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[NRIMNews1973-09.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/321e0b52-82fc-459a-b078-3f01bc3c7d79/download)

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林 弘

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[金材技研ニュース 1973 No.9](https://mdr.nims.go.jp/datasets/9e14cdb8-da02-4b44-9b16-92f288f2677e)

## Fulltext

金材技研ニュース　1973　No.9七①一．ゼEoo一一〇EωEo．oo］一〇〇〇一〇〇＝あ○眈oo一］o－Eo－ooO］一〇〇’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．由≧里三…ω…Z－ooω］0f←00．9金属材料技術研究所機能素子用3元化合物半導体に関する研究　情報処理技術の高速化への要求は，近年ますます高まっている。この要望に対処すべく，従来のI　C（集積回賂）やL　S　I（高密度集積回路）の性能の限界を乗り越えるため，特殊機能を持つ回路に相当する働きを単一材料の素子によって実現する試みがなされている。これが今日，機能素子と呼ばれているものであり，現在GaAs，InPなどの2元化合物半導体を用いた研究が進められている。　ところが最近，これらの化合物よりもさらにすぐれた材料として，InエGal．兀Sbなどの3元化合物半導体が指摘され，注目を集めている。その主な特徴は，電子移動度がGaAsなどにおけるよりも著しく大きく，高速度の演算を可能にすること，および作動開始の臨界電圧が低いので，装置の構成を種々の面で容易にすること，である。したがって，これら半導体材料の高品質の結品が実現すれば，演算の高度化に大きな寄与をなすであろうと期待される。従未，In兀Ga1．ヱSbに関しては，横型ブリッジマン法による多結晶を用いて，基礎的な半導体物性が調べられていたが，上述のような目的を達成するためには，このような直接溶融法による多結晶材料は不十分な点を多くもっている。例えば，この3元半導体は偏析の傾向が強く，均質な結晶を得ることが困難であり，また，高温において結晶化するために，本質的に多くの欠陥を含み，これが電子移動度を低下させる原因となる。　電気磁気材料研究部では，上述の諸問題を解決し高品質のInエGa一一北Sb単結晶を作製する研究を行なっており，本研究には昭和47～49年度特別研究促進調整費が充当されている。本研究における結晶成長法としては気相エピタキシャル法，すなわち，適当な単結晶基板上に，気相反応を通じて単結晶膜を成長させる方法を採用した。一般的に，気相エピタキシャル法には，成長が比較的低温で行なわれるため欠陥の少ない結晶が得られること，組成の均一な単結晶膜が得やすいことなどの利点がある。従来，In兀Ga1．九Sb単結晶を気相エピタキシャル法で作成した例はなく本研究が最初の試みであるが，直接溶融法に比べて，より有利な性質をもつ本法を用いることは，この研究の促進に大いに役立つものと考える。現在，HClとH2の混合ガスを輸送媒体とする開管法により，各原料とこのガスとの反応を通じて単結晶を成長させる方法を採用している。そして目下，媒体流量，各原料とガスとの反応温度，結晶成長温度などの設定，単結晶基板として用いる材料とその結晶方位の選定など，期待される高品質の単結晶を得るために必要な諸問題の解決に取組んでいる。一1一銀一酸化物系電気接点材料　電気機耕に見られる障害の多くが開閉総の作動不良によることは，日常経験するところである。したがって，機盤の性能を十分に発揮させるためには，開閉盤の信煩性を高めることが極めて重要な間趣となっている。一ツラー，闘閉撚は，その機機が必ずしも単純ではなく，ばね材料を主とした機械的なイ乍動音旧や，これと接一1烹材料との接含音旧などにも時として作動不良の原困が認められているが，しかし，障審の多くが接点材料に起因していることは明らかである。小型高精度化とともに，信頼惟の痢上が要求されている電気機器の分野において，高惟能電気接一［叙材料の開発に大きな期待がかけられている。　電気磁気材料研究都では，広い範1壬目の銀系材料について，主要な接点特健である溶蒲特性，移転消耗特性，接触抵抗およびアーク特性等を，各椀剛遡賂条件のもとで研究し，これらの接一1匁特性に関連する材料個々の物理的性質の要因を1甥らかにしてきた。これらの結果は，電気接点材料の健能改蒋ならびに新らしい材料の開発に多くの指針を与えている。本稿では，Ag一酸化物系の新らしい材料を対象にして，実用の可能性を検討した結果について述べる。　銀中に各種の酸化物を分散させた材料は，開閉アークをともなう直流，交流および整流波の各固賂のもとで開閉言式験を行なうと，接、1気の圷多転消耗特惟が，一例を示した図からも明らかなように，分散させた酸化物の種類によって著しく変化する。これらの結果にもとづいて，最初は，系統的に櫛々の量のMg，MnおよびLaの酸化物を内都酸化によって，それぞれ単独にAg申に分散させた試料を作成し，主要な特性についての試験を行なった。一連の試験結果から，Mg，Mn，Laの酸化物量が，それぞれ1at％，3at％および0．5at％において最もすぐれた而す消耗性を示す。とくに，Ag－La酸化物系は著しく耐溶着性が向上する。　ついで，最高の特性を示す上記の酸化物最について，その一部をzrの酸化物で置換することを言式み，2櫛類の酸化物を共存させた試料について，同様な試験を行なった。これらの結果から，Zr酸化物の共存は，耐溶蒲性の向上に極めて有効であることが認められた。それらのうち，0．5at％のLaおよぴZrの酸化物を共存させた系，MgおよぴZrの酸化物を共存させた系は，従未のAg－CdO系接点材料に匹敵する性能を示すことを示唆している。　本研究は，Ag－CdO系接一点に代る新らしい接点材料の開発に関するものであつ。一応の目的は達成されているものと思われる。500400？．2　300鳶亀旨b0　200蟹○　　ヱOO睾制鴎鯛　　O岬刊u巌一100変蟻ふ峠Q－200蟻喪　一300一垂00一500Ag－1Mg凌化物。一て一〇　Ag－1M皿酸化物　　　　■O○○o　　　■●　　娯袈《×。×’一×．▲　＼　　▲ ＊＼Ag　　’X△▲、、、、、×△、、、尖A 1Zr酸化物△▲Ag－1L且醐ヒ物△θ　　　10　　　20 30　　　40　　　50（A）図　全液整流の正弦波固酪開翻における移転方肉と移転消　耗競におよぽすAg中酸化物の影響凸　試験電圧141V，開閉遼度63皿冊／sec、一2一高温水溶液中における金属の不働態特性　火力発電，軽水型動力炉等の高漁高圧水環境に使用される金属材料の腐食は装置の安全性および経済性の上から重要な聞題であつ，このような環境における腐食機構の解明には直接，高温高圧水溶液中で腐食状態にある金属の自然電位変化やアノード分極曲線を湖1淀することが望まれている。すなわち，金属の耐食性は金属表繭上に生成する不働態皮膜の安定性に負うところが大きく，その直接的評価には上述の電気化学測定が有力な手段と考えられる。しかしながら，高温高圧下における実験技術上の困難さのために，従来は行なわれていない。　髄食防食研究部では300℃，100気圧までの高溢水溶液中で測定可能な電気化学泌1淀装置を製作し，軟鋼、ステンレス鋼，ニッケル，ジルコニウム含金等の不働態特性を調べている。測定技術上の最も困難な点は基準電極の選定とその設置方法である。、塩化銀電極は高溢特性がすぐれているので有望な電極であるが，腐食試験用としては基準電極から試駿液中へのCザイオンの混入によって孔食をひきおこすおそれがあるので好ましくない。そこで基準電極は才一トクレーブ外側の室汎に保持し，高淋高圧下にある内部とは圧カシールを介して試験液が微撮づつにじみ出るようにして基準電傲と高圧系との液絡が保たれるような装置を試作した。図1はこのような装置を胴いて測定した250℃，0．1N－Na2S04水溶液■＝1二］におけるステンレス鋼200250℃ ；O．1N－Na正S0－1 ；∫Iド航飽〆11’1OO 1』　■ 一　■■　1脱酸素 、1へし、へ酸繁飽 鉋／’o’’’’’！一一〇1R－n」召一n．4－O，2　　∩　　n．9　　0，4　　0，6　　n．R　　1．∩一08－06－04－02　　0　　02　04　06　　08　　ヱ0SUS304のアノード分極曲線を示す。脱酸素下では一〇．6V（S．C．E．）にノ」・さいピークが認められ，やや不安定な被膜を適して鋼の溶解が起こることを示している。十0．2V付近にみられる電流の増加はクロムが6価イオンとして溶解する反応にもとづくもので，過不働態溶解と呼ばれている。溶存酸素濃度が増すとステンレス鋼の自然電位は高くなり，過不働態域に達し，過不働態溶解による腐食が起る可能性を示している。さらに酸素飽和下では・過不働態化ピークを経て二次不働態域があらわれている。これらの不働態皮膜を剥離し，電子線回折によって同定した縞果，脱酸素溶液の場含にはスピネル型，酸素飽和の場含にはコランダム型酸化物からなることが認められた。図2は軟鋼の例である。150℃以下では活性溶解を示し，200℃になると不働態化するが，高い電位に分極すると不働態皮膜は破壊され周部溶解を起こすようになる。280℃では酸素発生電位域まで被膜は破壊されず，安定な不働態膜を形成することがわかる。電子線固折の結果，この不働態皮膜はマグネタイトであることが確認された。　このほか，この装置により分極祇抗法を適用して腐食速度の経時変化を・遺跡している。十工．0 250℃01N－Na！SO。 280℃（ρ旧N＋0．5＾由qω）　　　o＞佃｝ 20ぴC一0．5暮妻　。cゆ　　　○抄一一一㌔一｛冒弓　　　　．㌔一」一ミミミ～、　　㌔　　　　　　　一、　　　㌔一　　、き、㌔　㌔、　　㌔一ユ．0㌔l　　　　　l、　　　、t｝“・1O1　　　　　　　　　　　　10｛　　　　　　　　　　　　1Oヨ　　　　　　　　　　　　iO’斑　　位V（S．C．E．．25℃）図1　25G℃中牲水溶液中におけるステンレス　　鋼のアノード分極賄線。1Ol　　　　　　　　　　　　　1Oヨ遜　　流　　密　　度　（μA／om！）図2　脱酸繁水溶液申における軟鋼のアノード　　分極曲線。一3一金材技研滞在記　私は昭和47年度の科学技術庁招へい外鰯人研究員として，去隼ユ2月1日から7ケ月間鉄鋼材料研究部に滞荏しました。　金材披研の研究の活発さに関しては，すでに数多くの発表論文を通じていくぷん知っておりましたが，研究内容と施設面において，名実ともに世界一流の研究所であることを実感しました。研究施設のうち，とくに大型施設は立派だと思います。ク1トプ試験部の施設は単…研究所としては姓界に例のない大規模なものでしょう。金材技研の現在の研究人員と施設は，金属材料分野の靭『研究所として，たいした規模だと思います。　金材技研の研究グループは，いちおう研究部に分れていますが，各研究部内で，または，ほかの研究部との閥でも，比較的集中した類似な問題をお互いにあい重なって研究している邸象を受けました。このようなことは，お互の知識と意見の交換がたやすく可能であって，学間の発展にたいへん効果的だと思います。各研究部内で毎週開いている研究会は，各研究者が話し合うよい機会だと思いました。　金材技研の研究施設の管理は，よくできていないようでした。スペースが狭い理由もあるでしょうが、とくに小型機器は充分な整理が欠かれていると思います。小型機器については，中央管理制をとって使い終ればもとにかえすようにし，修理も分担させるのが如何であらうかと考えてみました。　金材技研は今狭くなつすぎていると思います。筑波の方では，研究室は勿論，食堂ももっとゆっくつ食事が出来るようなスペースが取れ，昼食後には軽い運動とか散歩が出来るような環境も作れるようにと願っています。　私は滞夜中，金材技研での仕事のほかに生産に直結する間題の知識を，出釆るだけ多く得るつもiつで，多くの会社の工場とその研究所を見学しました。研究所内の多くの方々の御世話によってこれが珂能であったのは，たいへん幸いな事だったと思っています。見学を通じて，大学，研究所（大学），金材技研等の国公立研究所，会社の研究所等での仕事の内容がずいぷん区別されるようで臓自く思いました。しかしこれらの研究機関の研究内容の性格は区別されながらも，臼本全体としては，基礎，応用，開発研究が総合的に調和されて，日本の科学技術を向上させ，工叢を強く支緩しているのだろうという印象を受けました。　学会講演会へ参加する機会を多く持ちましたが，学界の活発さと研究人口の多い事は，予想外でありました。とくに同じ分野の研究人口の多い畿と各専門分野の講演討論会が，盛んに開かれている事は羨ましいことでした。日本では，円熟した学間の雰囲気がすでに形成されており，ここに日本科学の向上と発展が当然約束されているのだと思いました。　7ヵ月の日本滞在は，研究にとっては短い期間でありましたが，日本での代表的な立派な研究所である金材技研の研究雰囲気の1巾で，いっしょに仕薬をしながら，臼本の多くの工場とその研究所を見学し，日本金属学界の動きを体験しながら得た多くの経験は，帰鰯後，私の仕事に多くの有効な参考になると思います。　終占）に私の命度の日本留学を可能にして下さった科学披術庁に深く感謝いたします。また，滞在中，研究所の仕事から生活廠にいたるまで，御親切に世話をして下さった河胴和美所長，津谷和男部長，内山郁室長に深く感謝し，仕事の上で多くの協力をして下さった鉄鋼材料研究部の皆様および見学その他に協力して下さった皆様に深く感謝串し上げます。含短　信妙⑧海外出張能勢　宏　金属物理概究部金属物理第1研究室長　磁気国際会議およぴ磁性薄膜團際金議へ出席のため，昭和48年8月21日から9月2臼までソ連へ出藤した。稲垣　道夫　溶接研究部長　第2鰯国際原子プコ構造力学会議およぴ第25回劉際溶接学会年次大会へ出席のため，昭和48年9月8日から10周2日まで西ドイツヘ出張した。　　　　　　　通巻第177号編集兼発行人　　　　　　　林　　　　　　弘印　　　刷　株式会社ユニオンプりント　　　　　　　東京都大国区中央8－30－2　　　　　　　電話　東京（03）753－6969（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　　　東京翻目黒区中蟹黒2丁目3番12号　　　　　　　　電蕎毒　東京（03）7i9－2271（代表）　　　　　　　　郵便番号（王53）一4一