融点近傍のシリコンにおける応力誘起非晶質化と転位介在塑性:分子動力学シミュレーションによる研究

• 4H-SiC基板のナノインデンテーション中の荷重-深さ曲線の変動が、主に転位の核生成と伝播に関連することをMDシミュレーションで解明した。
• basal slip (BS)は原子配列と応力分布に主に影響され、prismatic slip (PS)はインデンテーション深さの増加に伴いBSの終端で開始することを見出した。
• MDシミュレーションの信頼性を検証するため、ナノインデンテーション実験を実施した。

• 分子動力学シミュレーションにより、300Kで⟨110⟩配向B2-FeAlナノワイヤの曲げ挙動を[001]・[112]・[111]・[110]の4荷重方向で調査した。
• 全荷重方向で転位核生成による降伏が生じる点は共通だが、荷重方向により機械的応答と破壊機構が異なり、[001]・[112]曲げは脆性破壊、[111]・[110]曲げは大きな曲げ曲線を持つ塑性変形を示した。
• 脆性-延性遷移は転位特性とクロススリップ容易性に依存し、[001]・[112]ではエッジ優位転位が応力集中と脆性破壊を招く一方、[111]・[110]ではスクリュー特性優位の転位すべりが応力局在を緩和し均一塑性変形を維持する。

• 分子動力学シミュレーションにより、多結晶α-Feで水素濃度上昇に伴い水素原子が結晶粒界に沿って拡散し機械的特性を連続的に劣化させることが示された
• 初期破壊ひずみはファイングレイン/コースグレイン両モデルで40%以上減、破壊エネルギーは50%以上減となり、ファイングレインモデルの方が水素感受性が高い
• 粒界水素濃度が約7-9%に達すると粒界転位放出が抑制され、塑性変形から脆性粒界破壊へ遷移する(水素誘起延性脆性遷移の開始点)

高エントロピー遷移金属二ホウ化物は有望な超高温セラミックスであるが、高温弾性応答、異方性変形、破壊機構に関する原子レベルの知見は乏しい。本研究では、第一原理計算精度の深層学習ポテンシャルを開発し、分子動力学シミュレーションを用いて、(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Ti0.2Nb0.2)B2 の900 Kから3300 Kまでの熱機械挙動を研究した。開発したポテンシャルは、格子定数、状態方程式、弾性定数を密度汎関数理論計算および実験結果と高い精度で再現し、熱膨張・圧縮状態でも適用可能であった。シミュレーションの結果、面外方向の熱膨張が面内方向を上回る異方性熱膨張と、C11 > C33 を維持しつ…

• 分子動力学シミュレーションでCNT強化ニッケル複合材料のナノ切削挙動を解析し、切削速度50→200 m/sで平均接線切削力が約16.5%減少、切削距離200 Åで切削温度が26.7%上昇することを示した。
• 切削深さの増加に伴い応力局在化・構造的無秩序・転位活動が増大し、サブサーフェス変形に強く影響することを確認した。
• 転位進化が切削速度に非単調依存を示し、熱的効果と機械的効果が切削条件により同時に作用することを示唆した。