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[NRIMNews1981-12.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/300a9363-073f-4290-ace7-85ae46585dc2/download)

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荒木 慎介

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[金材技研ニュース 1981 No.12](https://mdr.nims.go.jp/datasets/3042c3d1-3677-49e9-b0c8-194f1a5871a2)

## Fulltext

金属技研ニュース　1981　No.12七Φ一．ゼEoo一一〇⊂ωE0箏○コーooo－o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－ooo］10’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］o〕f←‘■㎜．12金属材料技術研究所セラミック粒子分散強化型高性能複合材料の開発研究始まる　　　　　　　粉末冶金・Hl　P・一方向性再結晶の連けいプレイ　現代技術の最先端を行く航空機用エンジン，ガスタービンなどでは，より高い性能と信頼性が常に求められ，これを担う材料の開発が競って行われているが，超合金と呼ばれる材料でも，最高使用温度は1000℃付近で頭打ち州頃向にある。この壁を打破るため，セラミック粒子を合金中に分散させた耐熱複合材料が各国で注目を集めているが，これを作るには，普通の合金の場合のように金属を溶解してセラミック粉を混ぜれぱよいというわけには行かない。セラミックは一般に金属よりも比重が小さいので，均一に混ざらないためである。　そこで，エネルギー機器材料研究グループ，金属加工研究部及び材料強さ研究部の協力のもとに，粉末冶金技術を応用してこの種の複合材料を溶解によらずに製造する方法の確立を目指した特別研究が，本年4月にスタートした。すなわち，これまでに多くの実績をあげてきた粉末製造技術をさI液体噴霧装置による合金粉の製造らに改良して焼結性の優れた超合金粉末を製造し，この合金粉とセラミック粉とを高エネルギーボールミルにより混合，合金化（機械的合金法）して複含材粉末を作る。この複合粉を熱間静水圧プレス（HIP）及び押し出し加工により焼結成形し，出来た棒材に一方向再結晶処理をほどこしてさらに強度を高める。今年度は合金粉製造のための条件の検討を行っているが，今後，高エネルギーボールミル及び熱問静水圧プレスを整備する計画であり，順調に進めば58年度中にはセラミツク粒子分散強化型耐熱材料が誕生する。　この開発が成功すれば，現在900℃前後の耐熱合金の使用温度を一挙に200℃以上高めることも，あながち夢ではない。更に，機械的含金法とHIP技術の組合せは，機能材料も含めたさまざまな複合材料の製造にも大きな波及効果をもたらすことが期待されている。幽合金粉’［一セラミック粒子II機械的合金法　　熱聞静水圧プレス　　　　　熱間押出し　（高エネルギー　　（HIP〕による焼結　　　　　茄エボールミル）　　　　　　　　　　　　　m図　セラミック粒子分散強化型複合材料の製造工程w一方向再結晶処理製品一1エレクトロニクスに新時代を開く半導体レーザー重要な位置を占める材料研究情報処理技術の壁に挑む　　　　オプトエレク’トロニクス　1960年，ベル研究所でこの世に初めて出現した「レーザー」は，現在では医療用メス，精密溶接機，各種1輿1淀機器などに広く利用されているが，特に，情轍伝達・処理技術の分野では，革命的とも言える変革をもたらすものであった。　情轍伝達・処理技術が質量共に高度化するのにともない，エレクトロニクスに対する要求が飛耀的に拡大し，将来，従来の固体エレクトロニクスだけでは原理的に対1芯しきれなくなることも予想されている。この壁を打開する一一つの有力なものとして，レーザーを申心とした光学的機能のエレクトロニクスヘの導入一オプトエレクトロニクスが登場した。　レーザーは誘電放出と呼ばれる量子力学的現象を電磁波の増幅・発振に利用したものであ■），その電磁波は周波数が光の領域にあるため，レーザー光と呼ばれている。レーザー光はほとんど完全に位梢のそろったコヒーレントな電磁波であり，周波数上限が，在来エレクトロニクスではせいぜいI00GHzであるのに対して1OOTHz以上であり，利用周波数範畷がI03～工05倍である。このため，レーザーを情報の伝達・処理技術に利用することにより，その能力を飛耀的に高度化させることが可能となる。現在，光通信あるいはビデオ・オーディオディスク（光ディスク）として実用化されているのがその一つである。図1に示されているように，エレクトロニクスの進歩がその利用闇波数帯の拡張と密接に結びついていることからも，レーザーというハードウェアが将来のエレクトロニクスに対して持つ意味を，容易に推察することができるであろう。オプトエレクトロニクスの　　　　　心臓は半導体レーザー　レーサーには，気体レーザー，液体レーザー，固体レーザーおよび半導体レーザーがあるが，超小型であること，高効率に高輝度発振ができること，容易に変調できること，集積化が可能であること，信煩性が高いこと，鐙産可能であることなどの理由から，オプトエレクトロニクスの実用化には，半導体レーザー州二止1現が不可欠であった。　半導体レーサー・一は，196I年にGaAsのP－N接含を用いて初めて実現されたが，室漁での連続発振は不可能であった。1970年にヘテロ接含と1］乎ばれる構造のものが開発され，室温での連統発振が成功し，半導体レーザー実用化への道が大きく開かれた。半導体レーザーの構造は図2に示すようなものであり，結晶性の良い発光材料半導体膜及び良好なヘテロ接含を作ることが製造上の錐になっているため，半導体レーザ』闘発においては，材料硲究がその璽要な位置を占めている。年1980I97019601950工9401930192019101900　　　　　　　　　　　　、が砂　　　　　　マイクロ波牛継拶／ジャンフ　　　　鵠惹1㌻クイ鱗間放拳〆／い“　圭閉書吠　　！1・一1一ニク…ネトロン誌劃拝鱗鐵トー一クス　　iOkH■　1MHz1OOMH■王0G池　　1TH里王00THz　　　　　　　　　　糧波数図1　エレクトロニクスの発展と利用周波数との関係　　　（日本物理学会繍，「レーザー，その科学披術に　　もたらしたもの」より）　＿光＿ザΨ匿流◇、・電極絶緑鉢発搬榊半導体図2　ヘテロ接含半導体レーザー，典型的な大きさ　　は　200×5GOX50μm。一2一半導体レーザー開発の三つの方向半導体レーザーの研究は，大別すると，光ディスク及びレーザープリンタなどの光情報処理装置の光源となる可視領域（0．8μm以下），石英系ファイバーを用いた光通信の光源となる近赤外領域（O．8～2．Oμm），極低損失ファイバーを用いた光通信の光源及び超高分解能分光用光源となる赤外領域（2．O～10μm）の三つの方向で展開している。　可視領域の半導体レーザーは光ディスクなどで一部実用化されており，民生機器で将来大きな需要が期待できることから，主に弱電機メー力一により，しのぎを削る開発研究が行われている。近赤外領域の半導体レーザーは，光通信用光源として電電公社，KDDなどを中心に開発が進められ，ほぽ実用化の域に達している。　一方，赤外領域の半導体レーザーはまだ実用化されたものはないが，石英系ファイバーより損失が1／100～1／1000少ない極低損失ファイバーを用いた光通信用の光源として，又この波長帯の半導体レーザーに特有な波長可変性を利用した周波数変調光通信の光源として，更に通常の回折格子型分光器よりも分解能が100～1000倍優れた超高分解能分光器用の光源として，その実用化が注目されている。当研究所で進む新しい　　　　　半導体レーザーの開発　当研究所では，赤外領域の半導体レーザーとして，スピネル型強磁1生半導体であるHgCr2Se4と，岩塩型固溶半導体であるPb1－xCdxSについて，研究を進めている。　HgCr2Se4については，当所においてこれまでに進めて来た基礎的な研究の成果に基づいて，温度あるいは印加磁場の大きさによりレーザー波長が1．5～4μmの広い範囲で変化する可能性のあることを明らかにした。この変化率は，従来の他の材料に比較して約10倍の大きさである。この可能性を更に追求するため，現在，分子線エピタキシャル結晶成長装置により，HgCr2Se4の薄膜作製実験を行っている。　写真1は，金属物理研究部で初めて作製に成功したHgCr2Se4薄膜の断面写真である。これはまだ多結晶薄膜であるが，今後良好な結晶性を示す単結晶エピタキシャル膜を，HgCr2Se4と同じ結晶構造を持ち，かつほぼ等しい格子定数を持つ半導体（HgIn2S4，CdIn2S4など）単結晶基板上に作製し，ヘテロ接含をつくる予定である。　写真2は，金属物埋研究部で試作したPb1－xCdxSP－N接合による半導体レーザーである。Pb1－xCdxSについては，従来P－N接合を用いたレーザーの研究が報告されているが，P－N接合では30K以上の温度では発光しないため，実用上使いやすい温度で発光するように，ヘテロ接合構造にする必要がある。ヘテロ接合構造にするための適切な相手物質はこれまで見出されていなかったが，金属物埋研究部でこれを初めて見出し，現在その良好な単結晶の作製を行っている。今後は，分子線エピタキシャル結晶成長装置などを用いて，この単結晶基板上にヘテロ接合の作製実験を行なう予定である。写真1　HgCr2Se4薄膜の断面写兵2　PbI＿xCd　xS　P－N接合レーザー，犬きさは　　　300×600×30μm。一3一スボットニュース放射線損傷に強い特殊周期　　　　　　　　構造合金の存在を実証　当棚二究所では，耐放射線性がきわめてすぐれた特殊な周期的微細構造の存在を理論的に見出し，γ1析出粒予からなる周期的構造を有する析出硬化！洲1基合金を使って，その存在を実証することに成功した。含金の放射線損傷の目安となるボイド　スウェリング量は，γ’粒子の平均闘隔あるいは周期の増大とともに変化するが，その聞隔をおよそ30nmに制御することによ一）スウェリング量を極小値にすることができる。このような特殊構造に則1111された材料特性は，最適な機械的特性と耐放射線特性を同時に備えた金属材料を設喬十する上で，有益な指針となる。　　（金属物理研究部）眉炭燃焼ガスによる耐熱　　　　　　　　　合金の腐食試験　石炭燃焼ガス申での耐熱含金の腐食実験が電源闘発（株）と共同して行われる。この実験は燃焼播及びガスタービン刷：オ料を石炭燃焼ガス刺こ曝露するもので，これからガス中に含まれる微綱な固体粒子による工ロージョンや微量のアルカリ性塩類による侵食など，これまでの石油系機雛とは異なる，石炭転換機暑景に固有の材料闘題について多くの精轍が得られるものと期待される。実験装置は5t㎝／臼低カロリー石炭ガス化炉（石炭技術研究所夕張実験場）に殖接接統されており，実験には他に，㈱日立製作所，三葵重工業㈱，東京芝浦電気㈱の3社が参加する。　　　　　（エネルギー機糊オ料研究グループ）　　　GdC05単結晶の磁化反転機構　希土類コバルト金属闘化含物は高性能永久磁石として既に使朋されているが，基本的な性質についてまだ不明な点が多く磁場によって磁化の方向が反転するメカニズムさえもはっきりとは分っていない。希土類金属の中でも特に大きな磁気モーメントを持つガドリニウムを含むGdC05化合物では，特定の磁場で磁化の反転が急激に起るという特異な現象が児られる。これは熱活性化された反転磁区の芽が試料を横切って急速に成長するという緩和遇穫に起因することが分った。このような磁区の振舞いは，SmC05微粉末磁石にも兇られることが確認された竈この現象は，希土類磁石の磁気安定性，保磁力の漁度変化などに夜接関連しており，実用上極めて璽要な聞魑の理解に役立つと考えられる。　　　　　　（極低溢材料研究グループ）　　さびを周いて海水から三曲1を回収■核融含炉の燃料に必要なLiは将来飛躍的な需要増大が予想され，海水1尼中に約0．2㎜g存在しているLiを回収する必要性が指摘されている。このため，A1のさびが■吸静性を持つ水駿化アルミニウムであることに稽目し，金属A1を海水と接触させるだけでそのさぴ申にLiが拙出できることを利用して，海水中の微最L1を固収する研究を行っている。現在までのデータによれば，honのA1で約8㎏のLiを抽出できるが，1辻㎝のAlの電解に必要な電力は，核融含炉では2～3gのL1で得られるので，エネルギー収支も充分であろう。（金属化学研究部）　各姿勢での電子ビーム　　　　　　　　溶接の欠陥防止と制御　電子ビーム溶接は厚肉，超厚肉構造材料の溶接に適し，しかも溶接変形を著しく抑えることができるため，原子炉圧力容措と配管，核融含炉磁場コイル支持台，深海潜水船耐圧殻などの組み立てに矛1」用されようとしている。これらは安全性に特別な配慮が要求されると同時に，あらゆる姿勢での溶接施工が必要である。当研究部では，種々の姿勢での適正な電子ビーム溶接施工法を確立するため，溶融金属の動きと凝固過程を系統的に調べ，溶接欠陥の発生過程とその防止法の検討を行っており，既に一部の高温割れなどの欠陥防止の基本的な施工指針及び制御方式を明らかにした。　　　　　　　　　　　　　　　（溶接研究部）一一一4一【出願公開発明の紹介】酸化アルミニウムを複合　特公開昭56－65979蒸蒼した耐熱牲けい化物　昭和56年6」ヨ4日皮膜の製造法　本発明は，シリコン蒸気，アルミニウム蒸気及び酸素の混含蒸気に，窒素含有ガス又は炭素含有ガスを漉含した気相中に，グロー放電を誘起させて，プラズマ化学反応を起させ，基材」二に複含けい化物を析出させることを特徴とする耐熱性けい化物皮膜の製造法である。本製造法によると，従来の物理蒸着によるけい化物皮膜に比べ，耐熱性及び耐蝕性に優れた複含けい化物皮膜が得られる。又，窒素を含有するけい化物皮膜は，大きな電気抵抗を有しているので高滑電子材料等への利用が期看寺される。Nb・Sn超電導体の　　　特公開紹56－69721製造法（イ）　　　　　　昭和56年6月11日　本発明は，Nb－Hf含金芯と純Cu又は低濃度のSnを含むCu基含金マトリックスとからなる複含体を練状，テープ状等に加工した後，該加工材のマトリックス表繭に純Sn膜或いはGa又はAlを含んだSn含金膜を付蒲させ，熱処理を行い複含体境界繭にNb3Sn化含物層を拡散生成させることを特徴とするNb3Sn趨電導体の製造法である。本製造法によれば，マトりツクスの加工性を害さずに十分な鐙のSn及びGa又はA1を添力口し得るので，高磁界特性が著しく改善されたNb3Sn極細多芯線の作製が容易になり製造コストが著しく節滅される。なお，Nb芯に添加するHfもNb3Sn超電導体の高磁界特1生の改善に大き壬効果を有する。Nb・Sn超電導体の　　　特公開昭56－69722製造法（藺）　　　　　　昭和56年6月1工日　本発明は，Nb－Hf合金芯とCu－Ga，Cu－A〕2元含金又は更にSnを少量含む3元合金マトリックスとの複合体を線状，テープ状等に加工した後、該加工材のマトリックス表面に純Sn膜を付着させ，熱処理を行い複含体境界面に高磁界特性の改善されたM3Sn化含物層を拡散生成させることを特徴とするNb3Sn超電導体の製造法である。本製造法は、発明rNb3Sn超電導体の製造法（イ）」と同様に良好な加工性を保持してSn，Ga，A1を十分な量を添加することができて高磁界特性を改善するので，加工費の低廉な高磁界発生装置用趨電導線材の製造法として期待される。溶鉄の連続予備処理　　　特公開昭56－69320兼ガス製造法　　　　　昭和56年6周4日　本発明は，溶鉄を連続的に炉の一端より流入せしめて他端より排出し，その問に溶鉄の精錬を行う方法において，主として溶鉄の流入端に近い部分において溶鉄の月兇王1セを行い，これに弓1統いて固体炭化水素と酸素の吹精，又は1置1体炭化水素，鉄鉱石と酸素の吹精，必要に応じて水蒸気の吹精を連続的に溶鉄スラグエマルジョン中へ行い，発生ガスの酬又を行うとともに，生成したスラグの全部又は一部をその量を調整して主として溶鉄の排出端に近い部分に移送し，酸素，脱燐・脱硫剤の吹精によ一）溶鉄処理を行うことを特徴とする溶鉄処理とガス製造を岡時に行う方法であり，一貨製鉄システムにおける省エネルギー及び所要組成の遼テ醐三ガスを製造すると間時に，銑鉄一貰プラントにおける効率的な製鋼を行う方法を提供するものである。チタンの表面硬化法　　　特公闘昭56－81665　　　　　　　　　　　　昭和56年7月3日　本発明は，チタンの表面にニッケルを付着させた後、真空又は不活性ガス雰囲気申で800～900℃に加熱してチタンの表耐こ丁洲i相を形成させ，これを前記漱度から焼入れを行うことを特徴とするチタンの表繭硬化法である。本方法によれば，チタン部品の耐磨耗性を著しく．肉」二させることができる。同種又は異種金属更には金属以外の物質（粉体，流体，土壌等）と接触摺動するチタン部品に本方法を施すことにより，部品の寿命を飛躍的に延ばすことが可能となる血又，従来適用が困難であった部品へのチタンの応用も期待される。一5一【盛況だった創立25周年記念研究講演会】　当研究所の創立25周年を記念して11月10日開催された記念研究講演会は，民問企業の技術者，大学関係者等約300名の来聴を得て盛況のうちに行われた。〈1981年金材技研ニュース題目一覧〉題　　　　　　　　　目 Nα 通巻 題　　　　　　　　　目 Nα 通巻材料開発（I〕部門 材料信頼性部門純モリブデンと純鉄の冷問圧延集合組織の相異 1 265 原子炉の信頗性を高めるために 2 266鋼の焼入性試験における熱問加工条件の検討 2 266 ついに10万時間（u年半）を超える一クり一プデータ 5 269高効卒ガスタービン用超耐熱合金の開発 3 267 国際協力で進めている金属材料の大気腐食試験 6 270三元化合物半導体の特性制御 同 同 SUS304鋼のクリープと疲労の相互作用 同 同マルテンサイト相による鋼の被削性改善 同 同 疲れ破壊のメカニズムとフラクトグラフィ 8 272熱を直接電気に変える耐熱材料 5 269 表面被覆層の禎傷を加熱だけで修復する 10 274TiNi皮膜によるチタンの表面硬化法を開発 6 270 特許紹介原子力製鉄用超耐熱合金 7 271 ジャイアント・パルスレーザー光による溶融物質の直接分析装置 2 266記憶のメカニズムを“見る” 8 272 水溶性自硬性鋳型の製造法 1司 同風からエネルギーを取り出す一風トピア計画 9 273 焼結鍛造用含Cr低合金鋼粉及ぴその製造法 8 272超微粒子…粒径をそろえて磁気特性をさらに向上 lO 274 Nb3S皿複合超電導休の製造法 同 同石炭をエネルギー源として甦らせるために l1 275 その他エレクトロニクスに新時代を開く半導体レーザー 12 276 年頭のごあいさつ 1 265材料開発（H）部門 1980年外国人来訪者一覧 同 同超電導材料・最近の研究から 4 268 出願公開発明の紹介 ヨ，6o，Iイオンビーム照射下におけるクリープ試験の重要性 5 269 機構改正 4 268強力鋼の海水環境中疲れ試験 8 272 研究成果の発表 4，lo夢のエネルギーの実用化を目指して 11 275 金材技研滞在記 5 269生産技術部門 1／4世紀の年輪を刻んだ金材技研 7 271新しい製鉄法にっいて 1 265 クり一プ受託試験の現況 同 同表面部を低膨張材とした鋳造用金型材の開発 2 266 特許出願速報 7，1工具鋼と高速度鋼の発光分光分析 4 268 金属材料技術研究所創立25周年記念講演会プログラム 9 273日中共同研究第1号 9 273 スポットニュース 9－12金材技研ニュース題目一覧 12 276　　　　　　　　通巻　第276号編集兼発行人　　荒木慎介印　　帰1」株式会社三興印刷　　　　　　東京都新宿区信濃町12　　　　　　電話東京（03）359－3811（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　東京都目黒区中目黒2丁目3番12号　　　　　　　電話　東京（03）719－2271（代表〕　　　　　　　郵便番号　153