超緻密窒化物セラミックスの合成と超硬質化メカニズムの解明

電子材料や構造材料の重要性が増すにつれ，優れた硬質性を有する材料開発が求められている．機能性セラミックス材料には多結晶体を用いる場合が多く，その機能は結晶粒内の物性と，結晶粒界・界面の物性に強く依存する．その両者を大きく変化させることができる物質合成手法として超高圧合成法がある．数万気圧下における物質合成では，空隙が限りなくゼロに近い緻密な焼結体の合成が実現できるほかに，結晶構造が高圧下で安定な高密度相をとるという特徴がある．そこで，本研究では，単結合窒素を有する二窒化物（AN2）を超高圧下で合成し，その粒界・界面における原子配列と硬質性の相関を解明することを目的とする．具体的には，共有結合性の強い14族元素窒化物や常圧下に準安定的に回収可能な遷移金属の二窒化物を対象とする．研究初年度は，物質合成環境の整備に注力した．具体的には既に当研究室に設置されている赤外レーザー加熱光学系に，高速で温度測定が可能な輻射分光測温システムを組み込んだ．超高圧下における合成温度を正確に評価することは，合成条件や合成物の組織を観察する上で非常に重要となる．特に本研究で対象としている物質の合成温度は超高圧下で2500 K以上であると思われるが，温度の時間依存性や温度勾配を制御することができれば，界面や粒界の解析に適した良質な組織の物質が合成できると期待される．昨今の社会情勢を反映して，物品の納入に時間がかかり，まだ本格的な稼働テストまで実施できていないが，次年度以降早急に進める予定である．

電子材料や構造材料の重要性が増すにつれ，優れた硬質性を有する材料開発が求められている．機能性セラミックス材料には多結晶体を用いる場合が多く，その機能は結晶粒内の物性と，結晶粒界・界面の物性に強く依存する．その両者を大きく変化させることができる物質合成手法として超高圧合成法がある．数万気圧下における物質合成では，空隙が限りなくゼロに近い緻密な焼結体の合成が実現できるほかに，結晶構造が高圧下で安定な高密度相をとるという特徴がある．そこで，本研究では，単結合窒素を有する二窒化物（AN2）を超高圧下で合成し，その粒界・界面における原子配列と硬質性の相関を解明することを目的とする．具体的には，共有結合性の強い14族元素窒化物や常圧下に準安定的に回収可能な遷移金属の二窒化物を対象とする．研究初年度は，物質合成環境の整備に注力した．具体的には既に当研究室に設置されている赤外レーザー加熱光学系に，高速で温度測定が可能な輻射分光測温システムを組み込んだ．超高圧下における合成温度を正確に評価することは，合成条件や合成物の組織を観察する上で非常に重要となる．特に本研究で対象としている物質の合成温度は超高圧下で2500 K以上であると思われるが，温度の時間依存性や温度勾配を制御することができれば，界面や粒界の解析に適した良質な組織の物質が合成できると期待される．昨今の社会情勢を反映して，物品の納入に時間がかかり，まだ本格的な稼働テストまで実施できていないが，次年度以降早急に進める予定である．