微細構造を持つ材料の高機能発現機構とトライボマテリアル設計への応用

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450059
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 島田 尚一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20029317)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 宏明 大阪電気通信大学, 工学部, 講師 (60330156)
• Keywords: トライボマテリマル / 機能性薄膜 / 微細構造 / 計算機シミュレーション / 分子動力学 / 第一原理計算 / セラミックス超格子

Research Abstract

高荷重、高温、高真空、超清浄などの環境下での機器要素に用いられるトライボマテリアルとして、種々の微細構造を持つ新材料が開発されつつあるが、これらの材料が高い機能を発現するメカニズム、微細構造や構成原子種などの適切な選択基準はほとんど明らかにされていない。本研究は、計算機シミュレーションを利用して、ナノスケールあるいはそれ以下の微細構造を有する機能材料が高硬度、高耐摩耗性、高耐熱性、超低摩擦などの高い機能を発現する機構を解明し、それらの成果を元に、意図する高機能トライボマテリアルの効率的な設計手法を開発することを目的とし、今年度の主な成果は以下の通りである。
(1)第一原理計算にもとづいて、いまだ明らかにされていない遷移金属の窒化物セラミックスの超格子構造を持つ材料の弾性定数を求める手法を開発した。
(2)微細構造を持つ材料の機械的・熱的特性を解明するための、分子動力学/有限要素複合モデルを用いた解析手法を開発した。
(3)現有の超高真空摩擦実験装置を改良して、任意の雰囲気のもとでの摩擦・摩耗実験を行うことが出来る実験装置を製作した。
(4)種々の積層周期を持つTiN/ZrNセラミックス超格子薄膜の微小押し込み試験を行い、積層周期が小さくなるほど硬度が高くなることを示した。

Research Products

• [Publications] 高井英義,島田尚一,鶴谷身延,田中宏明: "超格子薄膜の微細構造と機能"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 158 (2000)
• [Publications] S.Shimada,H.Takai,H.Tanaka,N.Ikawa: "Effect of Laminating Period of Ceramics Superlattice Coating Film on Its Mechanical Properties"Proc.2000 ASPE Annual Meeting. 324-327 (2000)