遷移金属窒化物を基盤とした応力感応性構造材料の開発

基于过渡金属氮化物的应力敏感结构材料的开发

基本信息

批准号：
19656165
负责人：
中村吉伸
金额：
$ 2.05万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

宇宙往還機搭載用機器などの温度環境の過酷な条件下での超精密機器などへの応用展開が期待されるマンガン窒化物負膨張・ゼロ膨張材料に破壊・破断の自己診断機能(応力感応機能)を付与したインテリジェントな構造材料の開発を目指した。平成19年度よりMn_3Cu_<1-x>Ge_xN_<1-δ>セラミックスにおいて窒素欠損を導入することにより、その磁気特性の修飾・変更を試みているが、本年度までに0<x<0.4の組成領域での多量の窒素欠損(δ>0.1)の導入により本来常磁性体であるMn_3Cu_<1-x>Ge_xNを超軟磁性の室温強磁性体に転化させることに成功した。その新奇磁気特性を用いた機能材料への応用展開の過程で、軟磁性体化Mn_3Cu_<1-x>Ge_xN_<1-δ>セラミックスが全く新しい物理現象である応力誘起磁気変態が示唆される応力-歪特性を示すことを見いだした。すなわち、この材料系においてHIP処理による組織の高密度化と窒素欠損量の精密制御による3点曲げ撓み試験時に特定の応力域で負の弾性定数を示すことを示した。強度・靭性などの機械特性は物質を構成する化学結合の状態を強く反映した物理量であり、またその物質が遍歴強磁性体であるならその物質の磁性もまたバンド構造、すなわち物質を構成する化学結合の状態を反映した物理量となる。本研究において見いだされた負の弾性定数は材料への応力の印加に伴う歪みがバンド構造の変化をもたらして辛うじて、保っていた磁気秩序を妨げ、強磁性から常磁性への転移に伴う磁歪め解消が格子体積の減少をもたらすことで3点曲げ時の撓みが解消されると考えると一応の説明がつく。磁気機械結合は従来から予想はされていたもののその現象の実体に迫った研究例はなく今後の検討課題も多いが、本研究の成果が磁気機械結合の研究のフロンティアとなりうるものと確信している。応用的な側面では材料の変形を自ら解消する形状記憶合金類似の性質により超高硬度かつ高靭性構造材料としての展開も示された。

目的是开发一种智能的结构材料，该材料提供自我诊断和零浓缩的硝酸锰负面扩展的材料（应激敏感功能），具有裂缝和骨折的自诊断功能，预计该功能将应用于超前的设备，例如用于携带太空的设备，例如携带太空式太空车辆的设备。自2007年以来，我们一直在尝试修改和修改Mn_3cu_ <1-x> ge_xn_ <1-udeceramics中氮缺陷的磁性特性，但是到今年，我们已经成功地将MN_3CU_ <1x> ge_xn转换为最初是paramagnection，它是paramagnotic togaragnection togaragnection formagnection formagnection formagnection。 0 <x <0.4的组成区域中的氮缺陷（δ> 0.1）。在使用新型磁性特性开发在功能材料上的应用过程中，发现软磁体MN_3CU_ <1-x> ge_xn_ <1-ugusics ceramics呈现应力 - 应变特性，表明应力诱导的磁化，这是一种全新的物理现象。也就是说，在这种材料系统中，在三分弯曲偏转测试中，使用髋关节处理和精确控制氮缺陷量，在特定的应力范围内表现出负弹性常数。强度和韧性等机械性能是强烈反映构成材料的化学键状态的物理量，如果材料是遗产的铁磁材料，则材料的磁性也是反映构成材料的化学键状态的物理量。在这项研究中发现的负弹性常数可以解释，在这种情况下，与将压力应用于材料相关的应变会导致频带结构的变化，从而导致保持磁性的障碍，而磁术消除与从铁磁到副磁管的过渡相关的消除导致在及时的避免效率上降低了距离的降低，在此期间降低了三分球的偏移。尽管过去已经预测了磁性机械耦合，但没有研究示例已经深入现象的真实本质，并且有许多未来的考虑，但是我相信这项研究的结果可能是磁性机械耦合研究的前沿。在其应用中，由于其类似的特性，它与消除材料变形本身的内存合金相似，因此它也已被证明是一种超硬性和高韧性结构材料。