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ビスマス層状構造化合物 / 単結晶 / 強誘電体 / 異方性 / 誘電率 / 導電率 / 結晶配向性 / 半導性 / 誘電性 / フラックス法

ビスマス層状構造化合物は、ビスマス層と擬ペロブスカイトブロックが積層された結晶構造を持つ。本研究は、この化合物を用いて、方向により誘電性、導電性などの電気物性が大きく異なる材料を設計、開発することを目的としている。平成5年度はチタン酸ビスマス(Bi_4Ti_3O_<12>)、チタン酸バリウムビスマス(BaBi_4Ti_4O_<15>)の単結晶を作製し、それらの電気的異方性を調べ、その異方性を生じさせるビスマス層の本質的特性を明かとした。1.チタン酸ビスマス:フラックス法により作製した単結晶で誘電性、導電性を測定した結果、室温から720℃の温度範囲で、ビスマス層に平行なa(b)軸方向の方がビスマス層に垂直なc軸方向より誘電率、導電率ともに大きく、誘電率で10倍(676℃;キュリー温度)、導電率で約10^3倍(150℃)という異方性が示された。また、無配向多結晶体では、誘電率、導電率ともに単結晶の両方向での値の中間の値を示すことを確認した。2.チタン酸バリウムビスマス:溶融徐冷法により作製した単結晶について測定した結果、チタン酸ビスマスと同様、a(b)軸方向の方がc軸方向より誘電率、導電率ともに大きく、誘電率で58倍(420℃;キュリー温度)、導電率で約10倍(150℃)という異方性が示された。このチタン酸バリウムビスマスの単結晶の電気的異方性は、本研究で初めて明かとなったものである。3.ビスマス層の役割:ビスマス層と擬ペロブスカイトブロックの存在比率の異なる上記2種の異方性、及び、交流インピーダンスによりそれぞれの部分の電気容量を分離して求めた結果より、ビスマス層は、誘電率の小さな常誘電体の性質を持ち、さらに、導電キャリアーに対し電位障壁として作用する絶縁層の性質を持っていることが明かとなった。これらの成果は、層状構造化合物の物性制御および異方性を積極的に利用した機能素子の設計を行う上で極めて有用であり、重要な意義を持つものである。

超精密切削 / 単結晶 / シュミット因子 / 流動応力特性 / 摩擦特性 / 異方性 / 異方性塑性理論 / FEM / 単結晶の流動応力 / 工具すくい面摩擦特性 / 直交異方性 / 異方性塑性体 / シミュレ-ション / 微細切削 / 切削機構 / 切削厚さ / 結晶粒 / 結晶方位

本研究は、エレクトロニクス、レ-ザ-工学、極短波長光学機器の分野で要求されている超高精度機器を切削加工により安定して得る、いわゆる超精密切削に関するものである。超精密切削は同時に微細切削であり、切削厚さは工作物の結晶粒サイズ以下となり、したがって各瞬間で、面、方位の異なる単結晶の切削が基本となる。
1)微細切削装置の試作と切削状況の観察:理論解析のための切削モデルを確立するために、微細切削時の切り屑生成機構を安定して連続的にSEM内で観察可能な切削装置を試作した。切削厚さ数ミクロンでの切削過程の観察と計測を行い、切り屑生成が連続的であり連続体力学としての取扱いが可能なこと、変形が単純剪断面モデルに近いことを確認した。
2)単純剪断面モデルによる検討:切削方位により剪断角、すくい面摩擦角が変動すること、結晶のすべり理論にシュミット因子を導入することによりすくい面上の摩擦角が既知ならば剪断角が予測可能なこと、さらに単結晶を異方性体と見做いても摩擦角を基礎デ-タとして剪断角の予測が可能なことを示した。
3)単結晶の流動応力特性と摩擦特性の検討:単結晶の剪断試験とすべり理論を基にその流動応力特性を導き、これを基礎とし、摩擦特性式を提案して、その妥当性を確認した。
4)単結晶切削過程のシミュレ-ション:切り屑生成過程を剪断面前後で異なる異方性体の結合と見做し、異方性塑性理論に流動応力特性、摩擦特性を導入した切削過程のシミュレ-ション法を確立し、その妥当性を示した。これにより、切削時の変形場、応力場が理論的に予測可能となり、切削面の定量的評価が期待できる。

【研究分担者】
中村吉伸	東京大学	工学部	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
吉野雅彦	東京工業大学	工学部	助手	(Kakenデータベース)
帯川利之	東京工業大学	工学部	助教授	(Kakenデータベース)