18:15 〜 19:30
[SCG57-P08] 焼結したディオプサイド細粒多結晶体の粒成長
キーワード：粒成長, 焼結, ディオプサイド, 多結晶体
地球内部において，結晶粒径は様々な環境下により10～100倍程度に変化する．結晶粒径は岩石物性を考える上で重要なパラメータの一つであり，特に拡散クリープにおいて岩石の粘性率は結晶粒径に強く依存する．本研究では，結晶粒径がサブミクロン～数μmの小さな粒子に注目し，かんらん岩・はんれい岩の主要造岩鉱物である単斜輝石の一種，ディオプサイドのナノ粉末を出発物質とした粒成長実験を行った．
本研究には，ヘデンバージャイト(CaFeSi2O6)成分の異なる2種類のディオプサイド単結晶(単結晶Ⅰ:Ca0.99Na0.01Mg0.97Fe0.03Si2O6， 単結晶Ⅱ:Ca0.97Na0.02Al0.02Mg0.86Fe0.13Si2O6)を用いた．2種類の単結晶は平均粒径1μm以下まで粉砕し，得られた粉末を2MPaで一軸加圧成型し，常圧または真空にて温度1130～1280℃，保持時間2時間または6時間で焼成した．熱処理後の各焼結体は，表面組織観察を走査型電子顕微鏡(SEM)で行い，焼結体の同定にはX線回折分析(XRD)，蛍光X線分析(XRF)，ラマン分光分析およびSEM-EDS装置による元素マッピングを行った．
得られた焼結体の表面組織観察を行った結果，より高温または長時間の焼成を行うことで粒成長・緻密化が進行した．また，より平均粒径の小さい原料粉末を用いると焼結体の平均粒径も小さくなった．
時間の経過に伴い連続的な平均粒径の増加が認められた焼結体について，現象論的に知られている粒成長の式 (e.g. Burke, 1966) から粒成長係数nと速度定数k (μmn/s)をそれぞれ求めた．下式において，Df (μm)は時間t (s)焼成後の焼結体の平均粒径，D0 (μm)は粉末の平均粒径である．
Dfn - D0n = kt
粒成長係数nと速度定数kは，それぞれ単結晶Ⅰを原料とした粉末を用いた場合にn=2.59, log10K=-3.3，単結晶Ⅱを原料とした粉末を用いた場合にn=2.64，log10K=-4.8が求められた．本実験結果から得られたnおよびkの値を，先行研究で行われたアノーサイトおよびかんらん石の常圧における粒成長実験結果と比較を行った．その結果，理論的に粒成長の律速過程のみに依存するとされる粒成長係数nの値は，アノーサイト(n=2.6, Dresen et al., 1996)およびかんらん石(n=2～3, Karato, 1989)と近い値をとることがわかった．
本研究には，ヘデンバージャイト(CaFeSi2O6)成分の異なる2種類のディオプサイド単結晶(単結晶Ⅰ:Ca0.99Na0.01Mg0.97Fe0.03Si2O6， 単結晶Ⅱ:Ca0.97Na0.02Al0.02Mg0.86Fe0.13Si2O6)を用いた．2種類の単結晶は平均粒径1μm以下まで粉砕し，得られた粉末を2MPaで一軸加圧成型し，常圧または真空にて温度1130～1280℃，保持時間2時間または6時間で焼成した．熱処理後の各焼結体は，表面組織観察を走査型電子顕微鏡(SEM)で行い，焼結体の同定にはX線回折分析(XRD)，蛍光X線分析(XRF)，ラマン分光分析およびSEM-EDS装置による元素マッピングを行った．
得られた焼結体の表面組織観察を行った結果，より高温または長時間の焼成を行うことで粒成長・緻密化が進行した．また，より平均粒径の小さい原料粉末を用いると焼結体の平均粒径も小さくなった．
時間の経過に伴い連続的な平均粒径の増加が認められた焼結体について，現象論的に知られている粒成長の式 (e.g. Burke, 1966) から粒成長係数nと速度定数k (μmn/s)をそれぞれ求めた．下式において，Df (μm)は時間t (s)焼成後の焼結体の平均粒径，D0 (μm)は粉末の平均粒径である．
Dfn - D0n = kt
粒成長係数nと速度定数kは，それぞれ単結晶Ⅰを原料とした粉末を用いた場合にn=2.59, log10K=-3.3，単結晶Ⅱを原料とした粉末を用いた場合にn=2.64，log10K=-4.8が求められた．本実験結果から得られたnおよびkの値を，先行研究で行われたアノーサイトおよびかんらん石の常圧における粒成長実験結果と比較を行った．その結果，理論的に粒成長の律速過程のみに依存するとされる粒成長係数nの値は，アノーサイト(n=2.6, Dresen et al., 1996)およびかんらん石(n=2～3, Karato, 1989)と近い値をとることがわかった．