超硬質ハイヤーボライドの開発

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19550189
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宍戸 統悦 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50125580)
• 研究分担者: 湯葢 邦夫 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00302208)
• キーワード: hardness / boride / higher boride / flux growth method / single crystal

研究概要

切断、切削、研磨に関する技術は現代文明を支える基盤技術の一つであって、高速・高精度化を求めて進化し続けている。この要求に応えるには新規の超硬材料の開発研究が不可避である。自然界で最も硬いのがダイヤモンドであることは知られているが、その人工的合成には高圧が必要であり、結果的に製品は高価である。また、最も一般的な被加工材料は鉄系に属するが、その加工に際して、カーバイド系の超硬材料を用いると、高温の摩擦熱で鉄と反応して、性能が劣化することがこれまで指摘されてきた。そうした中にあって、ボライドは将来有望な材料である。ボロンは2300℃というかなりの高融点をもつので、ボライドを形成させることは容易ではない。特に、高温・高圧付与法、溶融凝固法では、合成のために極端条件の導入や膨大なエネルギーの投与を必要とする。本年度は溶融金属フラックス法を用いてボライドの合成を行った。この方法は溶融した金属を溶媒(フラックス)として、そこヘボロン他の溶質を溶け込ませて、溶液内で反応させて、冷却過程で目的とするボライドを、過飽和量・冷却速度に応じ微細な単結晶として析出させるものである。従来の方法のように高温・高圧の付与を必要とせず、より安全で経済的な手法である。溶融した金属フラックス、例えばAlを適用することで、3元系の新しい超硬(ミクロビッカース硬度値 : 25〜40GPa)ハイヤーボライドの合成を実現することが出来た。代表例を挙げると、AlMB_<14>(M=Li, Mg, Na)を即、実用可能な微細単結晶の形で獲得できた。微細単結晶は一般の多結晶ボライド粉末に比較して格段に結晶欠陥が少なく、厳しい使用環境下においても性能が劣化しない。

研究成果

• [雑誌論文] Crystal growth of MgAlB_<14>-type compounds using metal salts and some properties (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Okada, T. Shishido, T. Mori, K. Iizumi, K. Kudou, and K. Nakaiima
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 458[1-2] ページ: 297-301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Specific heat and TEM study of the new layered boride PrRh_<4.8>B_2 obtained by the molten metal Flux growth (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Shishido, T. Mori, K. Yubuta, Y. Kawazoe, and K. Nakajima
  • 雑誌名: Journal of Flux Growth 3[2] ページ: 61-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, boron solubility and properties of perovskite-type rare earth palladium borides (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Shishido, J. Ye, T. Sasaki, S. Okada, K. Kudou, Y. Ishizawa, T. Mori, Y. Sawada, N. Nogi, M. Tanaka, N. Ohtsu, T. Amano, R. Sahara, K. Yubuta, V. Kumar, K. Fujiwara, N. Usami, K. Hayashi, A. Nomura, T. Sugawara, S. Kohiki, K. Teshima, S. Oishi, Y. Kawazoe and K. Nakajima
  • 雑誌名: Journal of Flux Growth 3[2] ページ: 68-71
  • 査読あり
• [学会発表] Colors and resistivity of sintered bodies of zinc oxide doped with trivalent and tetravalent ions (2008)
  • 著者名/発表者名: C.Isikiriyama, Y.Sawada, M.H.Wang, K.Iizumi, M.Inui, T.Kiire, T.Shishido, S.Seki and K.Haga
  • 学会等名: The IUMRS International Conference in Asia 2008
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 20081209-13
• [学会発表] Magnetic properties of the thulium layered compound Tm_2Al_<11>B_6, an AlB_2-type analogue (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mori, T. Shishido, K. Nakajima, K. Kieffer, and K. Siemensmeyer
  • 学会等名: 53rd Magnetism and Magnetic Materials Conference (MMM2008)
  • 発表場所: Austin, Texas, U.S.A.
  • 年月日: 20081110-14
• [学会発表] ペロブスカイト型基調RPd_3BとRRh_3B(R=希土類元素)の形成機構、得られる化合物の性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宍戸統悦、葉金花、岡田繁、工藤邦男、飯泉清賢、澤田豊、石沢芳夫、森孝雄、田中雅彦、大津直史、野木直行、佐原亮二、湯蓋邦夫、ビジャイクマール、林好一、野村明子、菅原孝昌、戸澤慎一郎、小原和夫、古曳重美、手嶋勝弥、大石修治、川添良幸
  • 学会等名: 平成20年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会第28回基礎科学部会東北北海道地区懇話会
  • 発表場所: 伝国の杜置賜文化ホール
  • 年月日: 20081106-07
• [学会発表] ペロブスカイト型RM_3B_x(R=希土類元素,M=Pd,Rh)の合成、ホウ素不定比および性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宍戸統悦、葉金花、岡田繁、工藤邦男、飯泉清賢、澤田豊、石沢芳夫、森孝雄、田中雅彦、大津直史、野木直行、佐原亮二、湯蓋邦夫、ビジャイクマール、林好一、野村明子、菅原孝昌、戸澤慎一郎、小原和夫、古曳重美、手嶋勝弥、大石修治、川添良幸、中嶋一雄
  • 学会等名: 平成20年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 八戸工業大学
  • 年月日: 20081011-13
• [学会発表] メタルフラックス法によるNaAlB_<14>の単結晶育成と評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 岡田繁、工藤邦男、宍戸統悦、森孝雄
  • 学会等名: 平成20年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 八戸工業大学
  • 年月日: 20081011-13
• [学会発表] アークメルト法によるNb-B系化合物の合成と諸性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高橋英樹、工藤邦男、岡田繁、宍戸統悦
  • 学会等名: 平成20年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 八戸工業大学
  • 年月日: 20081011-13
• [学会発表] A first principles study of electronic and elastic properties in AlMB_<14> (2008)
  • 著者名/発表者名: R.Sahara, T.Shishido, A.Nomura, K.Kudou, S.Okada, V.Kumar, K.Nakajima and Y.Kawazoe
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: くにびきメッセ
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] Molten metal flux growth of rare earth rhodium borides and borocarbides (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Shishido, S.Okada, J.Ye, K.Kudou, K.Iizumi, Y.Sawada, R.Sahara, K.Yubuta, V.Kumar, A.Nomura, T.Sugawara, K.Hayashi, K.Fujiwara, N.Usami, T.Mori, M.Tanaka, N.Nogi, K.Teshima, S.Kohiki, S.Oishi, Y.Kawazoe and K.Nakajima
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: くにびきメッセ
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] Sintering of mechanochemically-processed NbB_2 powder (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Okada, K.Iizumi, T.Shishido, K.Kudou, Y.Sawada, K.Nakajima
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: くにびきメッセ
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] Synthesis and some properties of silicon added WB and WB_2 compounds obtained by arc-melting method (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Kudou, T.Mori, S.Okada and T.Shishido
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: くにびきメッセ
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] Relationship between vacancy ordering and electrical property in CeRh_3B_x (x=0〜1) phase (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yubuta, Y. Ishizawa, A. Nomura, K. Nakajima and T. Shishido
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: くにびきメッセ
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] A comparison of the structural characteristics for RERh_3B_x (RE =Sc and Ce) phase by TEM observations (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Yubuta, A. Nomura, K. Nakajima and T. Shishido
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: くにびきメッセ
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] Syntheses and physical properties of Sc_2AlB_6 crystals by molten Al flux (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Okada, T. Mori, K. Kudou, T. Shishido and T. Tanaka
  • 学会等名: 16th International Symposium on Boron, Borides and Related Materials (ISBB2008)
  • 発表場所: くにびきメッセ
  • 年月日: 20080907-12
• [学会発表] Growth and characterization of LiAlB_<14> and NaAlB_<14> crystals by Al self-flux (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Okada, T.Shishido and T. Mori
  • 学会等名: The 8th Asia-Pacific Conference
  • 発表場所: 国士舘大学
  • 年月日: 20080901-03
• [学会発表] Boron ordering in CeRh_3B_x and ScRh_3B_x alloys (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Yubuta, A.Nomura, K.Nakajima and T.Shishido
  • 学会等名: XXI Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography (IUCr2008)
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 20080823-31
• [学会発表] Doping effects in rare earth borides (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Mori, T. Nishimura, T. Shishido, K. Nakajima and Yu. Grin
  • 学会等名: International Conference on Thermoelectrics 2008 (ICT2008)
  • 発表場所: Oregon State University, U.S.A.
  • 年月日: 20080803-07
• [学会発表] Existence of intrinsic defects in rare earth borides and their effect on physical properties (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Mori, H.Borrmann, A.Leithe-Jasper, S.Okada, K.Kudou, W.Schnelle, R.Cardoso, Y.Prots, U.Burkhardt, I.Veremchuk, T.Shishido and K.Nakajima
  • 学会等名: 16th International Conference on Solid Compounds of Transition Elements (SCTE2008)
  • 発表場所: Bellevue Hotel, Dresden, Germany
  • 年月日: 20080726-31
• [学会発表] Arc melting synthesis and flux growth of Pr-Rh-B system compounds (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Shishido, J.Ye, S.Okada, K.Kudou, K.Iizumi, Y.Sawada, R.Sahara, K.Yubuta, V.Kumar, A.Nomura, T.Sugawara, N.Ohtsu, K.Hayashi, K.Fujiwara, N.Usami, T.Mori, M.Tanaka, K.Teshima, S.Oishi, Y.Kawazoe and K.Nakajima
  • 学会等名: The 4th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT4)
  • 発表場所: 仙台国際ホテル、東北大学片平キャンパス
  • 年月日: 20080521-24
• [学会発表] Crystal growth of rare earth rhodium borides and borocarbides by flux method (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Shishido, J.Ye, S.Okada, A.Nomura, Y.Kawazoe and K.Nakajima
  • 学会等名: The 4th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology (CGCT4)
  • 発表場所: 仙台国際ホテル、東北大学片平キャンパス
  • 年月日: 20080521-24
• [学会発表] ペロブスカイト型RPd_3B(R=希土類元素)のアーク溶融法による合成および評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宍戸統悦、葉 金花、佐々木孝彦、岡田 繁、工藤邦男、飯泉清賢、澤田 豊、石沢芳夫、森 孝雄、田中雅彦、野木直行、佐原亮二、湯葢邦夫、ビジャイ クマール、野村明子、菅原孝昌、戸澤慎一郎、小原和夫、手嶋勝弥、大石修治、川添良幸、中嶋一雄
  • 学会等名: ナノ学会第6回大会
  • 発表場所: 九州大学医学部百年記念講堂
  • 年月日: 20080507-09
• [学会発表] TEM観察によるCeRh_3B_x(x=0〜1)化合物の結晶構造 (2008)
  • 著者名/発表者名: 湯蓋邦夫、野村明子、中嶋一雄、宍戸統悦
  • 学会等名: ナノ学会第6回大会
  • 発表場所: 九州大学医学部百年記念講堂
  • 年月日: 20080507-09
• [学会発表] RM_3B_x(R=希土類元素, M=Pd, Rh)の合成, 化合物形成機構および性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宍戸統悦、葉 金花、岡田 繁、工藤邦男、飯泉清賢、澤田 豊、石沢芳夫、森 孝雄、田中雅彦、大津直史、野木直行、佐原亮二、湯葢邦夫、ビジャイ クマール、林 好一、野村明子、菅原孝昌、戸澤慎一郎、小原和夫、古曳重美、手嶋勝弥、大石修治、川添良幸
  • 学会等名: 第3回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] フラックス法によるY_2ReB_6タイプ化合物の合成と物理的性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 岡田 繁、森 孝雄、宍戸統悦、工藤邦男
  • 学会等名: 第3回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] PrRh_<4.8>B_2に関する比熱測定およびTEM観察 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宍戸統悦、森 孝雄、湯葢邦夫、川添良幸、中嶋一雄
  • 学会等名: 第3回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] アークメルト法を用いたSi添加Cr-B系化合物の合成と諸性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 高橋英樹、工藤邦男、岡田 繁、宍戸統悦
  • 学会等名: 第3回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] ホウ素化合物の熱電的性質におけるドーピング効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 森 孝雄、西村聡之、宍戸統悦、中嶋一雄
  • 学会等名: 第3回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] RETrB_4(RE=希土類, Tr=遷移金属)における物性とbuilding defectの作用 (2008)
  • 著者名/発表者名: 森孝雄、岡田繁、工藤邦男、宍戸統悦、湯蓋邦夫、中嶋一雄、H. Borrmann、A. Leithe-Jasper、I. Veremchuk、Y. Grin
  • 学会等名: 第3回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] アークメルト法を用いたMn_2BおよびMnB_2化合物の合成と得られた化合物の性質 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中川誠、徳永慎一、工藤邦男、岡田繁、宍戸統悦
  • 学会等名: 第3回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] AlMB_<14>(M=Li, Mg, Na)の電子状態と弾性特性に及ぼすシリコンの影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 佐原亮二、宍戸統悦、野村明子、工藤邦男、岡田繁、ビジャイクマール、中嶋一雄、川添良幸
  • 学会等名: 第3回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2008-12-19
• [図書] 希土類の材料技術ハンドブック基礎技術・合成・デバイス製作・評価から資源まで足立吟也監修,第8章電子放射材料(LaB_6化合物) (2008)
  • 著者名/発表者名: 宍戸統悦、岡田繁
  • 総ページ数: 334-338
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] The Pacific Science Review, vol.10. No.1, Crystal growth by molten metal flux method of vanadium boride V_2B_3 (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Okada, T. Shishido, H. Kanari, K. Nakajima
  • 総ページ数: 39-44
  • 出版者: A Cooperative Publication of Far-Eastern State Technical University, Russia, Harbin institute of Technology, P. R.China, Kangnam University, Republic of Korea and Kokushikan University, Janan
• [図書] The Pacific Science Review, vol.10. No.1, Growth and characterization of LiAlB_<14> and NaAlB_<14> crystals by Al self-flux (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Okada, T. Shishido and T. Mori
  • 総ページ数: 207-212
  • 出版者: A Cooperative Publication of Far-Eastern State Technical University, Russia, Harbin institute of Technology, P.R.China, Kangnam University, Republic of Korea and Kokushikan University, Janan