レーザーアブレーション法によるマイクロアクチュエータ用形状記憶合金薄膜の開発

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確立された製造条件で製作したTi-Ni及びTi-40Ni-10Cu薄膜の結晶化特性及び相変態挙動等を調べた。真空中で製造された非晶質のTi-Ni及びTi-40Ni-10Cu薄膜をパイレックス管に真空封入し、573Kから873Kまで温度を変えながら1時間熱処理した結果、673K以下では結晶化にならず非晶質の性質を示したが、723K以上の温度で熱処理した薄膜の場合は完全に結晶化された。また、高温まで温度変化が可能なX線回折装置を用いて常温から873Kまで温度を変えながら相変態挙動を調べた結果、非晶質であったTi-Ni及びTi-40Ni-10Cu薄膜は690K付近で結晶化し始め、715K付近で完全に結晶化された。また、真空中で製造された非晶質のTi-Ni及びTi-40Ni-10Cu薄膜の相変態温度を精密に調べるために電気抵抗の測定を行った結果、X線回折析実験結果と同様に710K付近で結晶化になることが判った。以上の結果を要約すると次のようになる。1.真空中で製造した非晶質の薄膜は715K以上の温度で1時間熱処理すると完全に結晶化される。2.Ar雰囲気で製膜する時、基板の温度を673K以上にすると結晶化される。すなわち、熱処理のよって結晶化される温度より低い温度で結晶化された薄膜が得られる。3.Arガス雰囲気下で製造した薄膜の場合、真空中で製造された薄膜よりターゲットの組成とよく一致し、堆積効率も高いため、レーザーアブレーション法を用いてTi-Ni系薄膜を製造する時はチャンバーをAr雰囲気にしたようが有用である。一方、高温用マイクロアクチュエータとして形状記憶合金を利用するのためには常温近傍で変態温度を持つTi-Ni二元合金より高い変態温度を持つ形状記憶合金薄膜の開発が必要不可欠である。一般的にTi-Ni二元合金の変態温度を変化させるためには第三元素を加える方法が用いられるが、Cr、Fe、Mo、V等を加える場合には変態温度が低下され、また、Zr、Hf、Pd、Pt等を加えた場合には変態温度が上がることが知られている。本研究では高い変態温度を持つ形状記憶合金薄膜を製造するため、確立されたTi-Ni薄膜の製造条件でTi-Ni-PtとTi-Ni-Hfの薄膜を製造した。製造された薄膜の組成分析や変態温度の測定結果、薄膜の組成はターゲットと一致することが判った。また、電気低抗の測定から変態温度を求めた結果、Ti-Ni-Ptの場合は約500K、Ti-Ni-Hfの場合は約480Kであり、バルク材とほぼ同じ変態温度を示した。