2013 Fiscal Year Research-status Report
超微細塑性加工と相分離現象を融合した高アスペクト比ナノ微細加工プロセスの創成
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25630317
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Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小泉 雄一郎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10322174)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山中 晃徳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50542198)
西山 宏昭 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (80403153)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 精密・特殊加工プロセス / トップダウン-ボトムアップ融合プロセス / 相分離 / ナノ塑性加工 / 析出 / 転位 / 相変態 / 微細加工 |
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| Research Abstract |
光学素子等として重要なナノサイズの周期立体構造体の製造はリソグラフィーで行われているが、大がかりな真空プロセスが不可欠であり、作製できる構造体のアスペクト比にも限界がある。一方、合金の相分離現象には高アスペクト比のナノ構造を自発的に形成するものが多い。但し、通常の熱処理で生じる相分離の起点は偶発的なため、得られる構造は大小の乱れを伴う。本研究では、大気中での超微細塑性加工を活用して相分離の起点を一定間隔に制御し、相分離後の選択溶解と組み合わせて高アスペクト比の周期的立体構造を製造する新しい加工技術の開発に挑戦している。平成25年度は、これまでの層状組織制御の研究において局所塑性加工領域での優先析出も確認されているTi-Al合金に注目し、超微細塑性加工によるγ-TiAl相析出サイトの制御を試みた。
（A）Al過飽和α2相単結晶の作製：アーク溶解よりγ相とα２相が交互に積層した層状組織をもつTi-41at%Al母合金を作製した。光学式浮遊帯域溶融法による単結晶育成後、板状結晶を切り出した。板面は、γ-TiAl相が析出する（0001）面と垂直な、{1-100}面と｛11-20｝面を選択した. 溶体化処理、真空封入後、α単相となる1473 Kにて溶体化した後に氷水中に焼き入れることでAl過飽和α2単結晶を得た。
（B）超微細塑性加工と相分離によるγ相分布制御： (A)で得た結晶表面に、ダイヤモンドナイフを(0001)底面トレースに平行に押し当てて超微細塑性加工装置を用い、一定間隔で塑性変形領域を形成した。その内部組織を透過電子顕微鏡（TEM）にて観察したところ、変形部の下にのみ(0001)底面に沿って高密度な転位の帯が形成された。それに二相化焼鈍を施すと、変形部にのみγ相が析出した。すなわち超微細加工により析出物の位置を制御することに成功した。
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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
層状組織をもつTi-Al結晶の製造、溶体化熱処理、超微細加工による転位導入、その熱処理によるγ相析出の分布の制御、すべてに予定どおり進展している。選択溶解の実験が遅れているが、多結晶での予備実験には成功しており、早急に挽回できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
少し遅れていいる単結晶の選択溶解の実験を行い、Al-Ag合金系への展開、その光学特性を評価を進めるとともに、フェーズフィールドシミュレーションを行い、ひずみ導入による析出促進の速度論を構築する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初、当該年度に米国材料学会（TMS）での発表を小泉が渡航して行う予定であったが、国内での他の重要な会議に出席する必要が生じたため渡航をキャンセルした。また、選択溶解実験のために装置を改良する必要も生じたが、その装置再設計製造の年度内実施が不可能であった。従って、これらを次年度に行うため、次年度使用額が生じた。
米国学会渡航参加費用：400,000円
実験装置改良参加費用：197,370円
Ti-40at%Al合金丸棒：420,000円
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Research Products
(9 results)
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[Presentation] Ultrahigh Aspect-ratio Nano-gratings of Ti-Al Alloy Fabricated by a Combined Top-down Bottom-up Approach2014
Author(s)
Yuichiro Koizumi, Daixiu Wei, Akihiko Chiba, Akinori Yamanaka, Masahiko Yoshino, Hiroaki Nishiyama
Organizer
2014 Functional Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications ― Nanomanufacturing II & Fabrication and Fundamentals I, TMS 2014 143rd Annual Meeting & Exhibition, San Diego, USA
Place of Presentation
San Diego, TX, USA
Year and Date
20140216-20140220
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