自動車関連新機能材料に関する研究

• 研究課題/領域番号: 03045050
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 大学協力
• 研究機関: 鈴鹿工業高等専門学校
• 研究代表者: 戸田 成一 (1993) 鈴鹿工業高等専門学校, 校長 (90227596); 久保田 郁夫 鈴鹿工業高等専門学校, 校長 (10043283)
• 研究分担者: R.CHANDRASEK オハイオ州立大学, 情報工学科, 教授 ; HSIENーCHING オハイオ州立大学, 電子工学科, 名誉教授 ; G.R.ST.PIERR オハイオ州立大学, 材料工学科, 教授 ; MOHAMMED Ism オハイオ州立大学, 電気工学科, 教授 ; JOSE B.Cruz オハイオ州立大学, 工学部長 ; 近藤 一之 鈴鹿工業高等専門学校, 電気工学科, 講師 (00170423) ; 北村 登 鈴鹿工業高等専門学校, 電気工学科, 助教授 (50149936) ; 井上 哲雄 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 助教授 (10203241) ; 桑原 裕史 鈴鹿工業高等専門学校, 電子情報工学科, 助教授 (30043326) ; 大井 司郎 (大井 司朗) 鈴鹿工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (30043318) ; 国枝 義彦 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 助教授 (80043313) ; 山口 慎司 鈴鹿工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (70043304) ; PIERRE G.r.st. Ohio State University Dep. of Materials Sci. and Eng. ; CRUZ Jose b.jr. Ohio State University ; WILIAM E.Lee オハイオ州立大学, 工学部材料工学科, 教授 ; R.CHANDRASEK オハイオ州立大学, 工学部情報工学科, 教授 ; GEIRGE Valco オハイオ州立大学, 工学部電気工学科, 教授 ; HISEN Ching オハイオ州立大学, 工学部電気工学科, 名誉教授 ; GEORE St.Pie オハイオ州立大学, 工学部材料工学科, 教授 ; ROBERT A.Red オハイオ州大学, 工学部, 工学部長 ; CHANDRASEKAR オハイオ州立大学, 情報工学科, 教授 ; LEE William オハイオ州立大学, 材料工学科, 教授 ; VALCO George オハイオ州立大学, 電気工学科, 教授 ; GLOWER Donal オハイオ州立大学, 副学製
• 研究期間 (年度): 1991 – 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円); 1993年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円); 1992年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円); 1991年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: 酸化亜鉛 / 蛍光体 / 窒化ケイ素 / 接合 / アルミニウム合金 / SSRT試験 / 砥粒突き出し量 / 高精密電着超砥粒ホイール / 新素材 / 酸化亜学蛍光体 / 発光機構 / セラミックス接合 / アルミニューム合金 / 応力腐食割れ / スイッチドキャパシタ / 酸化亜鉛蛍光体

研究概要

「自動車関連新機能材料に関する研究」という研究課題で平成5年度において研究を行い、次のような成果が得られた。
(1)酸化亜鉛(ZnO)蛍光体の発光機構を解明するため電子エネルギーバンドの構造を調べるための実験を行った。まず測定に用いるZnO電着膜の膜厚を再現性良く作製する方法を検討した結果、膜厚-電着電荷量特性をビデオマイクロスコープで求めることにより、一定の膜厚の試料を作製できるようになった。次に電子エネルギーバンド構造を調べるため熱刺激電流(TSC)のコレクティング電圧の極性依存性を調べた結果、TSCが電圧極性と同方向になること及びピーク値の温度の極性依存性はないことが判明した。これよりTSCは、電子性で、ドナーのイオン化による電流であるとの確証を得た。また水銀ランプの紫外光を用いて、フォトルミネセンス測定を行った結果、ZnOのエネルギーバンドギャップに係る基礎吸収が発光に関与していることが分かった。一方、光伝導の酸素ガス圧依存性を調べた結果、結晶界面の吸着酸素が電子のトラップサイドとなることが分かった。
(2)セラミックスの接合は実用化に欠かせない重要な課題の一つである。いままでに窒化ケイ素同士の接合が高温高圧を適用したHIP処理によりクロム、フェロバナジュウムなどの各種バインダーを用いることで可能であることを明らかにしてきた。そこで、本研究では接合バインダーとして銅を用いたときの効果を接合界面の機械的特性および界面状態から検討した。その結果、次のようなことが明きらかとなった。
薄膜銅を蒸着した窒化ケイ素同士をアルゴンガス雰囲気(120MPa)下1923Kの温度以上でHIP処理すると良好な接合が得られた。処理温度が高いほど3点曲げ試験による接合強度は高くなった。また、蒸着薄膜銅の厚さが薄いほど接合強度が大きくなった。接合温度が低いと接合界面に窒化ケイ素の内部に侵透しない銅が残留しているのがEPMA分析により明きらかとなった。高い接合強度においては残留銅はほとんど存在していない。
(3)時効処理したAl-Zn-Mg系合金を0.5N Nacl溶液中の不動態域に電位を保持し、低ひずみ速度引張り試験器を用い応力腐食割れ試験を行った。試験中、その電流変化を測定するとともに破面観察を行い割れ形態の比較検討をも行った。溶体化材では歪の増加とともに不動態保持電流は大きく変動したが、ピーク時効材ではその変動は小さかった。
Al-Zn-Mg系三元合金に銅を添加すると不動態保持電流の変動は小さくなる傾向を示した。この電流密度の変動は歪の増加による皮膜の破壊およびその補修によるものだと考えられる。溶体化材の破面は主にディンプルによって占められているが、一部孔食に起因すると思われる粒内破壊も観察された。ピーク時効材では皮膜の破壊-生成の繰り返しによると思われる粒界破壊とディンプルの両方が観察された。これは、時効によって表面に形成される皮膜特性の差に起因するものだと考えられる。
(4)構造用セラミックスの最適加工法を検討してきたが、研削加工が最適と考え工具として超砥粒ホイール(ダイヤモンド、CBN)を検討した。現在用いられている電着超砥粒ホイールは砥粒密度が高く、砥粒突き出し量と砥粒保持力も大きいので、研削性能が格段に優れている。しかし、その形状精度が低いため高い加工精度が得られないという欠点がある。そこで形状精度が高く、理想的な作業面を持つ高精密電着超砥粒ホイールを製作し、構造用セラミックスの加工に対する研削性能を明らかにする。
準備段階として砥石モデルの製作を行い、その製作法の可能性を検討した。その結果(1)砥粒を静電散布することにより均一分布(2)砥粒突き出し量の均一化(3)無電解Niメッキにより形状精度の高度化が確認され砥石製作の可能性が確かめられた。今後、研削性能試験を行い、従来の超砥粒ホイールと比較検討する予定である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kunieda and T.Oki: "The Effects of Penetrated Metal by HIPing on Cast Iron Fiber Bonded Diamond Grinding Stone" Proceeding of First International Conference on Processing Materials for Properties. 717-720 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 井上 哲雄: "アルミニウム合金の熱処理と表面皮膜特性" 日本熱処理技術協会誌. (印刷中).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大井 司郎、堀内 宰、丹羽 誠一: "高精密電着超砥粒ホイールに関する研究(第1報)-砥石製作法-" 1993年精密工学会学術講演会講演論文集. 731-732 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Kunieda and T.Oki: "The Effects of Penetrated Metal by HIPing on Cast Iron Fiber Bonded Diamond Grinding Stone" Proceeding of First International Conference on Processing Materials for Properties. 717-720 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Inoue: "Characterization of Passivation Film on Surface of Aluminum Alloy by Heat Treatment" Journal of the Japan Society for Heat Treatment. (to be printed).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Oi, O.Horiuti and S.Niwa: "A study of high precision electro plated ultra grinding wheel (Method of production of grinding wheel)" The Japan Society for Precision Engineering. 731-732 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 国枝 義彦 沖 猛雄: "HIP法による窒化ケイ素の接合強度への各種バインダー(Cr-N,Fe-V,A1-SiO_2)の効果" 鈴鹿工業高等専門学校紀要. 25. 323-331 (1992)
• [文献書誌] 井上 哲雄 沖 猛雄: "Characterization of Passivation Film on the Surface Layer of A1-Zn-Mg Alloy" 鈴鹿工業高等専門学校紀要. 25. 77-82 (1992)
• [文献書誌] 近藤 一之 渡辺 健蔵: "副尺を備えたスイッチドキャパシタ容量測定回路" 電子情報通信学会春期大会予稿集. A-42 (1993)
• [文献書誌] 近藤 一之 渡辺 健蔵: "A Switchied-Capacitor Capacitance Measurment Circuit with the Vernier Scale" IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics,Communications and computer Sciences.
• [文献書誌] 国枝 義彦,沖 猛雄: "HIP法による窒化ケイ素の接合強度への各種バインダ-(CrーN,FeーV,AlーSiO2)の効果" 鈴鹿工業高等専門学校紀要. 第25巻. (1992)