塑性変形限界を利用した4GPa級非磁性ピストンシリンダー型高圧装置の試作

Research Project

Project/Area Number	13874041
Research Category	Grant-in-Aid for Exploratory Research
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	上床美也東京大学, 物性研究所, 助教授 (40213524)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	森多美子東京大学, 物性研究所, 助手 (70174373) 東堂栄東京大学, 物性研究所, 助手 (10114571) 小坂昌史埼玉大学, 理学部, 助教授 (20302507) 辺土正人東京大学, 物性研究所, 助手 (00345232)
Project Period (FY)	2001 – 2002
Project Status	Completed (Fiscal Year 2002)
Budget Amount *help	¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000) Fiscal Year 2002: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords	圧力発生装置 / ピストンシリンダー / NiCrAl合金 / CuBe合金 / 強相関 / 低温
Research Abstract	本研究は、極低温下、物性測定に用いる非磁性ピストンシリンダー型圧力容器を用いて得られる最大発生圧力を従来の2GPaから4GPa程度に引き上げることを主目的として行われた。当初CuBe合金を用いて塑性変形を利用した研究を行っていたが、非磁性合金としてこれまでのCuBeより優れたNiCrAl合金が開発され入手できるようになった。この合金を用いることにより弾性域で約3.5GPa程度発生できることがわかったので、さらに4GPa以上の圧力を発生させるため塑性域を利用した圧力装置作製のため昨年度に引き続き圧力装置の材料としてのNiCrAl合金の特性試験およびシリンダーとしての耐荷重試験、実際の物性測定試験を行った。圧力発生装置はCuBe合金の中にNiCrAl合金を圧嵌めしたハイブリッド構造とした。昨年度弾性域を利用することにより4GPa程度まで、発生させることに成功した。このとき用いたシリンダーは外形24mmφ内径5mmφであった。さらにこの合金を用いたときの圧力発生効率が約80%程度であった。このときの限界圧力を決定しているも部品はシリンダーではなくピストンであることが判明したので、ピストンの強化を行った。実際はこれまでのタングステンカーバイト(WC)合金を焼結ダイヤモンドピストンに変更し試験を行った。その結果、これまで4GPa以上の圧力を発生できる成功率が1割程度から5割以上に上昇した。しかし、4GPa以上の圧力を発生させると焼結ダイヤモンドさえ破壊してしまうことが明らかになった。今後はピストンをより堅いと思われるSiC等で試してみたい。現在、室温で5GPa弱および極低温(約30mK)で3.7GPa発生出来る圧力容器が作製されている。