| Project/Area Number |
22KF0116
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| Project/Area Number (Other) |
22F22360 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
杉田 直彦 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70372406)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ZHANG YANMING 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2024: ¥100,000 (Direct Cost: ¥100,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | ダブルパルスフェムト秒ーマイクロ秒レーザ加工 / 金属相 / 材料除去効率 / 表面の均質性 / 電子励起 / 散乱効果 / ダブルパルスフェムト秒―マイクロ秒レーザ加工 / 加工能率 |
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| Outline of Research at the Start |
セラミック材料は，熱的，力学的，化学的および電気的に優れた特性を有し，最先端製品の製造に広く用いられている．既存のフェムト秒レー ザ加工法によるセラミック材料の加工は，低いエネルギ効率および局所的なマイクロクラックの発生により，高効率，高精度，高品質な加工を実現できていない．本研究は，局所的かつ過渡的な光誘導結晶粒界変化のメカニズムに基づいて，セラミック材料の表面付近でのフェムト秒レーザの散乱を取り除き， 高密度微細スケールの電子励起領域（金属相）発生の制御を実現することで，最終的にセラミック材料の高速精密微細加工の実現を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
セラミック材料(Al2O3, AlN, Si3N4, ZrO2等)は, 熱的, 力学的, 化学的および電気的に優れた特性を有し, 最先端製品の製造に広く用いられている.既存のフェムト秒レーザ加工法によるセラミック材料の加工は, 低いエネルギ効率および局所的なマイクロクラックの発生により, 高効率, 高精度, 高品質な加工を実現できていない.本研究は, 局所的かつ過渡的な光誘導結晶粒界変化のメカニズムに基づいて, セラミック材料の表面付近でのフェムト秒レーザの散乱を取り除き, 高密度微細スケールの電子励起領域(金属相)発生の制御を実現することで, 最終的にセラミック材料の高速精密微細加工の実現を目指す.
今年度は，超高速カメラ観察によって，セラミック材料のダブルパルスフェムト秒-マイクロ秒レーザ加工の材料除去メカニズムを明らかにし，セラミック材料の加工効率を大幅に向上させた．従来のフェムト秒レーザ加工と比較して，加工効率は5000倍以上に向上した.連続波レーザの照射によって，この金属相領域の材料を瞬間的に溶融・除去(マイクロ秒スケール)し,高効率精密微細加工を実現した．また，穴の材料除去効率,表面の均質性,寸法の精度などの加工特性を評価した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年の研究目標は，セラミック材料の高効率精密微細加工を実現するために，セラミック内部の金属相の形態変化を観察することであった．この目標を達成するために，改良されたポンププローブ超高速観察プラットフォームを構築した．連続波レーザの照射により，金属相の材料を瞬間的に溶融・除去(マイクロ秒スケール)し,高効率精密微細加工を実現した．また，セラミックの材料除去時に発生するマイクロ・サブマイクロスケールのダメージを評価し，加工品質を向上させた．さらに，セラミック材料に対して超高速アレイ構造の加工実験を行い， 穴の材料除去効率，表面の均質性，寸法の精度などの加工特性を評価した．よって，今年度の研究進捗はおおむね順調であった．
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| Strategy for Future Research Activity |
さらなる過渡選択的レーザ加工法の改善を行う．また，セラミック材料の高効率精密微細加工技術を構築し，異なる種類のセラミック材料における高効率・高精密微細加工の材料依存性を調査する．さらに，低透過率材料であるセラミック材料の高効率精密微細加工のデータベースを構築する. 最終的に研究報告書を作成する．
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
