2013 Fiscal Year Research-status Report
レーザー衝撃法による高密度格子欠陥導入・高密度結晶構造残存の機構解明とその応用
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25420778
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐野 智一 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30314371)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザー / 衝撃圧縮 / レーザー衝撃法 / 準安定構造 / 格子欠陥 |
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| Research Abstract |
申請者らはこれまでに、新しい塑性加工プロセスとして“レーザー衝撃法”を提唱し、この手法を用いて固体内部に高密度の格子欠陥を導入し、また高密度結晶構造を残存させることに成功している。ところがこれらの機構は解明されておらず、またマクロな材料特性向上には至っていない。そこで本研究では、レーザーパラメーターと物性値の観点からこれらの現象を定量的に理解し、機構解明することによって、高密度格子欠陥導入過程と高密度結晶構造残存過程を同時に記述するモデルを構築することを目的とする。さらにこのモデルを用いて、これらの現象によるマクロな材料特性向上として高硬度化および圧縮残留応力付与の最適条件を見出し、本手法をプラズマ閉じ込め媒質を用いない新しいレーザーピーニング手法として確立させる。
本年度は、高密度格子欠陥導入および高密度結晶構造残存現象を定量的に理解することとその機構解明を目的として、鉄（体心立方格子）、チタン（細密六方格子）、シリコン（ダイヤモンド構造）、アルミニウム（面心立法格子）、ニッケル（面心立法格子）の5種類の材料に対してフェムト秒レーザーを照射し、照射後の金属組織変化および力学的特性変化を調べた。その結果、鉄、チタン、シリコンに関しては準安定構造が存在すること、また全ての材料に関して高密度の格子欠陥が形成されていることと硬度が上昇すること、が明らかとなった。さらに、鉄、チタン、アルミニウムに関しては、フェムト秒レーザーを重ね合わせて照射することによって、圧縮残留応力が付与されることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画では本年度は高密度格子欠陥導入および高密度結晶構造残存現象を定量的に理解することとその機構解明に関する研究項目を実施する予定だったが、次年度以降着手する予定だった高密度格子欠陥導入および高密度結晶構造残存過程のモデル構築と、プラズマ閉じ込め媒質を用いない新しいレーザーピーニング手法確立に関する研究項目を開始することが出来た。その結果、これらの相乗効果によって研究計画全体が予定以上に進み、多くの成果を得ることが出来た。現在それらの成果を論文に纏めているところであり、具体的にはScience誌に1本、Applied Physics Letters誌に2本、Scripta Materialia誌に1本の論文を執筆中である。このように、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H25年度の研究計画が予定より早く進み、H26年度に計画していた研究項目にも着手出来ていることから、H26年度以降2年間かけて計画していた研究内容を、H26年度の1年間で完結させる。具体的には、既に実施した高密度格子欠陥導入および高密度結晶構造残存現象の定量的理解とその機構解明の研究成果に基づき、高密度格子欠陥導入および高密度結晶構造残存過程のモデル構築を実施し、さらにこれらの学術研究成果に基づき、応用研究項目であるプラズマ閉じ込め媒質を用いない新しいレーザーピーニング手法の早期確立を目指す。さらに、本研究計画実施後に計画していた新しい研究計画を前倒しで進める。すなわち、フェムト秒レーザー駆動衝撃圧縮過程のその場計測による材料強度発現機構の解明に関する研究である。具体的には、フェムト秒レーザー駆動衝撃波による材料の圧縮過程における格子面間隔と格子欠陥の挙動をそれぞれ高輝度超短パルスX線プローブおよび電子線プローブで計測することによって材料の塑性変形の起源を明らかにし、理想強度に関する統一的見解を得る。これらのプローブはそれぞれ別のプロジェクトで開発中であり、開発されたものを応用的に用いる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度内に購入する予定であった材料の納品が遅れ、平成26年度に納品されることになったため。
平成25年度内に購入する予定であった材料の納品が遅れ、平成26年度に納品されることになったため平成25年度の研究費に未使用額が生じたが、平成26年度に納入されるため、平成26年度に実施する予定の研究計画と併せて実施する。
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[Presentation] XFEL回折によるフェムト秒レーザー駆動衝撃圧縮下の固体の格子ダイナミクス計測2013
Author(s)
佐野智一, 松田朋己, 廣瀬明夫, 尾崎典雅, 浦西宏幸, 松岡健之, 兒玉了祐, 荒河一渡, 佐野雄二, 関根利守, 佐藤友子, 丹下慶範, 富樫格, 登野健介, 犬伏雄一, 佐藤尭洋, 矢橋牧名, 坂田修身
Organizer
第54回高圧討論会
Place of Presentation
朱鷺メッセ
Year and Date
20131114-20131116
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[Presentation] Ultrafast XFEL Diffraction Measurements of Femtosecond Laser-driven Shock-Compressed Fe @ SACLA2013
Author(s)
T. Sano, T. Matsuda, A. Hirose, N. Ozaki, H. Uranishi, T. Matsuoka, R. Kodama, K. Arakawa, Y. Sano, T. Sekine, Y. Tange, T. Togashi, K. Tono, Y. Inubushi, T. Sato, M. Yabashi, and O. Sakata
Organizer
X-FEL2013 X-ray Free Electron Laser School and symposium
Place of Presentation
Dinard, France
Year and Date
20130916-20130920
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[Presentation] Ultrafast XFEL diffraction measurements of femtosecond laser-driven shock-compressed iron2013
Author(s)
T. Sano, N. Ozaki, T. Matsuda, R. Kashiwabara, N. Matsuyama, H. Uranishi, K. Nakatsuka, Y. Kondo, T. Matsuoka, Y. Sano, Y. Tange, T. Sato, T. Sekine, K. Arakawa, T. Togashi, K. Tono, Y. Inubushi, T. Sato, M. Yabashi, O. Sakata, A. Hirose, and R. Kodama
Organizer
APS-SCCM & AIRAPT-24 Joint Conference
Place of Presentation
Seattle, USA
Year and Date
20130707-20130712
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[Presentation] XFEL diffraction of engineering materials under dynamic loading by nanoseconds laser pulse at SACLA2013
Author(s)
Y. Sano, T. Sano, N. Ozaki, T. Fujita, K. Hirota, S. Miyashita, T. Matsuda, H. Uranishi, R. Kashiwabara, Y. Kondo, T. Matsuoka, K. Arakawa, T. Adachi, M. Hashimoto, Y. Inubushi, T. Sato, K. Ogawa, M. Yabashi, T. Togashi, K. Tono, O. Sakata, K. Akita, K. Masaki, K. A. Tanaka, and R. Kodama
Organizer
APS-SCCM & AIRAPT-24 Joint Conference
Place of Presentation
Seattle, USA
Year and Date
20130707-20130712
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