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[NRIMNews1990-11.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/dd3017e6-bb3c-4e6b-8b5a-6ea60923ad97/download)

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真鍋 烈

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[金材技研ニュース 1990 No.11](https://mdr.nims.go.jp/datasets/8218605e-d158-4952-acb1-f91f37a1b8dc)

## Fulltext

金属技研ニュース　1990　No.11i①一．ゼEoo一一〇EωEo一垣o］一〇〇〇一〇0＝あ○蜆oo一］o－Eo－ooO］’oo’0E0f000眈o〇一一〇〇一〇一眈○眈ωEo．但≧聖三…ω…Z－ooω］0f←■11990 No．1121世紀を目指すマテリアルフ回ント／水素棚製用V合金膜■超蠣浄空間維持材料■傾斜機能材料の安定性■酸化物超■箏体を燃焼合成21世紀を目指す材料研究のコーディネーション計算材料科学国際ワークショップを主催　全く未知の物質を設計したり，新しい性質を持った材料を創製する研究には，これまでに得られているデータと経験に頼る従来からの方法だけでは不可能なものが多い。　“計算材料科学”は，このような難しい材料学上の複雑な問題を，物理学や材料科学の基本法則を組み合わせて，高性能のコンピュータを駆使して解決しようという学問である。しかし，新しい研究分野であるために，世界的にみても個々の研究者レベルでの研究がようやく始まった段階にある。　新材料開発の最先端を進む当研究所は，計算材料科学の重要性に着目し，研究成果の討論や情報の交換を行う場として，国内の第一線研究者を集めた計算材料科学研究会を2年前に発足（金材技研ニュース，1988年，N皿12参照）させ，コーディネーターとしての国立研究機関の責務を果してきている。この研究会の活動の一環として，当研究所の主催による計算材料科学国際ワークショップが，去る8月23，24日の両日，つくば市の研究交流センターで開催された。　今回開催された国際ワークショップには，日本，アメリカ，イギリス，およびオランダから，この分野における第一線の研究者が総勢95名参加した。会議の主題は計算材料科学の中心的研究課題であり，また昨今著しい進展を見せている次の3つの領域，（1）第1原理＃からの物性の計算，（2）ミクロ組織形成の動力学的過程のシミュレーション，（3）相の安定化の原子レベルでのシミュレーション，およびそれらの周辺の諸問題に置かれた。　　　　（＃実験データからの定数を一切使わ　　　　　ないで物性値を求める計算手法）　これらのテーマを中心に，計算のアルゴリズム，手法，可視化技術等の新しい試みも含めて総計46件の発表があり，熱心な討論と意見の交換が行われた。また，同じ計算材料科学の分野でも専門の異なる研究者が，互に意見や1青報の交換ができたことも大きな収獲であった。マテリアルフロントに位置する当研究所は，21世紀を目指した材料研究にとって不可欠ともいえるこの分野の研究を，今後いっそう押し進めることにしている。水素分離用の高性能合金膜を開発バナジウム系合金にパラジウムをめっき　水素は，金属申における拡散係数が炭素，窒素，酸素など他の侵入型不純物元素よりも桁違いに大きい。また、窒素や酸素が室淵・から中高温域において金属元素と安定な窒化物や酸化物を生成するのに対して，水素は金属中に入リ込んでも比較的容易に再放出される。こうした性質を利用して，純度99．99999％（7N）以上の趨高純度水素が製造されている。　図1に示したように，金属膜の片側に不純な水素ガスを接触させ，金属膜の反対側を奥空にする。そうすると、不純ガス申の水素分子は原子になって金属膜申に鰯溶し，鰯溶した水素は金属膜中を迅速に拡散して反対側に放出され，趨商純度水素ガスになる。この拡散法に使周する水素分離膜の性能は，水索の拡敵係数と水索の固溶度の穫で定義される水素透過度で表される。現在，水素分雛膜としてはパラジウム系合金膜が使用されているが，それらは約300℃以下の低温域における水素透遇度が充分ではないという難点がある。これに対して，バナジウムは水素の拡敏係数，固溶度ともはるかに大きく，理想的条件下では300℃以下においてパラジウムの玉O借以上の高い水素透遇度を示し．しかもパラジウムに比べて原料がはるかに安価である。しかし，バナジウムは水素腕性による割れを生じやすく，また，水素透過の1簿害となる安定な酸化皮膜を表面に生成する。このため，バナジウムは水葉分離膜としては使湘されていなかつた。不純物ガス分予　　　水繁分子不約CρOO o物 ゲ趨ooを　　oo　Cbザ刈ガ　σつoo 8■曲’1瑚純o中Cρo　度⇒　水o 　ooも 繁中o ガスス純　金属中の水素の挙動に関する研究を統けている当研究所は，バナジウムにニッケル，コバルト，モリブデンなどの元索を1ト30％添加すると水素脆性が改善され，しかも水素透過度はあまり低下しないことを見出した。例えば，純バナジウム膜を用いて200℃で水素透過を行うと0．1気圧程度の上流側水素圧で割れを生じてしまうのに対して，上記のバナジウム系含金膜は同じ淑度で，2気圧以上でも割れを生じることがなく，高い水素透過量で使用することができる。図2は，ニッケルを15％含むバナジウム合金（V－15％Ni）の水素透過度を，純パラジウムと比較して示した図である。V－15％M含金は純パラジウムよ且）も水素透・遇度が大きく，特に，約200℃の低漱域まで水素透遇度が低下しないことがわかった。　この合金を厚さ約1㎜の板とし，その表面にバラジウムをめっきして耐酸化性を持たせると，性能の優れた水素分離膜になる。当研究所が開発したこのバナジウム系合金膜を使用すると，半導体や光ファイバの生産に際して遺元用あるいは加熱用として需要が高まっている趨高純度水素を、商　　　省エネルギーで製造することが可能になる。　　　　　　　　　詰U変　（℃）　　　　　　　400　　　　　300　　　　　　　200水繁分離周怜剣糞；王0■7｝丁苧望畠）10…壇塾頚糧籍常l〇一一’由図1　拡赦法による水素楕1搬の膜徽図バナジウム合金（V－15％Ni）純パラジウム　　　1．4　　1．6　　三．8　　2．0　　2．2　　2．4　　　　　絶刺’溢破の逃数（101ヨK■1）図2　バナジウム系伶金と純パラジウム　　のガ（書冬j透j幽∫隻＝の上ヒ斗焚スポヅトニュース超清浄環境を実現する新ゲッターポンプ材料　原子の並び方を思い通りにコントロールして新しい機能を持つ材料を創製するためには，圧力が10■I1P刮（1億分の1気圧の1億分の1〕という極低圧で達成される超清浄空問が不可欠である。当研究所は，残留ガスを吸着して超清浄環境を作るゲッターポンプに必要な，不純物ガスの排除作用の優れた材料とその製造法を開発した。　この方法では，チタン基板の上にニオブ膜を蒸着し，約500℃に真空加熱する。基板のチタンはニオブ膜中を拡散し，酸素や十酸化炭素などを非常に吸着しやすいチタン膜が，ニオブ膜の表面に迅速に析出する。この方法によれば，チタンを蒸着する従来の方法よつもはるかに低温で，チタン膜を作製することができる。更に，このチタン膜に損傷が生じても，約500℃に再加熱するだけでチタン膜が再生される。　このチタン基板一蒸着ニオブ膜一析出チタン膜という三層構造のゲッターポンプ材料を用いると，表面のチタン膜に吸着された不純物ガスはニオブ膜を通ってチタン基板まで拡散し，その内部に取リ込まれるので，一定の排気速度を長時問維持することができる。傾斜機能材料の耐熱性向上の指針　金属からセラミックスヘと組成を連続的に変化させ，耐熱1性と膨張係数に傾斜を持たせた材料は，熱力学的には非平衡の状態にある。これを高温度で長時間使用していると拡散によって組成が平均化し，当初の機能が失われてくる。　当研究所では，金属から窒化物や炭化物へと組成を連続的に変化させた傾斜機能材料を金属基材上に蒸着し，実用化に際して重要なその熱的安定性，すなわち使用可能な温度や時問に及ぽす種々の影響を調べている。　耐熱性が優れているチタン→炭化チタン傾斜機能材料の場合を紹介する。傾斜機能材料を蒸着する際の蒸発速度や印加電圧などを制御して炭化チタンの粒径を小さくし，その結晶方位が無差別になるようにすると，熱的安定性が高くなる。また，傾斜機能材料の構成元素との反応性が大きい基材（例えば炭素鋼）上に傾斜機能材料を作った場合には，拡散による組成の平均化が促進されるので，熱的安定性が低下するなどのことがわかった。傾斜機能材料の結晶構造の制御や基材の選択が，夕一ビンブレードなどの耐熱性向上の決め手になると思われる。酸化物超電導体の燃焼合成に成功　化合物を構成する元素問の反応熱を利用する燃焼合成法は，非酸化物系化含物の含成には非常に有効な手段（前号参貝資）である。しかし構成元素の1つが酸素の場合には、固体原料の周囲に充分な量の酸素ガスが存在しないため，反応が不完全になるので燃焼合成が困難であった。　当研究所は，酸素ガスが原料粉末中に浸透するように工夫して，このたび酸化物超電導体の燃焼合成に成功した。この方法では，酸素ガスを通するつぼに原料粉末の混合物を入れ，高圧酸素中で燃焼合成する。反応は迅速で，30g程度の材料の合成は数分問で完了した。　　合成原料　　　　　　　　　酸化物趨電導鉢燃焼合成Lたイットリウム系酸化物超固導体とその原料トピヅクス筑波支所の展示コーナーを拡充研究本館玄悶から見たラウンジ　当研究所筑波支所では，支所における研究活動の概要を来訪者に御理解いただくために，展示コーナーを研究本館ラウンジに設置していますが，このたび，その内容を充実させました。　パネルによる当研究所の概況説明のほか，炭素繊維／SiC複含材料やNb3A1超極細多芯線など，支所各研究部・研究グループのおもな研究成果が，実物試料で紹介されています。　また，平成5年度に予定されている本所（東京・目黒）のつくば市への全面移転に備えて建設準備が進められている新設棟の，イメージスケッチも展示されています。　　学・協会名先端材料の高温窩食に関するワークショップ　　　　　（東京：東工大〕12月の研究発表　開催期間125－12．7（国内分）　　　　発　　表　　題　　目1．Characterization　of　Corrosion　of　Solid　Metals　in　Flowing　Liquid　Meta1s　　発表者（所属）鈴木　正（力学〕ほか◆短　信◆●外国人研究員の受入れ氏名Jhon．L．所　属　アメリカMcCarthyカリフォルニア大学アーマ　超電導材料データベースシ・ステムのプロ　　　　トタイプの開発期　問平成2年9月28日～平成2年10月17日●海外出張氏 名 所 属 期 間 行 先 用 務大橋 修 組織制御研究部 2 9． 16～2 1O． 25 ドイツ，イギリ 界面の創製，界面の分析法及び直接観察　　　一ス，フフンス 法の研究動向調査熊倉 浩明 第1研究グループ 2 9． 16～2 9I 30 アメりカ 日米超電導ワークショップにおける講演及び研究動向調査下田 正彦 基礎物性研究部 2 9． 18－3 9． 16 スイス 光電子分析法を用いた物質研究及び逆光電子分光の装置設計と計測技術修得竹内 孝夫 第1研究グループ 2 9． 22～2 10、 1 アメリカ 1990年応用超電導国際会議山縣 敏博 材料設計研究部 2 9． 22～2 lO、 4 ベルギー， 第4回発電工学用耐熱材料に関する国際イギリス 会議田中 千秋 環境性能研究部 2 9． 22－2 9、 30 　一フフンス 第4回I　S0（材料試験関係〕国際会議西村 睦 機能特性研究部 2 9． 26－3 9． 25 アメりカ 原子炉材料中の水素の挙動に関する研究長井 寿 第1研究グループ 2 9． 29－2 10． 1O アメりカ 日米核融含研究者交流　　　　　　通巻　第383号発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　〒153東京都目黒区中目黒2－3－12　　　　　TEL（03）719－2271，FAX（03）792－3337　　　　　　平成2年11月発行編集兼発行人　　真鍋　烈印　刷株式会社三興印刷4