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[NRIMNews1993-11.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/c7e47720-9869-4f01-bc87-3f96df336c3f/download)

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石井 利和

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[金材技研ニュース 1993 No.11](https://mdr.nims.go.jp/datasets/0e1e45ae-923e-4dbf-88a5-deb7743c9c4b)

## Fulltext

金属技研ニュース　1993　No.11七〇一．＝ピEΦo一｝o⊂蜆E0一箏O］一〇〇〇一〇〕o＝あoωoo一］o一⊂o－ooo］101E呵f0呵o〕蜆o〇一一〇〇一〇一蜆○蜆ωEo〕．ゼ≧里三…oo…Z－oo〕蜆］0f←材料情報相互利用システム／クリープ，疲労データ評価法／表面化学反応ダイナミックス材料情報相互利用システムの構築進む3機関の新参入でデータフリーウェイが拡大　当研究所は平成2年度から，ネットワークを介して材料情報を相互利用できるシステム（名称データフリーウェイ）の構築を日本原子力研究所（原研）および動力炉・核燃料開発事業団（動燃）との共同で進めてきた。このプロジェクトは各研究機関がそれぞれの得意分野について高度な材料データベースを構築し，それらを統合・共有して材料研究者や技術者が必要な情報を直接自由に得られるよ．うなシステムの確立を目指したものである。　本システムでは，各種原子炉での照射環境下においても高佳能を発揮・維持できるような原子力用の新素材開発に資するデータや知兄の収録に特に力を入れている。当研究所は主として新素材の物性やイオン照射特性に関する基礎データ，原研と動燃は原子炉や加速器での照射特性に関する実験データ等の収集を行い，3機関合わせてデータの総数は5000件を上回っている。材料科学に関する多岐の問題の解決には巨大な材料データベースの支援が今後不可欠となることは必至であり，その中にあって本システムのように材科分野の複数機関を包括した情報相互利用システムの構築の試みは国内初である。　原子炉内のような過酷な環境下の使用に耐え得る材科の開発には，各機関が所有する専門性の高いデータを単独または関連づけて有効に活用することが必要である。このため膨大なデータの収録，管理方法，統合したデータの検索方法等の開発を行い，利用者にとって必要情報の入手や材料特性の総合的把握などが容易に行えるシステムの構築を図ってきた。これにより材料設計等が従来に比べて格段に容易になるものと期待できる。例えば，当研究所が開発した核反応予測コードと他機関のデータとを組み合わせることにより，有害核反応生成物の発生が低い核融合炉材料を設計する手法等の確立が図れる。　本年度からは新たに通産省計量研究所（計量研），運輸省船舶研究所（船舶研），日本科学晴報センター（JICST）がデータフリーウェイに参加することになり，これら機関が所有する熱物性と遮蔽材に関するデータや運用中のファクトデータベースも利用可能となって，データフリーウェイの情報量が飛躍的に増加するとともに，省庁の枠を越えた材料情報システムヘ拡大することとなった。　データフリーウェイの構築は，科学技術庁が計画中のSTAネットや日本アカデミック・ネットワーク幹線となる省際ネット実現に先導的役割を果たすことと期待される。…　屯Data－Free－Way　　　　　3⊂⊃システムの共同開蜘　　　嚇⑳新たに審加す蜘　　　図　データフリーウェイの参加機関1クリープおよび疲労データ評価法の標準化材料特性データ解析用のソフトウェアを開発　近年，先進諸国では種々の材料の性質をコンピュータ内にデータベース化し，ネットワークなどにより同じ研究グループのメンバーが利用する方向にあり，その利用技術の研究開発が進められている。VAMAS（新材料の試験・評価に関する国際共同研究）では，国内外の研究機関が構築している材料データベースの相互利用を促進するため，（i）データフォーマットの標準化，および，（2〕データ解析用に種々ある解析モデルの中から適宜なモデルの選定と標準化，等を目指して検討を重ねてきた。　当研究所が実施したクリープおよび疲労に関する国際ラウンドロビンテスト（金材披研ニュース，1990年N皿7）の結果を受けて，クリープおよび疲労特性データをコンピュータで解析する場合の，解析モデルの選択や解析結果のグラフ出力について標準化の検討が行われている。その取りまとめ役は日本鉄鋼協会が務め，一方，当研究所は解析法の標準化の核心となる解析プログラムおよび解析結果をグラフ表示するためのソフトウェアを開発した。このソフトウェアは（1）クリープおよび疲労データをコンピュータ内に格納，（2）データ解析のための標準モデル式の選定，そして（3）解析結果のグラフ出力をパーソナルコンピュータで行うことができる。また，選定した標準モデルによる強度・寿命試験データの解析結果と他のモデルによる解析結果を比較する機能も備えている。　本システムによって，種々の鋼材のクリープ破断データ（試験温度，応力，破断時間），高サイクル疲労データ（応力振幅，繰返し数）および低サイクル疲労データ（全ひずみ振幅，塑性ひずみ振幅，繰返し数）の解析が可能である。なお，本システムには，金材技研のクリープおよぴ疲労データシートから引用したサンプルデータがファイル化されている。また，データのファイル化には本システム用の形式のほか，汎用のデータ形式も使うことができて，利用者が手持ちのクリープ破断または疲労データを解析する場合に，例えばクリープ破断データならば，試験温度，試験応力，および破断時間の順に並べてファイル化すれぱよい。　本システムでは，クリーフ被断データの解析にTTP（時間・温度パラメータ）．法を採用しており，その代表的なLars㎝一Miller法，Mans㎝一Haferd法などが使用できる。TTP法では，まず，試験応力の対数値と，破断時間および試験温度から計算されるパラメータ値との関数南係を，採用したモデル式に基づいて統計的に解析して，データに最もよく合うようにモデル式の材料定数を求める。これによって最適なモデル式，および，それを表す主破断曲線と呼ばれる曲線を得る。つぎに，このモデル式から，図1のように，対数応力と破断時間の関係を表した等温クリープ破断曲線を描き，これらの曲線から実機あるいは他の試験条件下での長時問側の強度が外挿できる。　一方，疲労については，高サイクル疲労データの解析に応カ振幅，繰返し数の両対数直線，折れ線（重み付きプロビット法），漸近曲線などを用い，また，低サイクル疲労では全ひずみ振幅と繰返し数の両対数直線，漸近曲線などを用いている。上記と同様に，これらの場合も統計的解析を行って，各直線または曲線を表すモデル式の最適な材料定数を求め，疲労寿命を予測する。　図1は各種モデル式による18Cr－1ONi鋼管のクリープ破断データの解析結果を示した例であり，図2はVAMASの国際共同研究で行われた炭素鋼S45Cの高サイクル疲労データについての各国の解析結果を比較した例であるp本システムの利用者はこれらの結果の表示画面を参照しながら最適な近似曲線を選択することができる。なお，本ソフトウェアは今年度末には一般に提供される予定である。耐自（100只慢工㌧．．一、㌧抽　畑一LMP－1－OSOP一呈一一M肌L4㌧　｛．一■早’＼．・～一． ＼．L一＼山　㌧ ’㍉㌔、 、㌔、島一も㌔’、．㌔＼氷噌㌔“＼　、■ワぺ＼’坤 ’・㌧　　㌔喝、ら㌔ 　　N㌔．㌔　□㌔㍉＼㌧’’㌔．、10　　　102　　　ユ0ヨ　　　104　　　10ヨ　　　1　　　　　破断時1削ノh　℃o600・625＾650＾675□700－725口750■775）呂oo　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10石　　　　　　　　　　破断時1削ノh図1　18Cr－1ONi鋼管のクリープ破断データに対する，各種　　　モデル式による解析結果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10呂　　　　　　　　　　吸労寿命（1画数）図2　炭素鋼S45Cの高サイクル疲労データに対する，国内　　外研究機関による解析結果の比較550一』PN－2一一FRG－2耐500’’’’㌔一 一一JPN－2～ JPN－2曽oo、・一．． 一一FI｛G－3　、o　、一、d’’’・㌔一一．． FRG■止＼1岨450 『 一〕PN一ユ昌哨栴、．o㌧．一．一＿．．．一．＿δ二二二。二、一一．．＿．．．、．一＿＿．．．．申由軸〈 o吐’’岨．．圭ト4006 ■㌔． 硝㌔＼350104 105 106 107 11疵～片寿余‘1而粉、表面化学反応のダイナミックスSiO分子を多光子イオン化で検出　半導体シりコン基板の酸化皮膜形成や金属表面の腐食等の，数多くの現象に兄るように気体と固体表繭のイヒ学反応は実用上並びに学閥上の重要な分野である。表面反応を解明するには原子分予レベルでのダイナミックス（動力学）の研究が必要であり，その研究方法に，表面を直接観察する方法と，反応する気相分子の反応前後の状態を測定し，それから表繭と分子の相互作用について研究する方法とがある。本研究では後者の方法として，分子線やイオン等を固体表面に照射し，それによる動的な表繭反応や表繭構造変化を分光学的手法によって調べている。このほど表面反応によって生成する気体分予をレーザーMPI法（多光子イオン化法）で検出する装置を作製し，シリコン（Si）基板の表面酸化の研究を行った。その結果，表而酸化反応で生成するSiO分子について初めて，多光子吸収によりイオン化し検出することができた。以下にそれを紹介する。　超高真空装置内で約uOOKに加熱したシリコン基板に酸素（02）分子線を照射し，生成する気相分子を質量分析播を踊いて測定した。図1に装置の模式図を示す。多光子イオン化はM：YAGレーザーの4倍波（波長266nm）の光を用いて行った。YAGレーザ．一は1パルス当り出力7㎜J，パルス幅8ns，パルス間隔10Hzである。測定では500パルスの横算を行った。分子線照射中の酸素圧力は10■6－10■4Paの範囲で変えて実験を重ねた。なお，質量分析器の種類は飛行時閲型のうちのリフレクトロン型と呼ばれる最も感度の優れたものである。飛行管の距離はI20cm，シリコン表面からイオン化位置までの距離は約5cmで，質最分析播を表面に対して垂直に配置した。　趨高真空巾（1x1O－8Pa）でシリコンを約u00Kに加熱すると質最数28，29，30のSi＋イオンのシグナルが観察された。これは基板から蒸発したシリコン原子の同位体ノ｛ワーメータ　　　　　　　　　パルス発生絡（28Si＋，29Si，30Si＋）によるものである。　シグナル強度は28Si寺：29Si＋：30Si＋二100：5：3で天然存夜比とよく対応する。室温の基板ではこれらのシグナルは襯察されない。Si原子のイオン化ポテンシャルは8，15eVであり，レーザー光のエネルギーは4．66eVであるから，イオン化は2光子過程で起こっているも　室温の基板に酸素分子線を照射すると基板で散乱した酸素イオンのシグナル（3202＋）が襯測された。酸素分子線を照射しながらシリコン基板を約1100Kにカ目熱するとその直後は02＋のシグナルが消失し，Si寺のシグナルが現れる。これは照射された酸素分予がシリコン表面で酸化反応を起こし，ほとんど散乱されないためである。昇温後さらに数十秒経過すると02＋のシグナルが再度現れて，時間とともにシグナル強度が増カ目する。またSi＋のシグナルも時閲とともに増カ買し，さらに質量数44，珪5，46のSiO＋シグナルが観測された。SiO分子はシリコン表面での酸化反応（02＋2Si→2SiO）で生成したものである。図2にSiOのポテンシャルを示す。生成したSiO分子の基底状態（X1Σ十）からイオン化までのポテンシャルは11．4eVであるから，3光子過程が起きたものと考えられる。酸業分予線の流最を一定に保つと，SiO＋のイオンシグナルの強度は昇温後30分でほぽ一定になる。流量を変えて実験を行うと，シグナル強度は流量の増カ員にともなって増大するが，その関係は非線ヲ彦である。これは酸化反応が酸素の吸着過程に関連してジリコン表面の被覆率に依存するためと考えられる。またSiO分子生成にともなうSiヰシグナルの増加は，S1O分子の光分解により生成したSi原子のイオン化によるためと解釈される。　今後はパルス分子線および色素レーザーを用いた共鴫多光子イオン化法によってSiO分子の内部エネルギー状態を測定し，反応のダイナミックスの研究をさらに進める。　　　　　　　　　　　　　　　　　Si0＋王2一イオンケ’一ジx4　　　Nd　l　YAGレーザーターポ分子ポンプ1！纈：蔽概質11111分析燃　　　ノズル　　　　　ターボ分予ポンプ飛行時幟1型鰯註分析維テツタル　　　　　　　　コンピニ・一タオシロスコープ1O＞8沖6峠H．4図1　実駿装置の模式図266nmE］Σ十AlnXlΣ十　　1．O　　1．5　　2．0　　2．5　　3．O　　　　核脳1毘巨離｛A）図2　SiO原子嗣ポテンシャルrU……榊……wヨw咄…wヨ……………………甘…………………………u……阯…………阯……………………………………………岬『l　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　l…　　　　平成5年度金属材料技術研究所研究発表会の御案内　　　　　11　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　11　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1…　　当金属材料技術研究所では，所員の研究活動をより広く御理解していただき，その成果を御活用願うために，童…　毎年研究発表会を開催しております。今年度は，金属オオ科技術に関連する基礎的現象解明への意欲的な取り組　茎1　　　　　　　　　　　　　・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1…　みおよび最新の研究成果を紹介致します。皆様方の御来聴をいただきたく，御案内申し上げます。　　　　　　　…l　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　l…　（聴講自由，プログラムと講演要旨は前号に掲載）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…l　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ll　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1葦　　　　　目時：平成5年11月11日（木）　13：15～17：OO　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……　　　　場所：金属材料技術研究所　大会議室　東京都目黒区中目黒2－3－12　　　　　　　　　　　　　…l　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ll　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＜問い合せ先：企画課普及係，T　E　L03（3719）2271（代）〉　童1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1し……＾……＾………＾舳。〃……＾…里…………．……＾……………………。………。……………＾…………………。…………＾………＾…＾……＾J12月の研究発表（国内分）学　・’協全名 開イ崔期間 発　　　表　　　題　　　　目 発表者（所属）第3回SAMPE先端材料技 12．7－12．10 1．High　CycIe　Fatigue　Properties　of　Beta 宗木　政一（力挙）他術国際会議（千葉・日本コ Titanium　Al1oys．ンベンションセンター）2．Properties　of　P／M　Processed　Titanium 萩原　益夫（力学）他Al1oy／Particulates　Composites．3．Cyclic　Fatigue　in　Silicon　Nitride　Ceramics： 崔　　　卓乞（力学）他Effects　of　Environment，Microstructureand　Fracture　Toughness．4．Thermal　Shock　Behaviour　of　Metal 藤塚　正禾口（第2）他Ceramics　Mixtur阜s　for　Ultrahigh　Tem一perature　Use．江田科学技術庁長官，乾政務次官，筑波支所を視察　江田科学技術庁長官は平成5年8月18日，乾政務次官は同年9月3日，当研究所筑波支所に来所され，最先端の研究成果を中心に，新しい研究本館の建設状況など所内を熱心に視察された。前田総合研究官（右側）よリ超電導材料の説明を受ける江田科学技術庁長官（左側）　　　　　　　　　　謁　　　　　　　　　　　　　　　　　　、．新居所長（右端）より建設状況の説明を受ける乾政務次官（右から2番目）発行所科学技術庁金属材料技術研究所（本　　所）〒153東京都目黒区中目黒2－3－12　　　　　TEL（03）3719－2271，FAX（03）3792－3337（筑波支所）〒305茨城県つくば市千現1－2－1　　　　　TEL（0298）53－1000（ダイヤルイン），FAX（0298）53－l005通巻第419号　　　　　　平成5年11月発行編集兼発行人　　　　　　石　井　利　和問合せ先　　　管理部企画課普及係印刷所株式会社三興印刷　　　　　　東京都新宿区西早稲田2－1－18