2000 Fiscal Year Annual Research Report
パルスイオンビームアブレーションを用いた超高硬度材料の作製
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12450280
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
八井 浄 長岡技術科学大学, 極限エネルギー密度工学研究センター, 教授 (80029454)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江 偉華 長岡技術科学大学, 極限エネルギー密度工学研究センター, 助教授 (90234682)
原田 信弘 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80134849)
斎藤 秀俊 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80250984)
鈴木 常生 長岡技術科学大学, 極限エネルギー密度工学研究センター, 助手 (00313560)
今田 剛 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (60262466)
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| Keywords | 超高硬度材料 / 薄膜化 / 高速成膜 / 超高圧力 / 大強度パルス軽イオンビーム / パルスイオンビーム蒸着法 / アブレーションプラズマ / 飛翔体加速 |
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| Research Abstract |
A.イオンビーム・ターゲット照射実験
大強度パルスイオンビームをB_4Cターゲットに照射して、薄膜作製実験を試みた。その結果、世界で初めて、基板加熱なし、後処理なし、真空中で、結晶化した薄膜作製に成功した。得られた結果を纏めると下記の通りである。
1)成膜速度300nm/sの超高速に達し、通常の成膜法に比べて5桁以上も速い。
2)基板加熱なし、後処理なし、真空中での成膜は世界で初めてである。
3)薄膜の非常に硬く、ビッカース硬さは2,300程度に達する。
4)ターゲットと基板に正対する通常の成膜法の他に、基板をターゲット保持板の背面や背後に設置した配置でも、成膜される。この場合、薄膜表面にはドロップレット等が無く、極めて平滑である。
B.コンピューター・シミュレーションによるモデル計算、及び実験との比較
大強度パルスイオンビーム発生装置"ETIGO-II"を用いて、ビームエネルギー1MeV,エネルギー密度4.3kJ/cm^2程度の高エネルギー密度を達成し、これをアルミニウム・ターゲットに照射して、イオンビーム・ターゲット相互作用を実験及びコンピューターシミュレーションの両面から調べた。得られた結果を以下に記す。
1)アブレーションの反作用によって、飛程より深い領域が高速度に加速される。このとき飛翔体の最高速度8km/s、アブレーション圧力13GPaに達する。
2)1次元の磁気流体モデルを用いた計算機シミュレーションで得られた結果は、実験的に計測されたプラズマの温度、密度、アブレーション圧力を非常に良く説明出来る。
3)アルミニウムの上に金の薄膜をコートした多層ターゲットを用いると、飛翔体の速度は単層ターゲットの場合よりも増大することが実験的に観測されたが、計算機シミュレーションによっても、うまく説明することが出来る。
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[Publications] 江偉華,八井浄: "小特集 アブレーションプラズマのプロセス応用、4.アブレーションプラズマ生成・制御2(イオンビーム)"プラズマ・核融合学会誌. 76(#11). 1137-1138 (2000)
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[Publications] 北島和男,鈴木常生,江偉華,八井浄: "大強度パルスイオンビーム蒸着法によるB_4C薄膜の作製"電気学会論文誌. 121-A(2). 163-168 (2001)
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[Publications] K.Yatsui,W.Jiang,Nob.harada, et.al.: "Foil Acceleration by Intense Pulsed Ion Beam Ablation Plasma"Jpn.J.Appl.Phys.. 40(2B). 955-959 (2001)
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[Publications] K.Kitajima,T.Suzuki,W.Jiang,K.Yatsui: "Preparation of B_4C Thin Film by Intense Pulsed Ion-Beam Evaporation"Jpn.J.Appl.Phys.. 40(2B). 1030-1034 (2001)
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[Publications] T.Suzuki,W.Jiang,K.Yatsui, et al.: "Synthesis of Ti-Al Intermetallic Compound Films by Intense Pulsed Ion Beam Evaporation"Jpn.J.Appl.Phys.. 40(2B). 1042-1044 (2001)
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[Publications] T.Suzuki,W.Jiang,K.Yatsui, et.al.: "Preparation and Characterization of C-N-H-O Thin Film by Ion Beam Evaporation"Jpn.J.Appl.Phys.. 40(2B). 1045-1048 (2001)
