先進材料の開発,特性評価およびその応用

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1.先進材料の開発(1)燃料電池に使用可能な電極の開発:ニッケル表面にアルミニウムを被覆した電極の性能は,温度とアルミニウム/ニッケルの比の増加につれて改善した。そして,電極を製造するときの温度が高いほど,ニッケルに被覆したアルミニウムの比の影響は低下した。(2)軟質炭酸カルシウムの合成及び結晶化:カルシウムの結合エネルギーは炭酸カルシウムの形成の増加とともに高結合エネルギー側に移動することを見い出した。これは初期段階のカルシウムイオン濃度の現象がアモルファス形成に起因することを明らかにした。(3)窒化チタン薄膜を被覆する手法の開発:高い蒸着速度で創製した薄膜には酸素や炭素のような不純物が多く混入した。チタンと窒素の割合が1:1の窒化チタン薄膜の組織は密で均質であったのに対し,チタンの量が2倍になるとより組織は粗くなった。(4)材料表面にセラミック薄膜を積層する手法の開発:薄膜の積層化は硬さや密着力にはほとんど影響を与えないことがわかった。摩擦摩耗特性は,薄膜の密着挙動と強い影響を受け,剥離が容易に生じると硬い薄膜によって摩耗が促進することが明きらかとなった。(5)アルミニウムを効率よく精錬するために使用する炭素電極の開発:電極の支配的挙動はアルミニウム精錬のとき,電極の底表面に生じることを明らかにした。その電極の汚染は陽極で生じるガスによってもたらされる。低い電流密度は電極の荒らされた形状と関係した。2.先進材料の特性評価(1)脂肪族アミン水溶液の圧縮性質の組成依存性:圧縮性質がアミン分子のアルキル基のサイズに依存することが明らかにされた。また,代替フロン等各種圧縮流体の誘電特性が温度および圧力の関数として測定され,臨界相対誘電率,分極率,双極モーメント等が決定された。(2)各種分析法における性能向上:XPS法によりごく表面層に有機カーボンと金属酸化層の存在,AES法により膜の断面にわたってTi:Nが1:1であることを確認した。電子顕微鏡をはじめとして,SIMS,XPS,AESなどの手法が機能性表面を有する新材料創製の際の分析に欠かせない方法であることが示された。(3)AE法およびX線法による特性評価:AE法はアルミナ,ジルコニアのセラミック材料に対して破壊靱性値を求める有力な手法になること,また,スパッタリング生成によりc軸配向したAlN膜の残留応力をX線的に解折する新しい手法をして調ベ,膜内部に非常に大きい残留応力の存在を認めた。(4)複合材料の特性評価:アルミニウム母材に微小な球形アルミナ粒子を含有した複合材料は優れた性能の材料であることが確認された。HIP処理の応用が先進材料を開発する際に組織の緻密化をはかる上で有用な方法であることが確認された。(5)腐食挙動に対する組成比の影響:PVD法による生成したTiN皮膜のピンホール状表面欠陥の形成および膜剥離の状況,Galfan浴中での低炭素鋼への金属間化合物の生成と成長をSEM,X線回析,EDSなどの手法を用いて,炭素鋼基板上にFe_2Al_5-Zn_X,FeAl_3-Zn_Xの金属間化合物の生成過程を詳細に研究された。3.先進材料の応用(1)セラミックスの建設材料への応用:セラミックスは強度が高く,温度膨張係数がコンクリートとほぼ同じであるために,大型構造物あるいは蒸気養生などの過酷な条件においても鉄筋を精度よく配置できる能力があること,およびかぶりコンクリートとの馴染みが良いために,鉄筋の腐食に対する抵抗性が大きいことを明らかにした。(2)高強度コンクリートの建設構造への応用:強度,ヤング係数および応力比が小さいときのクリープは従来の式を拡張することにより算定することができるが,応力比が大きいときのクリープは従来の式を延長したものではクリープ量を過大評価することを明らかにした。