窒化クロムの元素置換による正方晶化:要因解明と超高硬度材料の新規合成

• 研究課題/領域番号: 22686069
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 材料加工・処理
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 鈴木 常生 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (00313560)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円); 2012年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2011年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2010年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
• キーワード: 硬質薄膜 / パルスレーザー堆積法 / 遷移金属窒化物 / 酸窒化クロム / 超高真空 / エピタキシャル成長 / 酸化挙動 / 精密酸素量制御 / レーザーアブレーション / 硬質材料 / 薄膜 / 固溶硬化 / ナノコンポジット

研究概要

ドリル等の切削工具に被覆される硬質薄膜の高硬度化は、切削の高効率化に直結する。そのための新しい硬質材料を開発した。窒化クロムに酸素を固溶させた新物質Cr(N,0)が高硬度と高い耐酸化性を示すことを確認した。酸素含有量の増加に伴いCrサイトの空孔が導入されて岩塩型構造を保つことが分かった。酸化マグネシウム単結品基板上にも同様の薄膜を作製することにより結晶子サイズの大きな結品が作製でき、酸素の置換が明確となり、さらに高い耐酸化性の要因を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Controlling Oxygen Content by Varying Oxygen Partial Pressure in Chromium Oxynitride Thin Films Prepared by Pulsed Laser Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Suzuki, Toshiyuki Endo, Teruhisa Fukushima, Aoi Sato, Tsuneo Suzuki, Tadachika Nakayama, Hisayuki Suematsu and Koichi Niihara
  • 雑誌名: Material Transactions 巻: 54[7]
  • NAID: 10031183658
  • URL: http://matjourna1.org/index.php?mid=jindex&stage=j1ist1&jid=MATERTRANS
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling Oxygen Content by Varying Oxygen Partial Pressure in Chromium Oxynitride Thin Films Prepared by Pulsed Laser Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Suzuki
  • 雑誌名: Material Transactions 巻: 54
  • NAID: 10031183658
  • 査読あり
• [雑誌論文] パルスレーザー堆積法による傾斜組成 Cr-Al-N-O 薄膜の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木常生,藤ノ木和哉,浅見廣樹,平井誠,湯之上隆,末松久幸,八井 浄
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 76 号: 6 ページ: 391-396
  • DOI: 10.2320/jinstmet.76.391
  • NAID: 10030631028
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 査読あり
• [雑誌論文] パルスレーザー堆積法による傾斜組成Cr-Al-N-O薄膜の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木常生, ほか
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 76(未定)
  • NAID: 10030631028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Cr(N,0) thin films by RF reactive unbalanced magnetron sputtering (2011)
  • 著者名/発表者名: Jun Shirahata, Tetsutaro Ohori, Hiroki Asami, Tsuneo Suzuki, Tadachika Nakayama, Hisayuki Suematsu, Yoshiharu Nakajima, Koichi Niihara
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519[11] ページ: 3497-3500
  • 査読あり
• [雑誌論文] ケイ素を添加した酸窒化クロム薄膜の機械的特性とその微構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 白幡淳,佐藤蒼生,鈴木和真,大堀鉄太郎,浅見廣樹,鈴木常生,中山忠親,末松久幸,新原晧一
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 75 号: 2 ページ: 97-103
  • DOI: 10.2320/jinstmet.75.97
  • NAID: 130004456201
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fourier-Transform Infrared Absorption Spectroscopy of Chromium Nitride Thin Film (2011)
  • 著者名/発表者名: Jun Shirahata, Tetsutaro Ohori, Hiroki Asami, Tsuneo Suzuki, Tadachika Nakayama, Hisayuki Suematsu and Koichi Niihara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50[1]
  • NAID: 210000138317
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Characterization of Cr-Zn-N-0 Thin Films deposited by Pulsed Laser Deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsuneo Suzuki, Fumiya Sekiguchi, Jun Shirahata, Hiroki Asami, Tadachika Nakayama, Hisayuki Suematsu and Koichi Niihara
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50[1] 号: 1S2 ページ: 01BE18-01BE18
  • DOI: 10.1143/jjap.50.01be18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Cr(N,O) thin films by RF reactive unbalanced magnetron sputtering (2011)
  • 著者名/発表者名: Tun Shirahata, et al.
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519 ページ: 3497-3500
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Characterization of Cr-Zn-N-O Thin Films deposited by Pulsed Laser Deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsuneo Suzuki, et al.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50
  • NAID: 210000138332
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fourier-Transform Infrared Absorption Spectroscopy of Chromium Nitride Thin Film (2011)
  • 著者名/発表者名: Jun Shirahata, et al.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50
  • 査読あり
• [雑誌論文] ケイ素を添加した酸窒化クロム薄膜の機械的特性とその微構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 白幡淳, ほか
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 75 ページ: 97-103
  • 査読あり
• [学会発表] CrN系化合物における高硬度化および高電気伝導化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤蒼生ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] パルスレーザー堆積法によりSiを強制固溶させたCr-Si-N薄膜の作製と硬度評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 遠藤稔之ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] エピタキシャルCr(N,0)薄膜の基板拘束による酸素含有量変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木知真ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Preparation of Epitaxially Grown Cr-Si-N Thin Films by Pulsed Laser Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Endo et aL
  • 学会等名: 37^<th> International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites
  • 発表場所: Daytona, USA
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Influence of Oxygen on the Hardness and Electrical Resistivity of Cr(N,0) Thin Films (2013)
  • 著者名/発表者名: Aoi Sato et al
  • 学会等名: 37^<th> International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites
  • 発表場所: Daytona, USA
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Influence of Oxygen on the Hardness and Electrical Resistivity of Cr(N,O) Thin Films (2013)
  • 著者名/発表者名: Aoi Sato
  • 学会等名: 37th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites
  • 発表場所: Daytona, USA
• [学会発表] Preparation of Epitaxially Grown Cr-Si-N Thin Films by Pulsed Laser Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Endo
  • 学会等名: 37th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites
  • 発表場所: Daytona, USA
• [学会発表] CrNへの0, Mgの同時添加による硬度および電気伝導性の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤蒼生ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] PLD法により作製したエピタキシャルCr(N,0)薄膜の大気下における酸化挙動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木知真ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] 高硬度・低電気抵抗を目指したCr(N,0)薄膜への置換型固溶元素の添加 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤蒼生ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] PLD法によりMgO単結晶基板上にエピタキシャル成長させたCr(N,0)薄膜の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木知真ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] PLD法によりMgO単結晶基板上にエピタキシャル成長させたCr(N,O)薄膜の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木知真, ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] 高硬度・低電気抵抗を目指したCr(N,O)薄膜への置換型固溶元素の添加 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤蒼生, ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] Control of oxygen content with oxygen gas introduction in Cr(N,0) thin films prepared by pulsed laser deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Suzuki et al
  • 学会等名: 36th Internathional Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites (ICACC2012)
  • 発表場所: Florida, USA
  • 年月日: 2012-01-24
• [学会発表] Cr(N,0)薄膜の酸素量の変化に伴う電気伝導性の評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤蒼生ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 沖縄コンへ"ンションセンター
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] 酸素含有量を精密制御したCr(N,0)薄膜のPLD法による作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木知真ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] 酸素含有量を精密制御したCr(N,O)薄膜のPLD法による作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木知真, ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] Cr(N,O)薄膜の酸素量の変化に伴う電気伝導性の評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤蒼生, ほか
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] The Mechanical Properties of Cr-Zn-N-O Films Prepared by Pulsed Laser Deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: Fumiya Sekiguchi
  • 学会等名: EM-NANO2010
  • 発表場所: 富山国際会議場
  • 年月日: 2010-06-23
• [学会発表] PLD 法により作製したエピタキシャルCr(N,O)薄膜の大気下における酸化挙動
  • 著者名/発表者名: 鈴木知真
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県）
• [学会発表] CrNへのO,Mgの同時添加による硬度および電気伝導性の評価
  • 著者名/発表者名: 佐藤蒼生
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県）
• [学会発表] エピタキシャルCr(N,O)薄膜の基板拘束による酸素含有量変化
  • 著者名/発表者名: 鈴木知真
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学（東京都）
• [学会発表] CrN系化合物における高硬度化および高電気伝導化
  • 著者名/発表者名: 佐藤蒼生
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学（東京都）
• [学会発表] パルスレーザー堆積法によりSiを強制固溶させたCr-Si-N薄膜の作製と硬度評
  • 著者名/発表者名: 遠藤稔之
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学（東京都）