高い降伏応力が報告されている。これらの超微細粒材料やナノ結晶材料では超塑性変形や高耐食配など通常の結晶粒径の材料とは異なる多くの特性が報告されている。強加工法で作製された超微柵粒アルミニウムでは焼なまし硬化?加工軟化現象と呼ばれる特異な現象が観察されたり，ナノ結晶アルミニウムでは通常の結晶粒径の材料では観察されない変形双晶が観察されており，学術的にも興味が持たれている。超微細粒材料やナノ結晶材料では,粒内の可動転位が減少している代わりに粒界層が大きな割合を占めるた浴∴粒界自体の機械的応答や粒界での転位の生成などが特異な機械的性質を生んでいると考えられている。例えば粒界層の厚さを1nmと仮定すると，平均結晶粒界が10nmのナノ結晶材料でほ粒界層の割合は30％にもなる。このように結晶中に大きな割合を占める粒界層が超微細粒材料やナノ結晶材料の特異な特性の主たる原因と考えるのは当然のことである。