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新機能材料
金属ガラスの基礎と産業への応用

New Functional Materials Fundamentals of Metallic Glasses and their Applications to Industry.


第1編 総目次

第1編 金属ガラスの基礎

 第1章 金属ガラスの形成条件と安定性

  第1節 合金系と組成

  第2節 形成能と安定性
   
    1. 形成能

      はじめに
      1. 従来の研究アプローチ
      2. Pd基金属ガラスによるRcの直接評価
      3. その他の金属ガラスの GFA
      4. ガラス形成能の定量的評価パラメータ
      おわりに

   
    2. 安定性

      1. 金属ガラスの安定性
      2.  Zr基金属ガラスの局所構造解析
       2.1  これまでの経緯  
       2.2  Zr基金属ガラスの相変態解析と局所構造
       2.3  Fe基金属ガラスの相変態と局所構造解析
       2.4  その他の系の金属ガラスの相変態と局所構造解析  
       2.5  金属ガラスの安定性と局所構造、相変態の相関(まとめ)
       2.6  金属ガラスの局所構造に関する最近のトピックス

 
  第2章 金属ガラスの作製法

  第1節 液体急冷法
    
    1.液体急冷法の発展

      はじめに
      1. 母合金の作製
      2. 金属ガラス薄帯の作製法
       2.1 遠心液体急冷法
       2.2 双ロール液体急冷法
       2.3 単ロール液体急冷法
        2.3.1 高周波溶解による単ロール液体急冷法
        2.3.2 レビテーション溶解による単ロール液体急冷法
      3. 金属ガラス粉末の作製法
       3.1 双ロールキャビテーション法
       3.2 回転液中噴き出し法
       3.3 高圧ガスアトマイズ法
       3.4 プラズマ回転電極法
       3.5 SWAP法(Spinning Water Atomization Powder Method)
       3.6 多級粉砕アトマイズ法
      4. 金属ガラス丸棒・板の作製法
       4.1 水焼き入れ法
       4.2 銅鋳型鋳造法
       4.3 ダイカスト法
       4.4 型締め鋳造法
       4.5 吸引銅鋳型鋳造法
      5. 金属ガラス膜の作製法
      6. 金属ガラス線材の作製法
       6.1 回転液中噴き出し法
       6.2 溶液抽出法
      7. 固相反応法
      まとめ
    
    2. 鋳型鋳造法

      1. 状態図
      2. 母合金作成法
      3. アークを熱源に用いた鋳造法
      4. センチメートル級バルク金属ガラスの鋳造法

  
   第2節 機械加工法


  第3章 金属ガラスの構造

   第1節 X線回折
      1. 金属ガラスのガラス転移と結晶化
      2. 結晶化温度およびガラス転移温度の加熱速度依存性の物理的意味
      3. 結晶化抑制ガラス相の局所構造

  
  
第2節 透過電子顕微鏡-金属ガラスのナノ構造・ナノ組織-
      1. 金属ガラスのナノ構造,ナノ組織とは
      2. 金属ガラスにみられるナノ構造,ナノ組織
       2.1 ナノ構造形態
       2.2 ナノ組織形態
        2.2.1 結晶化初期段階(α相形成型金属ガラス)
        2.2.2 結晶化初期段階(バルク金属ガラス系)

 

 第4章 金属ガラスのガラス転移と結晶化および構造緩和
  
   第1節 ガラス転移,結晶化および構造緩和のシミュレーション
      はじめに
      1. MD法シミュレーション
      2. ガラス相の生成と結晶化
      3. ガラス相の局所構造と振動状態
      4. 金属ガラスの構造緩和
      5. 金属ガラスの中範囲構造と自由体積
      6. モデル合金系を使った形成能予測
      7. ナノ組織形成予測
      おわりに

  
   第2節 ガラス転移と過冷却液体状態

     
     1.過冷却液体状態における粘性流動

      1. 金属ガラスの変形の特徴
      2. 均一変形と不均一変形
      3. 粘性流動時の粘度
       3.1 粘性
       3.2 ニュートン粘性
      4. 粘性流動時の応力
       4.1 ストレスオーバーシュート
       4.2 定常流動応力
      5. 粘性流動による伸び
       5.1 破断伸び
       5.2 最大伸びの理論値
      6. 粘性流動を用いた成形加工
       6.1 精密微細加工
       6.2 粉末の固化成形
       6.3 摩擦接合

     
     2.金属ガラスの粘性測定

      はじめに
      1. 粘度測定法
      2. Zr-Cu-Al-Ni系金属ガラスの粘度測定条件
      3. 高速加熱型圧子貫入法による高粘度過冷却液体の粘度測定
      4. 静電浮遊振動法による低粘度平衡液体の粘度測定
      5. 全温度範囲における金属ガラスの粘性挙動
   
   謝辞
   第3節 結晶化プロセス
      1. 金属ガラスの形成
      2. 結晶化前に起きる金属ガラス中の構造緩和と自由体積変化
      3. 相分離
      4. 金属ガラスの結晶化
       4.1 一般的な特徴
       4.2 ナノ結晶化
       4.3 変形による結晶化
       4.4 結晶化による準結晶の生成
       4.5 凝固における部分結晶化―ガラス−ナノ結晶ナノコンポジットの直接形成
       4.6 結晶核をあらかじめ含むアモルファス合金の結晶化
       4.7 昇温速度,温度および他の条件に依存して結晶化過程が変化するいくつかの金属ガラス
       謝辞

   
   第4節 構造緩和
      はじめに
      1. バルク金属ガラスの構造緩和現象
       1.1 粘性の緩和
       1.2 陽電子寿命緩和
       1.3 エンタルピー緩和
       1.4 密度緩和
        1.4.1 Pd-P系バルク金属ガラスの密度緩和挙動
        1.4.2 Zr基バルク金属ガラスの密度緩和
      2. Full-relaxationした金属ガラスの原子体積
      3. 構造緩和のモデル
      まとめ
 

 第5章 複相金属ガラス
  
   第1節 ナノ複相
      1. マイクロスケールの複相化の取り組み
       1.1 異種金属による複相化
       1.2 セラミックスによる複相化
      2. ナノスケールでの複相化の取り組み
       2.1 金属ガラスの核生成・粒成長
       2.2 ナノ結晶析出による複相化
        2.2.1 ナノ結晶析出機構
        2.2.2 ナノ複相化金属ガラスの機械的特性
  

   第2節 ナノ準結晶
      1. ナノ準結晶析出の基礎
       1.1 ナノ準結晶析出に関する研究の経緯
       1.2 ナノ準結晶の生成条件と析出の速度論
       1.3 ナノ準結晶析出金属ガラスの機械的特性
  

   第3節 デンドライト
      1. デンドライト結晶分散型バルク金属ガラス
       1.1 Ta(Nb)-richデンドライト相分散型Cu基金属ガラスの組織と機械的性質
       1.2 Ta(Nb)-richデンドライト相分散型Cu基金属ガラスの耐食性
       1.3 デンドライト相分散型金属ガラスの組織と機械的性質に及ばすTa添加量の影響

  
   第4節 二相金属ガラス
      1. ガラスの相分離現象
      2. Zr-希土類-Al-Ni合金の分相
       2.1 二相金属ガラスの形成
       2.2 二相金属ガラスの形態
       2.3 二相金属ガラスの組織加工
      3. 二相金属ガラスの利点

 

 第6章 金属ガラスの組織観察法
  
   第1節 X線・中性子線回折
      1.  X線異常散乱測定
      2.  高エネルギーX線回折を利用した構造解析
      3.  X線と中性子線の組み合わせ
  

   第2節 電子顕微鏡によるナノ構造観察・解析法

      1. 高分解能電顕法による周期構造の結像
      2. 電子線構造解析法
       2.1 電子線動径分布解析法
        2.1.1 強度測定と干渉関数
        2.1.2 リバースモンテカルロ(Reverse Monte-Carlo)計算とボロノイ多面体解析
       2.2 ナノビーム回折法
      3. 金属ガラス中のナノ構造、局所構造の観察、解析例

 

 第7章 金属ガラスの物理的・化学的特性
  
   第1節 電子構造
      1. 金属ガラスの安定性と三つの条件
      2. 金属ガラスの安定化における共有結合の重要性と関連結晶相利用の意義
      3. 擬ギャップの形成による相安定化機構
      4. Pd基およびZr基金属ガラスの構造と電子構造
       4.1 Pd基金属ガラス
        (1) 局所構造
        (2) 第一原理計算(バンド計算とクラスター計算)
        (3) 光電子分光
        (4) クラスターのランダムネットワーク
        (5) Pd基金属ガラスの安定化組成
        (6) 検証実験
       4.2 Zr基金属ガラス
        (1) 局所構造
        (2) クラスター計算
        (3) 光電子分光
      5. 金属ガラスに共通する特徴
      6. 金属ガラスの安定化条件として知られる経験則とその物理的解釈
      7. 未解明の課題

 
   第2節 電気的特性
      はじめに
      1. アモルファス金属の相変態に伴う電気抵抗挙動
      2. バルク金属ガラスの電気抵抗率曲線
      3. 液体相の電気抵抗率
      まとめと今後の展望
 

   第3節 低温物性
      1. 機械的性質
       1.1 等方物質の弾性定数と静的機械定数
       1.2  連続波超音波音速測定による弾性定数
       1.3 弾性定数の低温温度依存性
       1.4 低温における強度
       1.5 低温内部摩擦
      2. 熱的性質
       2.1 低温熱容量
       2.2 金属ガラスの低温比熱
       2.3 低温での熱膨張係数
      3. 電気的性質

 
   第4節 超音波特性
      1. 弾性率
       1.1 高温弾性率
       1.2 低温弾性率
       1.3 ポーラス体弾性率
       1.4 その他
      2. 内耗
       2.1 高温内耗
       2.2 低温内耗  
      3. 複素弾性・複素粘弾性
      4. SH波音診

  
   第5節 耐食性

      1. Zr系金属ガラス(MG)
      2. Ti系金属ガラス(MG)
      3. Fe系金属ガラス(MG)
      4. Ni系金属ガラス(MG)
      5. Cu系金属ガラス(MG)
      6. Mg系金属ガラス(MG)
      7. その他の金属ガラス(MG

  
   第6節 高温酸化

      1. Zr基金属ガラスMGの高温酸化
      2. Cu基金属ガラスMGの高温酸化
      3. Ni基金属ガラスMGの高温酸化
      4. Fe基金属ガラスMGの高温酸化
      5. その他の金属ガラスMGの高温酸化
 

  第8章 金属ガラスの機械的特性
  
   第1節 強度と変形特性
      1. 金属ガラスの応力―ひずみ曲線
      2. 金属ガラスの機械的性質の特徴
       2.1 高強度、低ヤング率、高弾性限および高最大弾性ひずみエネルギー
       2.2 低振動損失
      3. 合金系に依存する破壊挙動と破壊靱性
       3.1 金属ガラスの位置付け
       3.2 剪断帯と脈状模様の形成による高靱性化
       3.3 降伏の非対称性
      4. 延性の発現機構とその大小を決定付ける要素
       4.1 変形様式による塑性変形能の変化
       4.2 合金系・組成による塑性変形能の変化
       4.3 熱履歴による塑性変形能の変化
       4.4 サイズによる塑性変形能の変化
       4.5 アスペクト比による塑性変形能の変化
       4.6 剪断帯内の動的ナノ結晶析出による塑性変形能の変化
       4.7 試験片の不完全形状による塑性変形能の変化
      5. 剪断変形における擬弾性挙動
      6. 変形・強度の温度・変形速度依存性
       6.1 応力―ひずみ線図の温度依存性とその特徴
       6.2 ガラス遷移温度以下での粘弾性挙動
       6.3 試料の構造緩和が変形の温度依存性に及ぼす影響

  
   第2節 疲労と破壊靱性
      1. 疲労
       1.1 疲労き裂伝播
        1.1.1 疲労き裂伝播挙動
        1.1.2 疲労き裂伝播の支配力学因子
        1.1.3 進展機構
        1.1.4 過大応力の影響
        1.1.5 環境の影響
        1.1.6 疲労限度
       1.2 大気中と真空中
      2. 疲労と破壊靱性
       2.1 破壊靭性
        2.1.1 破壊靱性値
        2.1.2 破壊靱性が大きくなる原因
        2.1.3 破壊靱性に及ぼす諸因子の影響
         (1) 疲労き裂の有無
         (2) 負荷速度の影響
         (3) 組成と熱処理の影響

   第3節 高速変形特性
      1. 高速変形の必要性の意義
      2. 剪断帯の観察とその役割の重要性
      3. 応力のひずみ速度依存性
      4. 伸び値のひずみ速度依存性
      5. 組織学的因子の影響
      6. まとめ

  
   第4節 変形と欠陥生成のメカニズム
      1. 自由体積理論に基づく変形
      2. 原子論的モデリングよるアモルファス構造の生成
      3. 弾性変形のメカニズム
      4. 剪断帯(SB)のモデリングと発展メカニズム
  

   第5節 低温強度
      1. Zr基金属ガラスの低温強度
      2. CuZr基金属ガラスの低温強度
       2.1 圧縮強度に及ぼす温度の影響
       2.2 低温強度に及ぼすひずみ速度の影響
       2.3 弾性パラメータと低温強度
      まとめ

 
  第9章 金属ガラスの磁気特性
  
   第1節 軟磁性
     はじめに
     1. 軟磁性金属ガラスの分類
      1.1 Fe-(Al, Ga)-metalloids系
      1.2 (Fe, Co, Ni)-(Zr, Hf, Nb, Ta)-B系
      1.3 (Fe, Co)-Si-B-Nb系
      1.4 (Fe, Co)-Ln-B系
      1.5 Fe-Si-B-P-(C)系
     2. 軟磁性金属ガラスの保磁力
     3. 高BsFe-半金属系金属ガラス

  
  第2節 硬磁性

    
    1. Fe-Nd-B系

     1. Fe-Nd(Pr)-B系ガラス合金の生成、結晶化組織および磁気特性
     2. Fe-Nd-B系ガラス合金の形成能と磁気特性

    
    2. Fe-Pt-B系ナノコンポジット磁石

     1. Fe-Pt-B系アモルファス合金の結晶化組織と硬質磁性
     2. 大きな保磁力を持つL10 FePt/Fe2B型ナノコンポジット磁石

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