| 研究課題/領域番号 |
12450059
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機械工作・生産工学
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
島田 尚一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20029317)
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| 研究分担者 |
田中 宏明 大阪電気通信大学, 工学部, 助教授 (60330156)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2001
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| 研究課題ステータス |
完了 (2001年度)
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| 配分額 *注記 |
11,900千円 (直接経費: 11,900千円)
2001年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2000年度: 9,500千円 (直接経費: 9,500千円)
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| キーワード | トライボマテリアル / セラミックス超格子薄膜 / 微細構造 / 計算機シミュレーション / 分子動力学 / 第一原理計算 / 硬度上昇 / 機能性薄膜 / セラミックス超格子 / トライボマテリマル |
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| 研究概要 |
高荷重、高温、高真空、超清浄などの環境下での機器要素に用いられるトライボマテリアルとして、ナノスケールの微細構造を持つ新材料が開発されつつあるが、これらの材料が高い機能を発現するメカニズム、微細構造や構成原子種などの適切な選択基準はほとんど明らかにされていない。本研究は、計算機シミュレーションを利用して、微細構造を有する機能材料が高硬度、高耐摩耗性、高耐熱性、超低摩擦などの高い機能を発現する機構を解明し、それらの成果を元に、意図する高機能トライボマテリアルの効率的な設計手法を開発することを目的としたもので、主な成果は以下の通りである。
(1)第一原理計算にもとづいて、遷移金属の窒化物セラミックスおよびそれらの超格子構造を持つ材料の分子動力学解析を行うための原子間ポテンシャルを決定する手法を確立し、TiN、AlN、ZrNのポテンシャルを決定した。
(2)微小硬度計を改良して、種々の積層周期を持つTiN/AlNおよびTiN/ZrNセラミックス超格子薄膜の微小硬度を測定し、積層周期が小さくなるほど硬度が高くなること、構成原子によっては最適周期がある可能性があることを明らかにした。
(3)TiN/AlNセラミックス超格子薄膜のモデルを作成し、分子動力学解析によって力学的特性を評価した結果、積層周期が小さくなると連続体に近くなり、最初に破壊が始まる圧縮応力は低くなること、薄膜内の圧縮応力が残留する領域でせん断破壊が、引張応力を残留する領域で引張破壊が生じるが、破壊は界面で止められ、伝搬しないことを明らかにした。
(4)層間で生じる破壊の規模は積層周期が大きくなるほど大きくなり、また、積層周期が非常に小さいと、連続体に近くなり、やはりクラックが発生すると致命的な破壊に至る。したがって、最適な積層周期が存在すると考えられる
(5)分子動力学解析および第一原理計算にもとづいて、意図する高機能材料の微細構造設計を可能にする手法を確立した。
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