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[NRIMNews1982-06.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/678bfb13-79fe-491d-9ea5-9b364d7af026/download)

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越川 隆光

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[金材技研ニュース 1982 No.6](https://mdr.nims.go.jp/datasets/9f8b4615-9b67-4365-acc6-18d6b464a183)

## Fulltext

金属技研ニュース　1982　No.6　　　　　　一1　与　　　　　　　正　　　　　　　　　　　　　〆笥　　　　　・岬w　〆．　　　　　　　　　　　　メ＝　．棄山金属材料技術研究所命ジョセフソン素子用新材料の基礎研究始まる創造科学技術プロジェクトに協力　今から35年前，鑑子論を塞礎にして開発されたトランジスタは真空管に代ってそ．の後のコンピュータの発展を決定的なものにした。更に60年代に入ってはなばなしく登場したI　C（葉繊回路）は現在のコンピュータ社会をつくり上げてしまった。地味ではあるが、互Cは半導休シりコンと絶繍漢石英という信綴性の高い，すぐれた材料に恵まれて順調に発展した。現代が第2の石錯跨代と呼ばれるゆえんである。I　Cが登場してわずか泌年，急速に成長したコンピュータの将来には技術上の深刻な間魑など一見ないようにみえる。しかし，I　Cの大1幅な性能向上を目指し，シりコンに代る素子の開発がすでに始まっている。　大型コンピュータの心臓部は高度に集穣化され．たスィッチング素子群である。構報をより大鐙に，よつ商速に処理するためには，1億個に及ぷ個々の素子の応答遼度を逮くするのはもちろんのこと，工Cの幾何学自勺寸法を小さくしなければならない。なぜなら，コンピュータの世界で現在間魑となっている崎閥単位はns（10億分の1秒）の程度であるのに対し，信号の伝播遮度は嵩ら尭蓮産た寺多壬いからである。光はユ鵬に30㎝しか遼まず、電子圃路の全長が30㎝以上になると信母の伝播時間がコンピュて夕の応答速度を決めてしまうか・らである。このため，より小さな空閥により大鐙の素子をつめ込まなければならない画　ところが，これらの素子には必らず電力消費があリ，ジュール熱の発生を伴う。I　Cからこの熱を取り除くのは極めて困難であり，発熱量が多いとI　Cはついに破壊してしまう。したがって，闘発昌標となる新索子は趨小形であると同時に消費電力が極めて小さくなければならない也　この条件に対してシリコン素子はすでに限界が見えており，ジョセフソン素子がにわかに脚光をあぴてきた。この素子の応答遼度は高連半導体の玉0倍以上，消費電力にいたっては千分の王以下といわれている。ジョセフソン接含素子は二枚の趨電導金属膜の間に摩さがわずか数十A（原子が10－20層の厚さ）の絶緑膜をはさんだサンドイッチ構造をしているが，現在のところI　Cのシリコンに匹1敬する趨電導金属膜，絶縁膜材料が見出されていない。これがジョセフソン接含素予実周化のネックとなっている曲このあい路を打開するため，当研究所では鰯造科学ブロジェクトに協カすると　　　　　　　　　　　　　　　　同時に，57年　　次世代大容激趨商遼コンピュ・一タ　　　　　　　　　　　　　　　　摩から3年閲　　　　　　　　　　　　　　　　の予定でジョ　　　　ジョセフソン繋子爽用化　　　　　　　　　　　　　　　　セフソン接含1蘭堺欝1棚鰍匝函簑鴛独図次僅代大容鑑趨概逮コンビr夕を爽現　研究に取リ組　する際，搬も大きな蟻はジ目セフソン謙　子剛オ料の1；脇である。　　　　　　んでいる。一　1　一ジョセフソン素子用新材料の間題点と研究課題マイクロメタラジーの確立へ　ジョセフソン接含素子は図のような構造をもつトンネル索子である。トンネルと呼ばれるのは、絶縁膜があまつにも薄いため、電予がCからAへ適つぬけるからである句ジョセフソン素予がコンピュータの論理・メモリ素予として使用できるのは，集はこのトンネル電子に趨電導状態のまま通りぬける場含と，常電導状態で通りぬける場含と二つの状態があるためである。　現在この素子用材料としては、鉛系とニオプ系の合金が用いられている邊鉛系は強度と化学的安定性の閥魑を，ニオブ系は高融点で活性な金属であるという材料本来の闘題をかかえている。さらに，信頼性の禽い極薄絶縁膜材料も見出されていない。また基板温度を余つ上げることなく，良質の超電導遷移金属膜を作る技術も確立されていない。基板温度に制約があるのは，索子の集穣化に際して，有機物であるフォトレジストを用いるためである百　ジ．ヨセフソン素子周材料の開発には，以下に述べる条件に留意しなければならないといえる。　　i）趨電導金属膜は十分な強度をもち，かつ　化学的に安定であること。強度は窒温と液体ヘ　リウム温度閲の温度変化による熱歪みに耐えう　る大きさでなけ枠ばならない。実用化に際して　は保守用パーツ」を確保することが不可欠であり，　素子の特性は呈0年間程度室温に放置しても性能　劣化があってはならない曲　　ii）高融点金属の場合，基板温度を上げるこ　となく良質の膜ができること。　　iii）集穫化を達成するため、金属膜は1μ～　2．5μのスケールで微細加工できること。　　iV）良質のトンネル障壁用絶緑膜が存在し，　その成膜に際しては膜厚を50A土2A穫度にコ　ントロールできること。　　V）超電導金属膜と絶縁膜との間の密着性が　十分であること回これは索子の機械的強度を確　保すると同同害に，電気的特性をそろえるために　必要である。　　vi）50A程度の膜厚を淑11定する技術と極薄膜　の組成分析技術を確立すること回　　切i）表面，界面のキャラクタライ㌔ゼーション。　50Aから2．5μのスケールになる’と，パルクに　対して表面，界面，粒界に存在する原子の割合　が無視できなくなるからである。　i）からVii）に述べた闘題点は何らかの形で素子の集積化あるいは薄膜の形成に関係したものである。ここで間題となっている寸法は今迄の冶金学が扱ってきた材料の寸法に比べて6桁以上も小さいことは注富に値する。この種の微細材料の間魑を取扱うには共遜の考え方，研究手段があるはずであつ，マイクロメタラジーとも呼ぷべき新技術体系の確立が強く求められているといえるだろう血半導体がその全盛を誇っているエレクトロニクスの分野で，ジョセフソン素子こそは金属材料が主流となつうる数少ないケースである。マイクロメタラジーの確立が待たれるゆえんである。　当研突所ではi）からVii）の条件を満足する材料として，Mo系非晶質遷移金属材料とカルコゲナイド系非晶質材料を選び，その基礎研究を遼めている。　最後に一言，金属膜と絶縁膜間の密着性の間題は複含材料の研究と，絶縁膜の成長法は表面被覆技術の研究と．薄膜の組成分析は表面・界面偏析の研究と極めて近い関係にあり，将来，楯互の研究協力か期待される。　　　　　　　　　　電　流A〉（　　　　　　取入口　7　B　＼　　C　　　　　　　　　電流取出口薮板ジョセフソン接含講子A，Cは超電導金属蒲男蘂，黒くぬリつぷした薄膜Bは絶緑膜である。薮板としてはシリコンの薄板が胴いられる。シりコンは低激で絶緑物と考えてよい。A，CともL字形に舳チてあるのは図を見易くするためである。圭要な普粉はA，B，Cが看賢み重ねられている機合部分である。スポットニュース　　材料試験用　　　　　高流速ナトリウムループ　本ルーブは商遼増殖炉炉心の液体ナトりウムの模擬環境下で合金の腐食，質鐙移行などの共存性を調べるための装置である。実験用高速炉の燃料集含体用撚造材料に用いられているSUS316は中性子の照射による膨張，クリーブなどのため，高密度の炉心設計がむずかしく，核燃料g＋分な燃焼率の達成が期待できない。このため，SUS316に代わるFe－N1－Cr，Fe－Cr系などの新含金が考えられ，これら含金のナトリウム中の共存性の評価，これに娃づく含金の選定が必要とされてい、る。現在，このループを用い，直接遡電によりナトりウムを加熱し，温度及ぴ流速の撮高値をそれぞれ約700℃，約5m／秒にして，当所，動力炉・核燃料開発事薬団及び鉄鋼メーカの試作含金について実験中である。　　　（原予炉材料研究部）　　バーナ・リグ・テスター　　　　　　　　　　による評イ面言式験　当研究グルーブでは高効率ガスタービンの研究開発の一環として優れた高温強度特性をもつ夕一ビン翼材を開発してきたが，今回，これら開発含金も含めて翼材に対するより実機に近い評価を行うためにバーナー・リグ・テスターを雛入した。夕一ビン翼は実機では遠心力を受けると洞時に，1000℃以上の高速燃焼ガスによって高温硫化腐食を受ける。こ1れは海岸地帯の塩分の多い空気を使って硫黄含有量の多い燃料を燃やす場含，特に聞題になる。本試験装置では，これらの環境を模擬するために，硫黄酸化物とNaαを含む最高温度1王50℃の燃焼ガスをマッハ0．65の速度で小型試験片にふきつけ，剛時にクリープ試験又は熱疲労試験を行う。　　（エネルギー機器材料グループ）　　極低温用非磁性　　　　　　高強度ステンレス合金　核融含炉，磁気浮上列車さらに趨電導発電機などに使われる趨電導マグネットの構造材料は、一270℃の極低温で高磁界のもと，極めて強い応力を受ける。したがってこの目的に使用される構造材料は極低漁下で，（1）強靱，（2）非磁性，さらに，（3）組織が変化しないことなど厳しい条件が要求される。（1）～（3）をみたす最短距離にあるのが窒素などで固溶強化したFe－Ni－Crステンレス合金。ただし窒素で強化した合金は低温で靱性（ねばさ）が低下し，また，（3）が優れたものは強磁性化するなどの間魑があった。そこで極低温機播材料研究グループではTiによる析出強化に蒲園し，高強度Fe－Ni－Cr－MrTi含金を開発して極低温での諸特性を研究した。その結果この含金が撮商レベルの強度を有し，しかも靱性に優れ，一270℃でも非磁性であり，（1）～（3）の要件をよくみたすこ．とがわかった。　　　　（極低瀞機器材料研究グループ）　　　目中共同研究　　　　　　　　　操業実験始まる　鉄鉱石申のニオブを圓収するための申團との共同研究が始まっているが，このたぴ北京鋼鉄学院教授立含いのもとで第王圃の操薬実験が成功樫に行われ，実質的な共同実験が開始された。この実験は，3屯規模の炉によつ種々の製錬条件のもとで引続きおこなわれているが，第1回の実験結果から大変見通しが明かる＜，遠からず実用化に必要な基礎資料が提出できるものと期待されている。　　　　　　　　　　　　　　（工業化研究部）　　Ptの代りにNi融解浴を用いた　　Zr及ヴTi合金中の酸素定量　Ti，Zr，V，Nb，Mo，Wなどの含金申の酸素定最には，浴金属としてすぐれているPtが用いら札Zr含金及ぴTi申の酸素定量法としてJIS法に採用されている鉋しかしPtは高棚であること，回収費も商いことなどで日常分析には遜さない。そこでPtの代つに入手容易なNiを融解浴として用いるZr含金及びTi中の酸素定量法の確立をはかった。　種々の定最条件を検討し，Pt浴法と二致した良好な結果を得，作業性がよく迅速に定量できる方法を碓立した。また本法はWにも遜用可能であり，他の高融点金属への遭用も検討中である。　　　　　　　　　　　　　（金属化学研究部）商品質化も期待できる。【出願公開発明の紹介】焼結高マンガン鋼の製造法特公開55－107756　　　　　　　　　　　　　　　昭和55年8月19日　本発明は，鉄粉またはその合金粉に1045－1200℃の温度範囲で液相を生ずる組成のFe－Mn－C系合金粉（Mn6ト85％，C3．O－7．5％）及ぴ必要に応じてCを添加し，Mn9－20％．CO．8－2．0％の高マンガン鋼組成の混含粉とし，これを成形，焼結または鍛造し焼結高マンガン鋼を艘造する方法である。　従来の犯解Mn粉，Fe－Mn系合金粉にかえて上語己組成の合金粉を用いれぱ，液相焼緒により合金化が促巡されると共に，焼緒中のMnの酸化が低滅でき，商強度の焼緒商マンガン鋼を奴造することができる由鍛造し高密度にすると強度は著しく向上し，従米の鋳造材に相当する機械的性質を有する焼結材が得られる。フラッシュ溶接方法　　　特公開昭55－158883　　　　　　　　　　　　　　　日召干口55角三12月10日　フラッシュ溶接法は，短絡と溶融金属の飛散とを繰返すフラッシュ過程で材料端部を加熱し溶接する方法であるが，連統したフラッシュの発生は熱棚失を増し好ましくない。本発明は，商用周波数の交流波形の各半波の前半を低電圧とした制御電圧を用いるフラッシュ溶接方法で，フラッシュ過程におけるフラッシュの発生回数を必要最小限にとどめ，かつ確実なフラッシュの発生を可能にした。本発明によれぱ、フラッシュ過程の加熱効率の増大によって，アブセット電流が不要になるなど電力の節減が可能となるほか，溶接部の金眉微粒子の製造法　　　特公開昭56－9304　　　　　　　　　　　　　　　日召和56年1月30日　新しい機能材料として注目されている金属超微粒子は，一般に化合物超微粒子の還元や金属の加熱蒸発等によって製造されているが，これらの方法では製造可能な金属超微粒子が限定されたり，製造能力が極めて低いなどの欠点を有している。　本発明は，アークブラズマ等で活性化した水素と溶舳金屈との反応過概で生じる溶融金属の強fli1牒鈍的な飛故軌象を利用して金鳩微粒子を製造するものである。本発明によれぱ、丁田，Mo等の高融点金屑を含むあらゆる金屈の高純度な超微粒子を高能率で生産することが可能であり，金属趨微粒子の用途開発の進展が期待される。水素貯蔵用材料　　　　　特公開昭56－17901　　　　　　　　　　　　　　　昭和56年2月20日　本発明は，FeTiエ（式中エはユ．02－1．30の数を示す）申に約Fe7TimO・て示される組成の酸化物が0．5－9重最％分敵している複合材であることを特徴とする水素貯蔵用材料に関するものである。この材料は，加熱するような活性化処理の必要がなく室温で容易に水素化し，たとえば40℃で水素圧が10気圧の場合、1g当りO℃1気圧に換算して約110ooの水素を吸収し，それを数気圧で放出する能力を有している。しかも，この材料は従来の水素貯蔵用材料に比較して安価なことから，大型水繋貯蔵タンク用あるいは大型蓄熱器用の水繁貯蔵材料として遮している。◆短　　信◆○受　貰　紫般褒賞極低激機推材料研究グループ総合研究官太刀川恭治は「V3Ga超電導線材の闘発」に対し昭和57年4月29日賞を受けた。　科学技術庁長官表彰（巣細豪彰）疲れ試験部　阿部孝行は，「金属材料の疲れ特性データ’　シート作成業務に従事し，疲れ言式験用腐食装置の開発によリ試験の効率化に買献」に対し，昭和57年5月19臼（科学技術庁創立記念日）に表彰を受けた。■海外出張　所長　荒木　透　ニオブに関する研究調査のため，昭和57年5月23日から昭和57年5月31日までブラジル国へ出張した。　　“好秤だった「中学生のための金属赦室」”　科学技術週間行事の一環として4月17日ω、地城の中学生など，約80名の参加を得てr・戸学生のための金属教室」が，盛況のうちに行われた。帆写真　金属の燃焼を実験している中学生　　　　　　　通巻　第282号細炎兼発行人　　　越川隆光印　刷株式会社三興印刷　　　　　　來京都新宿区信濃町12　　　　　　樋話　束京（03）35g－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号鷲話　來京（03）7工9－2271（代表）郵便番号　153一　4