大強度パルスイオンビームによる超高硬度材料の創製

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10875134
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 八井 浄 長岡技術科学大学, 極限エネルギー密度工学研究センター, 教授 (80029454)
• 研究分担者: 今田 剛 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (60262466) ; 斎藤 秀俊 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80250984) ; 江 偉華 長岡技術科学大学, 極限エネルギー密度工学研究センター, 助教授 (90234682) ; 升方 勝己 富山大学, 工学部, 教授 (80157198) ; 鈴木 常生 長岡技術科学大学, 極限エネルギー密度工学研究センター, 助手 (00313560)
• キーワード: パルスイオンビーム蒸着法 / 高硬度材料 / 薄膜生成 / イオンビームアブレーション / 低温プロセス / 真空成膜

研究概要

我々が世界で初めて提案した大強度パルスイオンビーム蒸着法(Ion Beam Evaporation:IBE)を用いて、超高硬度材料の創製を、特に薄膜化の観点から研究し、下記の成果を得た。作成を試みた材料は、β-C_3N_4、B_4C、Ti-Al金属間化合物等の超硬度材料である。
1)大強度パルスイオンビーム(Light Ion Beam:LIB)をメラミン樹脂ターゲットに照射して高密度プラズマ化し、隣接する基板(Si)上に堆積を試みた。成膜速度は5nm/ショットである事、基板温度を上昇するとCNの三重結合が成長する事、温度上昇と共に窒素の含有量が増大する事、硬度は1GPaである事、薄膜表面のモフォロジーは極めて良好である事、等が判明した。真空中で、基板加熱の有無に関わらず、CN薄膜化に成功した事は世界で初めてである。
2)LIBをB_4Cターゲットに照射し、Si(100)基板上に成膜を試みた。薄膜のフーリエ赤外吸収分光による化学結合状態は、B_4C標準資料と同じスペクトルを示し、X線回折ではB_4C構造で結晶化している。ビッカーズ硬さは16GPaで、硬質材料として十分な硬度であり、モフォロジーが良く、剥離の無い、硬質薄膜の作成に成功した。
3)LIBをTi-Al合金ターゲットに照射し、基板(ガラス又はSi)上に成膜を試みた。真空中、基板加熱無しで、Ti_3Al膜が作成され、(002)面に配向する事、基板加熱すると(002)面への配向性が強くなる事、等が判明した。

研究成果

• [文献書誌] K.Yatsui et al.: "Applications of Intense Pulsed Light Ion Beams to Materials Science"Proc. 12th International Conference on High-Power Particle Beams. I. 111-116 (1998)
• [文献書誌] N.Harada,K.Yatsui et al.: "Foil Acceleration by High Density Ablation Plasma by Intense Pulsed Ion Beam"Proc. 12th International Conference on High-Power Particle Beams. II. 1048-1051 (1998)
• [文献書誌] Q.Zhang,K.Yatsui et al.: "Numerical and Experimental Studies on Synthesis of Ultrafine Nanosize Powders"J. Appl. Phys.. 86(9). 5279-5285 (1999)
• [文献書誌] N.Hashimoto,K.Yatsui et al.: "Diagnostics of Behavior of Pulsed, Ion Beam Ablation Plasma"Proc. Physics and Applications of High Temperature and Dense Plasma produced by Pulsed Power. NIFS-PROC-42. 27-33 (1999)
• [文献書誌] 八井 浄: "パルスイオンビーム生成アブレーションプラズマの生成と応用"プラズマ・核融合学会誌. 75(増刊2号). 87-90 (1999)
• [文献書誌] K.Yatsui,W.Jiang et al.: "Foil Acceleration by Pulsed Ion Beam Ablation Plasma and Its Applications"Proc. 12th IEEE International Pulsed Power Conference. II. 377-380 (1999)