Recent research on image crystals; Discovery of the shape controllable cavities surrounded by facets in ceramics

イメージクリスタルに関する最近の研究; セラミクス中に発生する、形状制御可能なファセットに囲まれたキャビティー

芹澤 弘幸  

Serizawa, Hiroyuki

本研究を開始するきっかけとなったのは、単結晶UOの劈開面のSEM像だった。SEM像には、ファセットに囲まれたキャビティー、いわゆるネガティブクリスタルが写っていた。SEM観察した試料は、HIPでヘリウムを注入した後、高温処理した単結晶UOであったが、更に研究を進めたところ、その形状が温度履歴によって変化することを見出した。本研究で試料中に見られたネガティブクリスタルが、HIPによって注入されたヘリウムの析出によって形成されたことは明らかであり、その内圧が変化することによって表面自由エネルギーの大きな格子面がファセット成長して現れるのである。このように、形状をコントロールできるキャビティーを、我々はイメージクリスタルと呼んでいる。我々は、CeOについても研究を進めている。エピタキシャル成長させたCeO薄膜にヘリウムイオンを注入し、その後加熱することによって析出させると、UOと同様に、しかもナノサイズのイメージクリスタルを形成することが可能であることを確認した。

My investigation on the cavity in ceramics was triggered by the unexpected discovery of a polyhedral cavity in a UO matrix. The SEM image that fixed my eye's was a cavity found in the fracture surface of single crystal UO that was heat treated in helium at 90 MPa, followed by annealing at 1573 K for 1 h. It was clear that the cavity was a negative crystal which was formed by the precipitation of helium during the heat treatment after HIP injection. In a series of experiments, I noticed that the shape of cavity, when we use the helium injection method, the shape can easily be controlled. Our research team named the shape controlled negative crystal an image crystal. At this moment, we found three types of the image crystal formed in UO. We examined another research on the formation of the image crystal in CeO. I confirmed that nanosized image crystal is formed in the matrix.