EBSDを利用したセラミックス中の照射損傷の解析手法の検討

Application of EBSD as a method for analyzing irradiation damage in ceramics

藤村 由希; 石川 法人   ; 近藤 啓悦  

Fujimura, Yuki; Ishikawa, Norito; Kondo, Keietsu

高い高温強度・耐腐食性を有するセラミックス材料は化学的に安定であり、その中でも特に酸化アルミニウム(AlO)は、耐照射性にも優れた材料であることが分かっている。一方で、耐照射性が高いということは照射損傷の度合いが小さいということを意味しており、ごくわずかな照射影響について検知し、適切に評価するのは非常に困難である。本研究ではこの「微小な照射損傷」を捉えるため、金属などを主体とする他の構造材料における照射影響解析の場面で利用されている電子後方散乱回折(EBSD)パターンを用いた格子ひずみ(弾性ひずみ)の解析をセラミックス材料に適用した。照射損傷の影響を抽出するために、酸化アルミニウム(AlO)を原料とした単結晶サファイアを対象にし、いくつかの異なる照射量でイオン照射試験を行い、EBSD測定と格子ひずみ解析を実施したところ、これまでに分かっていた照射面と垂直方向の照射影響(格子膨張)に加えて、新たに水平方向の照射影響(格子収縮)を捉えることに成功した。さらに、照射量が増加するとともに照射損傷の程度も大きくなる傾向が見られた。以上のことから、EBSDは照射損傷によるセラミックス中の格子ひずみの照射量依存性を検知・評価できる有力な手法であることを明らかにした。

While ceramic materials exhibit high temperature strength and corrosion resistance, they are also chemically stable. Specifically, aluminum oxide (AlO) is recognized as one of the highly radiation resistant materials. On the other hand, the precise evaluation of irradiation damage in these materials poses a significant challenge because detecting radiation damage induced in highly radiation-resistant ceramics is difficult. The objective of this study is to evaluate irradiation-induced lattice strain using Electron BackScatter Diffraction (EBSD), a technique commonly employed for damage analysis in metals. Ion irradiation tests were conducted on AlO, a representative highly radiation-resistant ceramic, at various doses. Through lattice strain analysis using EBSD, we successfully identified irradiation-induced lattice strain in the direction parallel to the irradiation, consistent with previous XRD analysis results. Lattice strain in the direction perpendicular to the irradiation was also detected. It was observed that the lattice strain tends to increase with increasing irradiation damage. In conclusion, lattice strain analysis using EBSD proves to be an effective method for assessing the irradiation effects on ceramics.