アモルファス合金の超急速加熱制御・ナノ3次元形状転写加工法の開発

• 研究課題/領域番号: 14655051
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械工作・生産工学
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 早乙女 康典 群馬大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90143198)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 2003年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円); 2002年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: アモルファス合金 / 急速加熱 / ナノ成形 / 成形加工 / 形状転写

研究概要

1.超急速加熱下のガラス遷移,結晶化挙動,過冷却液体域ΔTxの出現と,粘性挙動の実験的解析
高速・大電流FETを用いた直接通電加熱方式の超急速加熱(〜106K/s)実験装置を試作した.PbSe熱輻射計により超急速加熱下の温度を計測し,同時に変形,応力緩和挙動をしらべた.Zr基アモルファス合金について,急速加熱下の構造緩和,Tg,Tx,ΔTxの挙動を調べた結果,加熱速度を1K/sから100K/sにすると,粘性係数が1/100になることが明らかとなり,急速加熱加工法のナノ成形加工への有効可能性が明らかとなった.
2.超急速加熱制御・形状転写加工法の開発と,加工特性.
超急速加熱下での過冷却液体域ΔTxの出現を検知し,直ちに加工を行う装置を開発した.ΔTxの検出には,過冷却液体域での応力緩和挙動,粘性低下現象を直接検出する方法を採用した.加工工具の駆動には電磁リニアアクチュエータにより工具を駆動する方法と,直接試片に電磁力を負荷する方法を検討した.形状転写加工用金型として微細V溝形状金型を作製し,超急速加熱制御・形状転写加工を試みた.その結果,金型形状が試片に転写され,本加工法の有効性が認められた.しかし工具を用いる方法では,工具の接触による試片の冷却により十分な加工が行われないことがわかった.そこで,試片に非接触で電磁力が作用される方法を採用し,実験を行ったが,十分な加工結果が得られなかった.
3.ナノ3次元形状転写加工への応用
ナノ3次元形状金型の創製方法として,集束イオンビーム加工法により,溝幅50nmまでの微細3次元形状の創成を行って,過冷却液体域ΔTxでの形状転写加工実験を行い,加工に成功した.微細加工においては,材料の粘性,表面張力,工具材料間の接触挙動がその形状転写性能を支配するが、とくに材料の粘性が支配的であり,以上の急速加熱効果により,高効率なナノイン印プリントが実現できるものと期待できる.

研究成果

• [文献書誌] Y.Saotome, T.Noguchi, T.Zhang, A.Inoue: "Characteristic behavior of Pt-based metallic glass under rapid heating and the application to microforming."J.of materials Scienc & Engineering A. (in press).
• [文献書誌] Y.Saotome, K.Arai, T.Zhang, A.Inoue: "Viscosity of Zr-based Bulk Glassy Alloy in the Supercooled Liquid State under Rapid Heating"Proc. the 8th IUMRS(Int. Union of Materials Research Societies) Int. Conf. on Advanced Materials. 217-217 (2003)
• [文献書誌] Y.Saotome, S.Hanaki, T.Zhang, A.Inoue: "Characteristic Behavior of Tg, Tx in Zr-based Bulk Glassy Alloy under Rapid Heating at a Rate of up to 106K/s"Proc. the 8th IUMRS(Int. Union of Materials Research Societies) Int. Conf. on Advanced Materials. 215-215 (2003)
• [文献書誌] 新井 恭平, 早乙女 康典: "Zr基金属ガラスの急速加熱下の挙動"日本機械学会関東支部ブロック合同講演会講演論文集. 83-84 (2003)
• [文献書誌] 岡庭傑, 早乙女康典, 張涛, 井上明久: "集束イオンビーム加工によるナノ金型を用いた金属ガラスの成形加工"第54回塑性加工連合講演会講演論文集. 54. 133-134 (2003)
• [文献書誌] 早乙女 康典(分担), ほか, 井上明久編集: "ナノメタルの最新技術と応用開発"シーエムシー出版. 300 (2003)
• [文献書誌] Y.Saotome, S.Hanaki, T.Zhang, A.Inoue: "Characteristic behavior of Zr-based bulk metallic glass under rapid heating at a rate up to 10^6K/s"Abst. 11th Int. Conf. on Rapidly Quenched & Metastable Materials. (2002)
• [文献書誌] Y.Saotome, T.Noguchi, T.Zhang, A.Inoue: "Characteristic behavior of Pt-based metallic glass under rapid heating and the application to microforming"Abst. 11th Int. Conf. on Rapidly Quenched & Metastable Materials. (2002)