日本金属学会会報

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57

http://jim.or.jp/

平成30年 3 月 1 日発行（ 毎月 1 回 1 日発行）

Vol.57 No.3 ISSN 1340-2625

局所弾性場が強誘電体分域形成に及ぼす影響

新企画

先達からのお便り

花田修治（東北大名誉教授）

春期講演大会プログラム（別冊付録）

MTERE2 57（3）97〜138（2018）

2018

http://www.jim.or.jp/journal/m/（←まてりあ記事オンライン）

http://www.jim.or.jp/journal/m/

2018
Vol.57No.3

整合界面をもつ強誘電体薄膜のドメイン構造形成に及ぼす局所弾性場の影響

最近の研究

木口賢紀

舟窪

浩

今野豊彦 …………………………………………………………………………97

収差補正電子顕微鏡による歪みコントラスト・局所弾性場解析を利用して整合界面をもつ強誘電体薄膜のドメイ
ン構造形成機構について紹介．

走査電子顕微鏡による強磁性体材料の表面磁区構造観察

新進気鋭

赤嶺大志……………………………………………………………………………………………………106

半極性面 AlGaN 量子井戸を利用した高効率深紫外発光素子の提案
市川修平……………………………………………………………………………………………………109

蟻の巣状腐食に対する耐食性に優れた銅管“DANT
”の開発

新技術･新製品

河野浩三

鈴木

忍

金森康二

玉川博一

京

良彦

大谷良行…………………………………114

石炭運搬船用高耐食性鋼板の開発
池田博司

塩谷和彦

伊木

聡

山村直一

長谷和邦………………………………………………117

先達からのお便り

人生100年時代と研究者―シルバー研究のすすめ―

はばたく

形状記憶・耐疲労合金の研究を通じて

研究室紹介

九州大学大学院
田中將己

工学研究院

田R

材料工学部門花田修治 …………………………120

亘 ……………………………………………121

材料加工工学大講座

土山聡宏………………………………………………………………………………………123

摩擦攪拌接合/プロセスに関する国際会議 FSWP2017 開催報告

学会･研究会だより
本会記事

木元慶久 ………124

会告 ………………………………………………125

次号予告 …………………………………………132

支部行事 …………………………………………130

新入会員 …………………………………………133

掲示板 ……………………………………………130

追悼 ………………………………………………134

会誌・欧文誌 3 号目次 …………………………131

行事カレンダー …………………………………136

まてりあ・会誌・欧文誌の投稿規定・投稿の手引・執筆要領，入会申込書，刊行案内はホームページをご参照下さい．
今月の表紙写真

刃状転位を伴った90°
ドメインの底部の純粋せん断歪みマップ．
（木口賢紀

舟窪

浩

今野豊彦本号102頁図10を改変）

表紙デザイン北野玲

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6
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O1

整合界面をもつ強誘電体薄膜のドメイン構造形成に及ぼす局所弾性場の影響
木 口 賢 紀 舟 窪浩
 今 野 豊 彦

小電気機械システム( MEMS )に用いられている． RoHS 指

.

は じ

め

に

令により電子部品における Pb などの有害元素の使用が規制の 対 象 と さ れ た た め ， 近 年 で は ( Bi1/2K1/2 ) TiO3 ( BKT ) ,強誘電体は，強磁性体，強弾性体と並んで ``ferroic'' と呼( K,Na ) NbO3 ( KNN )やビスマス層状構造強誘電体と呼ばればれる一種の構造秩序をもち，強磁性体における自発磁化をる Bi4Ti3O12(BIT), SrBi2Ta2O9(SBT)などの非鉛系酸化物強自発分極に置き換えたアナロジーとして理解される．外部電誘電体材料の研究開発が注目されている(5)(9) ．しかしなが界を印加しなくても，空間反転対称性の破れた結晶構造を持ら，Pb(Zr,Ti)O3 など鉛系の強誘電体の優れた誘電・圧電特

つ物質は極性を持ち，圧電性や焦電性を示す．結晶学的には性に匹敵する非鉛系材料は実用化にいたっておらず，圧電セ

32 個の点群のうちの 10 個が極性を有する．この中で，さらラミックス中の Pb は例外規定として RoHS 指令対象から除に外部電場により極性を再配向できる物質が強誘電体であ外されている．

る(1)(4) ．ペロブスカイト型強誘電体をはじめとする変位型

ペロブスカイト型強誘電体における強誘電性の起源は，強誘電体では，自発分極は原子変位に起因するので強弾性をTi4＋ イオンなど d 軌道に電子を持たない B サイトイオンに伴う．したがって，強誘電性の分域(以下ドメインと呼ぶ)と由来する 2 次 JahnTeller 効果によって空間反転対称性が破その境界の構造および挙動は，結晶構造の対称性や弾性場のれることにある(10)．特に，Pb 系強誘電体では，さらに化学影響を強く受けることとなる．

結合には寄与しない Pb2＋ イオンの 6s2 孤立電子対による立

強誘電体には，様々な結晶構造の化合物が報告されている

体障害効果や， Pb6p O2p 軌道間の混成が加わって，軸比が，現在代表的な強誘電体関連物質としてペロブスカイト型

c / a ＝ 1.065 と い う 大 き く 歪 ん だ 結 晶 構 造 が 安 定 化 さ れ

酸化物が挙げられる． 1940 年代に日本，米国，旧ソ連でほる(11)(12) ．このように， PbTiO3 は化学結合の特異性に起因

ぼ同時に発見された BaTiO3 を筆頭に，1950年代に旧ソ連でした巨大な原子変位を持つことから，強誘電体におけるドメ

発見された Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 を初めとする一連のリラクサ

イン構造，格子欠陥，界面の弾性場や弾性相互作用の研究対

ー材料，我が国で発見された反強誘電体 PbZrO3 など古くか象としたモデル材料として興味深い特徴をもつと言える．

ら研究されてきた物質であるにもかかわらず，ペロブスカイ

ペロブスカイト型構造は，単位胞レベルで見る限り単純な

ト型酸化物強誘電体物質は，今日でも物質合成，電気・機械

結晶構造であるが，強誘電性は構造中の原子変位場(電気双特性，微細構造など多様な学術分野において興味が尽きない極子)の協力現象であるため，この単位胞の集合体，すなわ

研究対象であり続けている(1)(4) ．この中でも実用的な強誘ち組織としての理解と制御が不可欠である．言い換えれば，

電体材料の筆頭として， BaTiO3 や Pb (Zr,Ti) O3(PZT )が挙ドメイン構造，ドメイン境界，転位や積層欠陥などの格子欠げられる．これらの材料は，セラミックス，単結晶，薄膜，

陥や，ヘテロ界面，サイズ効果など微細組織の影響が強誘電ナノ粒子・ナノロッドなどマルチスケールな形態で，メモ性の発現に大きな影響を及ぼすこととなる．したがって，単リ，キャパシタ，センサ，医療用診断装置，ソナー，自動車結晶，多結晶，薄膜，ナノロッド，ナノ粒子など，試料形態の燃料噴射やインクジェットプリンタなどのインジェクタ，

や配向状態が微細組織を通じて自発分極の発現，ドメイン構

圧電モータ，圧電トランスといった多様な電子デバイスや微造，スイッチング挙動に大きな影響を及ぼすのである．

東北大学金属材料研究所准教授(〒980
8577 仙台市青葉区片平 211)

東京工業大学物質理工学院 材料系教授 東北大学金属材料研究所教授
Effect of Local Elastic Field on Domain Structure and Its Formation of Ferroelectric Thin Films with CoherentInterface; Takanori
Kiguchi, Hiroshi Funakuboand Toyohiko J. Konno(,Institute for Materials Research, Tohoku University, Sendai. Schoolof Materials and Chemical Technology, Tokyo Institute of Technology, Yokohama)
Keywords: ferroelectrics, epitaxial thin films, PbTiO3, 90°domain, dislocation, coherent interface, local strain field, electron microscopy
2017年12月25日[doi:10.2320/materia.57.97]

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan一方，基本的な物性を知るためには，その物質の単結晶を

HAADFSTEM 法だけでは得られる情報が不足する．そこ

作製することが理想であるが， Pb 系強誘電体の大型単結晶で，筆者らは，HAADFSTEM 法以前から使用されていた育成は困難であることが知られている．特に，PbTiO3 は，

暗 視 野 STEM 法 ， Low Angle

キュリー温度において 1 次の構造相転移を起こし，2もの( LAADF )STEM 法(22) ，そして近年 Okunishi らにより提軸比変化が生じるため，単結晶は言うまでもなく，セラミッ

案され， Findlay らによって定式化された Annular

クスのようなバルク多結晶体においても，巨大な軸比変化に

Field ( ABF )STEM 法(16)(23)(27) を 併用 する こと を 着想 し耐えきれず自発的に粉砕してしまう(1)．この意味において，た．この方法により，弾性場を伴った強誘電体ドメイン構

PbTiO3 や関連材料に関する研究にとってエピタキシャル薄造，ドメイン境界における歪み状態や分極構造・原子変位場

膜は重要な意義を持つ(13)．この様な理由から，筆者らは，など局所的な特異構造を軽元素も含めて詳細に観察解析する

PbTiO3 薄膜の中でも最も代表的かつ結晶のクオリティーのことが可能になったのである．これらの手法は，TEM と同高い薄膜が得られる PbTiO3 /SrTiO3 エピタキシャル薄膜を様に干渉性の結像法であるため， HAADF の特徴である原モデル材料として選んだ．

Annular

Dark

Field
Bright子の直視性は担保されていないが， HAADF 像との同時撮

薄膜は基板の上に結晶成長することで作製されるため，そ影やイメージシミュレーションにより原子カラム位置を大きの結晶構造や微細組織は基板からの弾性的拘束を受ける．一く 見 誤 る リ ス ク は 回 避 で き る ． HAADF, LAADF, ABF 

般に，酸化物薄膜と基板の間の格子ミスマッチは数と大きSTEM 法における散乱角の比較を図に示す． HAADF 

いため，ミスフィット転位を伴った半整合界面が形成される

STEM 法では，特に高角に散乱された電子波を円環状検出ことが多い．このような界面・格子欠陥を介した弾性相互作器で収集する．本研究では，90 mrad 以上の散乱波を取り込用や，強誘電体が内包する反電場の影響によって，分極の優んでいるが，この取り込み角度では弾性散乱の寄与は小さく

先的な配向が決まる．これらの因子がドメイン構造形成やそなり，主に熱散漫散乱の寄与が大きくなる．これに対し，の 動 的 変 化 に 影 響 を 及 ぼ す こ と と な る(13)(15) ． 特 に ，LAADF STEM 法では弾性散乱の寄与が大きく，回折コン

PbTiO3 は，結晶構造の異方性が大きいために，基板である

トラストが強調される．一般的に 2060 mrad 程度の散乱波

SrTiO3 に対する PbTiO3 の配向に依存して，室温におけるが用いられるが，本研究では 40 mrad 以上の散乱波を使用

格子ミスマッチが－ 0.15 から 6.4 まで変化する．すなわ

した．ABFSTEM 法は，円板状の BF 検出器に対し前方にち，整合界面，半整合界面いずれも形成されうるため，薄膜あるビームストッパーなどで中心部分のみを遮蔽し，円錐状に残留する弾性場が複雑に変化し，その変化はドメイン構造に広がったダイレクトビームの広角側の成分のみで結像する形成に強く影響を及ぼすと考えられる．

手法であり，従来の明視野( BF )STEM 法と比較してコン

本稿では，収差補正電子顕微鏡を活用して，整合界面を有トラストの反転が抑制されるとともに，酸素など軽元素を原するペロブスカイト型強誘電体 PbTiO3/SrTiO3 エピタキシ

子分解能で結像できる特徴を持つ．本研究では透過波乱波のャル薄膜のドメイン構造形成の観点から調べた．ドメイン境

うち 1122 mrad の部分を使用した．

界，転位，ヘテロ界面に付随した局所弾性場とその相互作用のイメージングから， PbTiO3 / SrTiO3 エピタキシャル薄膜.

LAADF
STEM 像による歪み状態の観察のドメイン構造形成メカニズムについて明らかになった知見について述べる．

はじめに，PbTiO3 におけるドメイン構造について説明する．図に PbTiO3 および SrTiO3 の結晶構造モデルを，図.

走査透過電子顕微鏡(STEM)による結像

 に PbTiO3 と SrTiO3 に お け る 格 子 定 数 ( a ) と PbTiO3 /強誘電体薄膜における局所構造評価には原子からナノメー
トルオーダーの空間分解能が要求されるため，透過型電子顕微鏡の利用が不可欠である．この点において，近年著しい進歩を遂げている収差補正電子顕微鏡の恩恵は非常に大きい(16)．そこで，本題に入る前に，本稿において使用している手法について簡単に触れておきたい．非干渉性結像法である HighAngle Annular Dark FieldScanning Transmission
Electron Microscope (HAADFSTEM)法は，干渉性結像法である HRTEM 法における大きな課題である像コントラス
トの反転といった問題を回避でき，原子分解能像の直観的解
釈を可能にした点で我々に大きなインパクトを与えた(16)(21)．しかし， HAADFSTEM 像のコントラストは，
主に mass thickness を強く反映して組成や密度の変化が強調され，回折コントラストの寄与は弱い．したがって，ドメイン構造や格子欠陥などの局所弾性場を伴う構造を解析するためには，回折条件の局所的変動を検出する必要があるため，



図1

HAADF, LAADF, ABF STEM 法における散乱波の取込半角の比較．(オンラインカラー)

最近の研究

図2

PbTiO3, SrTiO3 の結晶構造．

SrTiO3 間の格子ミスマッチの温度変化を示す．PbTiO3 は，

高温では対称性の高い立方晶(Pm3̃m)が安定相であるが，キュリー温度 490°
C 付近で構造相転移を起こし， c 軸方向に空間反転対称性を失った正方晶(P4mm)が安定相となる．格子
定 数 は ， 室 温 に お い て a ＝ 0.3899 nm, c ＝ 0.4153 nm を と図3

PbTiO3, SrTiO3 の( a ) ( 100 )( 001 )面間隔と( b ) 薄膜基
板間の格子ミスマッチの温度変化(文献(19)のデータを用いて作製)．

図4

PbTiO3/SrTiO3 のエピタキシャル薄膜断面の(a) 制限視
野電子回折図形と(b) LAADFSTEM 像．

図5( a ) PbTiO3 c ドメインと SrTiO3, ( b ) PbTiO3 a ドメイ
ンと SrTiO3 の接合界面における原子位置の対応関係．

り，軸比が c / a ＝ 1.065 と大きく歪んだ結晶構造が安定化される(28)．このため基板である SrTiO3(a＝0.3905 nm)との格子ミスマッチや熱的ミスマッチによって PbTiO3 の結晶配向性，つまり面外方向に c 軸配向した c ドメインと a 軸配向
した a ドメインの体積分率が大きく変化する．ここでは，格子定数が PbTiO3 の a 軸と近い SrTiO3(001)単結晶基板上での PbTiO3 のドメイン構造形成メカニズムについて明らかになった知見について述べる．
図に Pulsed MOCVD 法で堆積した PbTiO3 / SrTiO3 薄膜断面の(a)制限視野電子回折図形と(b)LAADFSTEM 像を示す(29)(30) ．図 4 ( a )の 200 および 002 基本反射に着目すると，面内方向である［ h00 ]PTO /[ h00 ]STO 方向には薄膜と基板の200PTO/200STO 回折斑点が一致することから，整合界面が形成されていることが分かる．また，200PTO/200STO 回折
斑点の近傍では cドメインに対応する002PTO/002̃PTO 回折斑点が分離している．同様に 002STO 回折斑点の左右対象に約傾斜した方位に±200PTO 回折斑点が観察され像面内に c3.6°
軸方向が約90°傾斜した aドメインが存在していることを示す．図は，(001)PTO 面(cドメイン)と(100)PTO 面(aドメイン)の場合の PbTiO3/SrTiO3 界面内の原子配列の比較を示している．薄膜と基板の方位関係は，面内の( a )[ 100 ]PTO ,[ 010 ]PTO の 2 方 向 と も に 基 板 と 整 合 す る ( 001 )PTO //(100)STO，［100]PTO//[100]STO という cubeoncube なエピ
タキシャル構造が支配的であることが分かり，これは，cド
メインに対応する．一方，(b)面内に[001]PTO 方向が配向す
る a ド メ イ ン つ い て は ( 100 )PTO // ( 100 )STO , [ 001 ]PTO //回転方向によって 2 通りのドメインが生じる．そのため，[ 100 ]STO かつ( 100 )STO //( 100 )PTO ，［ 100 ]PTO //[ 100 ]STO と

図 4 ( a )では，縦に垂直な方向を含めて 4 種類の配向の a ド

いう方位関係をとり，［ 001 ]PTO 軸と[ 100 ]STO 軸が 6 もの

メインのうち(101)面と(1̃01)面を境界とする 2 種類の aド

格子ミスマッチを示すため，［ 001 ]PTO 方向に不整合な半整メインが観察されている．

合界面が形成されていると考えられる．また，aドメインの

図 4( b )の LAADF 像は 2 つの特徴的なコントラストを示場合，後述する図 8 ( c )のように a , c ドメイン間の境界にしている． 1 点目は LAADF 像(b )では薄膜基板界面に強いおける原子位置の適合性のため格子の回転が起こるが，そのコントラストを示す層の存在である． 2 点目は薄膜内部に

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

{101}PTO 面にほぼ平行に走っている線状のコントラストで，れる．

HAADF 像と比較して LAADF 像には回折コントラストがここで，整合歪みの起源は薄膜基板間の格子ミスマッチで反映される．よって，これらの特徴的なコントラストは，回あるが，室温における格子ミスマッチの絶対値は高々0.15

折条件が基板や薄膜と異なる格子欠陥や界面層の存在を示唆

であり，これだけでは c 軸方向に観察されるおよそ 2の大している．この様なコントラストは，ドメインの形成されてきな歪み量にはならない．すなわち，格子ミスマッチとしいない PbTiO3/SrTiO3 薄膜でも報告されている(31)(32)．図 4て，室温ではなく結晶成長が起こる成膜温度，ここではは，90°ドメイン構造形成により整合界面の弾性場は緩和さ

600°
Cから室温に冷却する過程における格子ミスマッチの温れず，整合界面の弾性場がドメイン形成に弾性的な影響を及

度変化による残留歪み，つまり熱歪みを考慮しなければならぼすことを示唆している．

ない．図 2 に基づけば，成膜温度600°
Cで PbTiO3 は SrTiO3
よりも a 軸に沿って約1.3大きいため(28)，計算上では約80.

整合界面における弾性場

単位胞に 1 つの割合で基板側に extra half plane をもつ刃状

この回折コントラストの起源を詳細に調べるため，図にフィット転位は実験では観察されていない．ミスフィット転

転位(b1＝a[1̃00])が入ることになる．しかし，この様なミス
PbTiO3 / SrTiO3 の c ドメインの基板界面近傍の( a ) ABF 

位が導入された場合，転位芯近傍では転位線に平行な(100)

STEM 像 と ラ イ ン プ ロ フ ァ イ ル お よ び 同 一 視 野 の ( b )面が大きく湾曲し塑性変形することから，局所的に大きな歪

LAADF STEM 像 と ( c ) HAADF STEM 像 を 示 す ．

みエネルギーが蓄積される．従って，ミスフィット転位の間

LAADF 像には界面直上 6 原子層(ML)の領域に強いコント

隔が広くなる 1程度の格子ミスマッチでは，刃状転位を導ラストが現れているが HAADF 像にはそのような回折コン

入して局所的に塑性変形させるよりも，整合歪みとして弾性

トラストはほぼ見られない．したがって，組成や密度に起因

歪みエネルギーを界面全体にわたって分散して蓄積する方がしたコントラストではなく，局所的な回折条件の変化に対応

エネルギー的に有利であることを示唆している．

した回折コントラストであると判断して良い．同時測定した

PbTiO3 は 490 °C で立方晶から正方晶へ構造相転移を起こ

ABF 像およびラインプロファイルをみると，この界面層でし，90°ドメイン構造を形成する．この際，成膜温度から相は PbTiO3 内部と比較して酸素原子の位置が明確に異なって転移温度までに蓄積された弾性歪みエネルギーがドメイン形

おり， c 軸方向の原子変位量が小さく軸比が c / a ＝ 1.07 から

成によって緩和される．図 3 ( b )によれば， c ドメインにつ1.02
1.04程度まで減少している．よって，この界面層では，いては PbTiO3 と SrTiO3 の a 軸の間の格子ミスマッチが対

a 軸は SrTiO3 基板と整合したまま c 軸方向に収縮した弾性応するが，相転移温度から室温までの格子ミスマッチは小さ歪み状態にあり，その結果は，図 5( a )の制限視野電子回折く，特に 200 °C 付近で，薄膜/基板間の格子定数の大小関係

図形と矛盾しない．

が逆転する．以上の理由で，界面層は基板と整合界面を保っ

図 2 に示した結晶構造に基づいて考えると，PbTiO3 では
Pb6pO2p 間の軌道の混成によって，他のペロブスカイト型

たまま基板から 2 次元の引っ張り応力を受けた状態で冷却されたと考えられる．

強誘電体と比べて軸比 c / a が大きく歪んだ構造が安定化す
る(10)．さらに，Pb は化学結合に寄与しない 6s2 孤立電子対

.

整合界面における電子チャネリング挙動

をもち，その立体障害効果も c 軸方向の面間隔を広げる働きをする．その結果，図 2 の結晶構造モデルに示したように，

ここで，一旦本題から離れてヘテロ界面の結像に関して触Ti O 配位多面体が SrTiO3 のような 6 配位の八面体配位でれる．図 6 のような STEM による界面近傍の結像では，界はなく，5 配位のピラミッド型配位構造を取る．つまり，Ti

面に平行入射した電子線プローブが結晶内における伝播挙動

は c 軸方向に 2 つある O のうちの一方のみが配位していを理解することが重要となる．そこで，本節ではヘテロエピ

る．以上の理由から， PbTiO3 は c 軸方向に原子間の結合がタキシャル界面の像コントラスト形成に及ぼす電子チャネリ

弱く，整合歪みによって c 軸方向に容易に伸縮すると考えらング挙動について検討する．ここでは，界面モデルとして原子レベルで急峻な PbTiO3/ SrTiO3 界面について考える．モデル構造は，SrTiO3(100)の SrO 面上に PbTiO3(100)TiO
層を第一層として接合して作製した．像シミュレーションはMultislice 法 ( xHREM, HREM Research ) を 用 い て 行 った(33) ． 入 射 電 子 エ ネ ル ギ ー  200 kV ， 収 束 半 角  20
mrad ， 入 射 方 向  [ 100 ] 晶 帯 軸 入 射 ， 焦 点 は ず し 量  0
nm ，スライス厚さ 1 単位胞/スライス，最大試料厚さ
100 nm ，散乱波の取り込み半角 90 175 mrad の条件で行った．
図に， PbTiO3 / SrTiO3 界面近傍における電子チャネリ
図6(a) PbTiO3 cドメインと SrTiO3, (b) PbTiO3 aドメイ
ンと SrTiO3 の接合面における原子位置の対応関係．
(オンラインカラー)

ング挙動のシミュレーション結果を示す．(a)のモデル界面構造に対し界面上の TiO を挟む Sr 原子カラム(SrTiO3 内)と Pb 原子カラム( PbTiO3 内)の各位置で界面に平行に電子

最近の研究

図8

図7

マルチスライス法による界面近傍の電子チャネリング挙動のシミュレーション．(a) 界面構造モデル，(b) (a)に対応する面内における各原子カラム上での電子強度分
布，( c ) ( b )の各原子カラム上におけるラインプロファ
イル．

ドメイン境界の(a ) HRTEM 像，( b) PbTiO3 のマル
90 °ドメイン境界チスライスシミュレーション像，( c ) 90 °における原子位置の適合性の模式図．

ドメイ
1.065のために単位胞が大きく歪んでおり，単純に90°ンを{101}面で接合しただけでは原子位置が一致しない．この自発歪みに起因した原子位置の不一致を解消するために，
ドメイン境界を挟んで単位胞が[100]PTO 軸に関して a＝
90°

線プローブを入射した．ここで，Sr や Pb の原子カラムにはの角度，3.6°
だけ相対的に回転しなければ
2arctan(c/a)－90°

酸素原子が隣接しているように見えるが，紙面奥行き方向にならない(35)．この局所的な格子回転の緩和がドメイン境界

半周期分変位しているため，Sr や Pb 原子カラム上には存在が有限の厚さを持つ理由である．

しない．各原子カラム位置に電子線プローブを置いたときの次に，ドメイン間の自発分極，つまり酸化物イオンの変位

結晶中の強度分布を(b)に，各原子カラム上のラインプロフ

方向に注目すると，自発分極の向きはドメイン境界の中心にァイルを(c)に示す．いずれの原子カラム上でも強度が動力の回転は起きていないことが分かる．このこと至るまで 90°

学的に振動しながら減衰するが，チャネリングの深度に大きから，自発分極の回転はドメイン境界中心の酸素原子面 1な違いが見られる． Ti O 原子カラム上では 100 nm 以上ま原子面を介して急峻に起こっていることが分かる．この結果で有意な強度を持ってチャネリングしている．これに対し，は，磁壁のように連続的に分極が回転するのではなく，Sr 原子カラムでは 40 nm, Pb 原子カラムでは 15 nm で入射( 101̃)面を境にして( 101̃ )面上の原子がせん断的に集団変位

表面の 10 分の 1 程度にまで急激に減衰する．従って，重元することによって発生する直接的な証拠を示している．ここ

素の占める原子カラムほどチャネリングの深度が浅く，こので重要な点は，ドメイン境界が有限の厚さを持つことと分極

ことは，観察している情報は主に表面近傍の情報であることの回転とは等価ではないことである．この点は，収差補正を意味する．近接する原子カラムへの電子線の広がりやカラ

TEM により酸素原子をも含めた原子分解能でのイメージン

ム間での飛び移りは見られないことから，回り込みなどの影

グによって明らかにすることができた．ドメイン境界の有限響は無視でき，原子レベルの急峻性での界面構造を観察しての厚みは，ドメイン間の原子位置が整合するために正方晶かいると考えられる．

ら対称性が低下した単斜晶に類似した状態にあると言える．
ドメインはドメイン境界の近傍にせん断的
この結果は， 90°

. °
ドメイン境界における分極回転と弾性場

な弾性場を伴いながら成長，運動することを意味している．
ヘテロ界面の整合歪み場，転位などの格子欠陥，ドメイン境

ここで本題に戻って，ドメイン境界の構造について説明す

界間に弾性相互作用が，ドメイン構造の形成挙動やドメイン

ドメイン
る．図 4 の LAADF 像における PbTiO3 薄膜の 90°

スイッチングの挙動に影響を及ぼしうることを示唆している．

およびドメイン境界の構造を弾性場の観点から調べた結果について述べる．図は， 90 °ドメイン境界近傍の収差補正

. °
ドメインと整合界面との弾性相互作用

TEM 像である．マルチスライス法によるシミュレーション

結果図 8( b )と比較し，特に酸化物イオンの変位方向から右

こ こ ま で ， PbTiO3 / SrTiO3 エ ピ タ キ シ ャ ル 薄 膜 の下のドメインが上向きに自発分極 Ps が配向，左上のドメイ

ドメイン境界と薄膜/基板界面にナLAADF 像観察から，90°

ンが左下に自発分極 Ps が配向したドメインであり，その左ノメータースケールの厚みで弾性場を伴った界面層が存在

下から右上に向かってドメイン境界が走っている．ここで，し，原子分解能観察 ABFSTEM, HRTEM 観察によって，ドメイン境界近傍の結晶面に注目すると，ドメイン間で90°

酸素原子の変位を直視することで分極構造や歪み構造を明ら

約 1.5 nm の幅に渡って(101)面が約3.6°
湾曲している．ドメ

かにできることを述べた．では，この様な弾性場を伴ったドイン境界上で両側のドメインの原子位置が一致する条件から，

メイン境界と整合界面，転位，ドメイン境界間の弾性相互作

ドメイン境界は｛ 101｝
P4 mm の点群に属する PbTiO3 の 90°用を定量的に表すことはできないだろうか．本節では，幾何面に平行なければならない(34)．また， PbTiO3 は軸比 c/a＝学的位相解析( GPA )(36) と呼ばれる原子分解能 STEM 像の

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan画像解析によって，これらの局所弾性場を定量化されたイメージとして表し，弾性相互作用を解析した結果について述べる．
ドメイン底面の(a)ABFSTEM 像
図は，粗大化した90°と(b)[101]PTO，[1̃01]PTO 軸を基準座標にとった歪みマップ
ドメインのうちである．図 9(a)の挿入図に示すように，90°
a 軸が面外方向を向いた aドメインは，基板界面と完全に接触するのではなく，ドメインのエッジ部分で点接触に近い様相を呈している．薄膜内部におけるドメインの終端は図 4(b)に示すようにレンズ状であり，転位の形成を伴わないのに対し，基板側の底面では{ 101 }PTO 面をファセットとする

図9

粗大化した 90 °ドメインの底面の( a ) ABF STEM 像，と[ 101 ] , [1̃01 ]軸を基準座標にとった歪みマップ(b)垂直成分([101])，(c) 垂直成分([101̃])，(d) 純粋せん
断成分，(e) 剛体回転．

図10

粗大化した 90°
ドメインの底部の純粋せん断歪みマップと ABF
STEM 像．

矩形型の形状をしている．基板と接する位置には，複数の刃状転位の存在が認められる．図に，図 9 の界面近傍の歪みマップのうちドメイン形成に重要となる純粋せん断場を現す歪みマップ(a)と位置 A, B, C における ABFSTEM 像の拡大像を示す．図 4 ( b )の LAADF STEM 像のコントラス
トと比較すると，LAADF 像で見えている回折コントラスト
ドメイン境界と薄は面間隔の変化する境界層，ここでは90°
膜基板界面を強く反映していることになる．
図10(b)(d)には特徴的な 3 つのパターンが観察されている(37)(40) ．はじめに，せん断歪みマップにおける位置 A に着目する．aドメイン底面位置に刃状転位のせん断歪み転分布に対応した 2 本の刃状転位が存在している．ABFSTEM像から，［100]PTO 方向の extra half plane と Burgers ベクト
ル b0 ＝ 1 / 2 a [ 1̃01̃ ]を持った 2 本の転位が小傾角粒界のような配列をしている．BaTiO3 セラミックスの小傾角粒界類似の構造である(41)．簡単のため弾性的等方性を仮定して刃状転位が作り出すせん断場を計算すると図に示すように，刃状転位のすべり方向に張り出した弾性場が形成され，この様ドメインのせん断場が相な 2 本の刃状転位のせん断場と90°
互作用していることが分かる．
位 置 B で は [ 001̃ ]PTO 方 向 の extra half plane と Burgers
ベクトル b1 ＝ a [ 1̃00 ]を持った刃状転位と[ 100 ]PTO 方向の
extra half plane と Burgers ベクトル b2 ＝ a [ 001̃ ]を持った刃状転位が存在している．すなわち，位置 A とは異なる転位が導入されていることが分かる．いずれのケースも 1 組の転位によって 2b0＝a[1̃01̃]という転位として機能し，図中の白線で囲んだ Burgers 回路は等価になる．これは，
b1＋b2＝a[1̃00]＋a[001̃]＝( 12 a[1̃00]＋ 12 a[1̃00])＋( 12 a[001̃]1＋
a[001̃])2

図11

刃状転位と90°
ドメインのせん断歪み場．(オンラインカラー)ることで，弾性エネルギー的にはより安定な構造に変化したと考えられる．
位置 C においては基板界面から離れた位置でドメインの底面が存在している．この位置には，位置 A, B の様な刃状

11a[1̃01̃]＋a[1̃01̃]＝b0＋b022

転位は観察されず，代わりに面外方向に格子の湾曲，面間隔のように転位の分解・合成反応を考えると説明できる．まの膨張が見られ，この状態は，刃状転位導入の前駆状態にあた，単位長さの転位線の弾性エネルギーは転位芯を除くとドメると考えられる．この結果は，整合界面上における 90°

Burgers ベクトルの 2 乗に比例することから，この反応によ

インの核生成は，既往の論文で報告されているような転位やって，b 21＋b 22＝2a2 から b 20＋b 20＝a2 へ弾性歪みエネルギーがドメインの核生成サイステップ(42)(43) などの格子欠陥が 90 °半減することになる．よって，薄膜堆積後冷却過程で起こる

トになるのではなく，ドメインの核生成による格子変形が先ドメインの形成において， Burgers ベクトル b1 および b2 を行し，弾性限界を超えた段階で刃状転位が導入されることを持つ転位が Burgers ベクトル b0 をもつ 2 本の転位に変化す示唆している．

＝



最近の研究

ドメインの核生成によって結晶構造の変形，特に剛体回転と面間隔の伸張( c 軸→ a 軸， a 軸→ c 軸)が弾性的に起こるが，何が核生成の起点となっているのであろうか．図 4( a )の LAADF 像の界面付近に注目すると，界面直上に数ナノメートル程度の微細な 90°
ドメインが存在する．この様なナ
ノサイズのドメインが成長して薄膜を貫通する様なドメインに成長したと考えると，界面層に核生成の起点となる要因が存 在 す るは ず で ある ． 図 5 で 述 べた よ うに ， 基 板直 上 の
PbTiO3 は 6 原子層の厚さにわたり c 軸が収縮していること

図12

ドメイン核生成・成長過程のモデル．(オンラインカラー)

図 13( a ) 粗大化したドメインの TEM 像と(b ) 転位にピニングされたドメインの粗大化モデル．(オンラインカラー)

から面内の 2 軸引っ張り状態にあると考えられる．よって，
c 軸が面内方向に配向した a ドメインの核生成に有利となる．つまり，整合界面に付随した歪んだ界面層が90°
ドメイ
ン核生成の起点になっていると考えられる．実際，ドメイン
底部の転位は整合界面から 6 原子層程度離れた位置に観察され，ミスフィット転位のようにドメイン形成以前から存在していたのではなく，ドメイン形成過程において導入された
ドメイことを示唆する．この点が，半整合界面における90°
ン核生成とは異なる点である．
以上の知見に基づいて，図にドメインの核生成・成長メ
カニズムのモデルを示す．aドメインの核生成に伴い面間隔が広がるとともに原子面の湾曲が弾性的に起こる．ドメインの成長に伴い，局所的に弾性限界を超えた段階で刃状転位が像 A のような二股のものが観察されている．これらの観察導入される．( 100 )PTO ，( 001 )PTO 面に沿ってドメイン間でドメインの粗大化のメカニズムとして結果に基づいて， 90°a, c 軸の間に格子ミスマッチが生じるために 2 つの直交した

図13(b)の様な成長モデルが考えられる．ナノサイズの幅を刃状転位 b1 ＝ a [ 1̃00 ]， b2 ＝ a [ 001̃ ]の導入が必要となる．さ持ったドメインが近接して成長した場合，自由表面付近まで

らに，これら転位芯近傍の原子面の湾曲を利用した剛体回転

成長した後両者が合一し，表面側から基板に向かって成長すにより 90°
ドメイン間の原子位置の整合を取る．最終的にはドる．この様に，基板界面近傍で転位にピニングされた90°

前述した転位反応によって，弾性歪みエネルギーの低い 2

メインを単位として，そのすき間を埋める形で横方向に成長

本の刃状転位 b0 ＝ 1 / 2 a [ 1̃01̃ ]が形成され， a ドメインの底ドメインは界するものと考えられる．このようにして， 90°

面は小傾角粒界のような境界構造を形成する．つまり，aド

面近傍でファセット状の形状となり，基板界面とは接触しなメインの底面構造は， 90°
ドメインの側面に当たる整合的ない．従って，結晶の異方性が大きい場合，基板界面直上にドメイン境界とは異なり，刃状転位列を伴った小傾角粒界様は，格子ミスマッチの小さな配向，つまり c ドメインが形の構造を形成する．この様な小傾角粒界様の界面構造形成に成され，ミスマッチの大きな a ドメインはできるだけ基板

は，格子回転により生じる原子位置と不一致を緩和するためとの接触を避けた点接触の形で成長することが明らかになっに回位が導入されると見なすことも可能であり，1 対の刃状た．また，詳細は省くが，図13(a)の B は自発分極が膜厚方

転位はくさび形回位双極子として格子回転を生じていると見向に反転した 180 °ドメインを表している．回折コントラス

なすことができる(44)(46) ．この様に，トを伴っていることから， 180 °ドメイン境界においても回

a ドメインの底面の近傍では，PbTiO3 の a 軸，c 軸および SrTiO3 の a 軸の 3 つ折条件が変化する歪みの存在を示唆している．

の格子ミスマッチを半整合的に接合するために複雑な構造を形成し，aドメインは底面において刃状転位との弾性相互作

. °
ドメインの交差における弾性相互作用

用を通じてピン止めされているものと考えられる．
次に， 90°ドメインの粗大化過程について考える．図 9 のここまでは，90°
ドメインと薄膜/基板界面の弾性場との相ドメインは，底面側の形状から 3 つの aドメインが合体
90°

互作用，aドメインの成長メカニズムについて述べた．本節

した構造をしている．粗大化したドメインの底面構造は 1では，aドメインどうしの弾性相互作用について述べる．図対の刃状転位をともなった(101)面上の小傾角粒界様の界面

に 2 つの a ドメインが接触した交差領域の ABF 像を示と直交する(101̃)面の組み合わせから形成されている(38)．こす．図 8 で述べたように， PbTiO3 は 90 °ドメイン境界に境の 1 対の転位のすべり方向は 90°
ドメインの長手方向に向い界層を伴い，軸比 c /a によって歪んでいる．従って， 90°
ドているので，それと直交する横幅方向にはこれらの転位は滑メイン(aドメイン)の交差領域ではドメイン境界間の弾性的ることができず，上昇運動をしない限りドメインは横方向にな相互作用が起こる．図14(a)は，PbTiO3/SrTiO3 薄膜にお成長できない．よって，1 つのドメインの幅はこの転位の間

い て 2 本 の a ド メ イ ン ( a1, a2 ) が 交 差 し た 領 域 の ABF 

隔に相当する数ナノメートル程度が限界であると考えられ

STEM 像であり，交差領域のドメイン境界が大きく変形しドメインとして図(a)の TEMる．一方，粗大化途中の90°ていることが分かる．図( b )は，( a )の四角で囲んだドメイ

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan




.

お

わ

り

に

本稿では，筆者が従事してきた強誘電体薄膜における組織形成の研究において， PbTiO3 / SrTiO3 エピタキシャル薄膜
ドメインにおける，ドメイン構造，特に弾性場を伴った 90°と整合界面，転位，ドメイン間の弾性的な相互作用を収差補
正電子顕微鏡，特に LAADF / ABF STEM 法を中心に歪み
コントラストを活用した局所的な構造や弾性場の評価の観点から強誘電体薄膜のドメイン構造形成に及ぼす局所的な弾性 基板
場の影響ついて研究の一端を紹介した．具体的には，

との格子ミスマッチが小さな c ドメインが優先的に配向し 90°
ドメイン境界て整合界面が選択的に形成されること，

は歪みを伴って有限の幅を持つが，せん断変形によって自発
 基板界面と分極が 1 原子面で急峻に回転していること，

のミスマッチの大きな a ドメインは，半整合界面とは異なり，刃状転位対の導入により小傾角粒界様のドメイン境界を
図14

ドメイン交差領域の ABFSTEM 像と歪みマップ．
90°

整形成することによって界面との整合性を維持すること，

合界面の弾性場がドメイン核生成の駆動力になっていること，
 a
ドメインどうしの接触・交差の場合にも転位が導入さ

ン交差領域の拡大像である．ドメインの交差領域では 2 方

れ結晶学的せん断構造が形成されることが示唆された．この向の a ドメイン a1, a2 と c ドメインの 3 種のドメインが互様に，格子ミスマッチの大きな基板界面やドメイン境界間でいに(101)PTO および(101̃)PTO 面上で整合しなければならなは，刃状転位の導入によって面間隔と格子回転のミスマッチ

い．図( b )の領域 A, B に着目すると，両ドメイン境界の格を解消している．

子が大きく湾曲しており，投影方向の構造の重なりではなく強誘電体材料自体は，古くから研究されてきた材料である

面内で交差し， 2 種類の a ドメインが相互に干渉しているが，昨今の評価分析技術の著しい進展によって，従来評価がと考えて良い．その中心部では 2 つの部分転位と積層不整困難だった知見が得られるようになった．筆者らは PbTiO3を生じている．2 つの部分転位は互いに逆向きの Burgers ベ

以外にも，リラクサー材料における微細構造，組成相境界

クトル b＝ 1/2a[101̃], b＝ 1/2a[1̃01]をもち，(101)PTO 面上MPB(47)(50) や近年注目されている非ペロブスカイト型強誘で逆向きのすべりによって局所的に TiO6 八面体が稜共有し電体の特異なドメイン構造や新しいメカニズムの強誘電体でた結晶学的せん断構造を形成し，格子の湾曲に伴う歪みを緩ある直方晶 HfO2(51)(53)，新奇なマルチフェロイック材料で和している．構造の再編を伴うことから，この様なドメインある e 相(Ga, Fe)2O3(54)などの解析を進めており，様々な新間の交差はドメイン境界の運動をピニングし，スイッチング

奇強誘電体材料におけるドメイン構造や格子欠陥などの局所に寄与しないドメインとなる．これらの転位は，基板界面近構造とその形成メカニズムを明らかにしていきたいと考えて傍における a ドメイン形成にも関与する転位と同型であいる．格子欠陥や界面などに付随する局所弾性場を原子解能

る．｛101｝〈101̃〉がペロブスカイト型構造における転位のすでイメージングすることは，強誘電体材料に限らず広く金属

べり系であり，ミスフィット転位の導入にも重要な役割を果

材料(55)(56)や半導体材料(57)(59)など周期構造を持つあらゆるたしている(15)．図14(c)(d)は(a)の幾何学的位相解析から算材料において機能発現や組織制御に展開できる．本稿がその出した歪みマップで，それぞれ( c )剛体回転( d )純粋せん断一助となれば幸甚である．

歪みを表す(歪みの基準は SrTiO3 基板)． a1, a2 ドメインの違いは回転方向のみである．剛体回転に着目すると， a1, a2

本研究の一部は，科学研究費補助金17H05327, 17K18970,

ドメインの交差領域では， a2 ドメインは a1 ドメインに切断

15H04118, 23360283, 21760524，フジクラ財団，加藤科学

されている．ただし， a1 ドメインの内部でも剛体回転が a2

振興会，コニカミノルタ科学技術振興財団の支援の一環で実ドメインに沿っておおよそ 2 °
減少している．純粋せん断歪施しました．電子顕微鏡の実験は，東北大学金属材料研究所

みは両ドメイン共に同程度であるが，交差領域でおおよそ

青柳健大助教，同長迫実助手，東北大学先端電子顕微鏡セン

1 減少している．よって， 2 つの a ドメインの交差によりター早坂祐一郎氏，同青柳英二氏，東北大学大学院工学研究

a2 ドメインが寸断されるが，交差領域では a2 ドメインの影科小林恒誠博士，東北大学ナノテク融合技術支援センター赤響が a1 ドメイン交差領域の変形として現れること，ドメイ

間章裕氏，日本電子安原聡氏の協力の下で実施しました．こンの交差領域では積層不整を伴う部分転位形成による格子変

こに特記して深甚な感謝の意を表します．

形を起こし，塑性変形することが明らかになった．



最近の研究

文

献

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Pompe: J. Appl. Phys., 78(1995), 16961706.
(45) C. M. Foster, W. Pompe, A. C. Daykin and J. S. Speck: J. Appl.
Phys., 79(1996), 14051415.
(46) 北野保行電子顕微鏡，25(1990), 2
10.
(47) T. Kiguchi, C. Fan, T. Shiraishi and T. J. Konno: Jpn. J. Appl.
Phys., 56(2017), 10PB12.
(48) T. Kiguchi, Y. Misaka, M. Nishijima, N. Sakamoto, N.
Wakiya, H. Suzuki and T. J. Konno: J. Ceram. Soc. Jpn., 121(2013), 236
241.
(49) C. Fan, T. Kiguchi, A. Akama and T. J. Konno: J. Ceram. Soc.
Jpn., 123(2015), 565569.
(50) C. Fan, T. Kiguchi, A. Akama and T. J. Konno: J. Ceram. Soc.
Jpn., 124, (2016), 697701.
(51) T. Shimizu, K. Katayama, T. Kiguchi, A. Akama, T. J. Konno
and H. Funakubo: Appl. Phys. Lett., 106(2015), 077139.
(52) T. Kiguchi, S. Nakamura, A. Akama and T. Shiraishi: J. Ceram. Soc. Jpn., 124(2016), 689693.
(53) T. Shimizu, K. Katayama, T. Kiguchi, A. Akama, T. J Konno,
O. Sakata and H. Funakubo: Sci. Rep., 6(2016), 32931.
(54) T. Katayama, S. Yasui, Y. Hamasaki, T. Shiraishi, A. Akama,
T. Kiguchi and M. Itoh: Adv. Funct. Mater., 27(2017),
1704789.
(55) T. Kiguchi, Y. Ninomiya, K. Shimmi, K. Sato and T. J. Konno:
Mater. Trans., 54(2013), 668674.
(56) S. Matsunaga, T. Kiguchi, K. Sato and T. J. Konno: Mater.
Trans., 56(2015), 923927.
(57) M. Sennor, S. L.
Korinek, Y. Championand and M. J. Hytch:
Mater. Sci., 43(2008), 38063811.
(58) T. D. Young J. Kioseoglou, G. P Dimitrakopulos, P. Dluzewski
and P. Komninou: J. Phys. D: Appl. Phys., 40(2007), 4084
4091.
(59) M. J. H äytch, J.L. Putaux and J.
M. P áenisson: Nature, 423(2003), 270
273.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
木口賢紀
1997年12月 東京工業大学大学院理工学研究科博士後期課程修了
1998年 1 月
2007年11月 東京工業大学工学部助手(総合分析支援センター)
2007年12月現職
専門分野材料工学・電子顕微鏡・結晶工学◎酸化物薄膜・単結晶，軽金属，半導体の結晶成長，組織解析に従事．電子
線や X 線を用いた構造解析技術や分析技術を中心に活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

木口賢紀

舟窪

浩

今野豊彦




走査電子顕微鏡による強磁性体材料の表面磁区構造観察
赤

.

は じ

め

嶺

大

志

に

強磁性体材料の磁気特性は磁区構造(1)と強い関連があり，外部磁場や温度変化に伴う磁区構造変化の直接観察へのニーズが高まっている．現在，代表的な磁区構造観察法としては，磁気力顕微鏡法( MFM )，磁気光学 Kerr 顕微鏡法，ローレンツ透過電子顕微鏡法，電子線ホログラフィー法，スピ
ン偏極走査電子顕微鏡( SEM )などが知られている(2) ．また，通常の SEM による磁区構造観察法は，従来から TypeI および Type II 法として知られてきた(3)(5)．以下では，本稿に関連する Type I 法について述べる．
Type I 法は SEM において放出される電子のうち，主に 2次電子と試料表面近傍における漏洩磁界との相互作用を利用した観察法である．したがって，試料表面に磁極が現れる条
件において主に適用される．ここでは，例として 1 軸磁気異方性を有する強磁性材料の磁化容易軸に垂直な面，すなわ
ち迷路磁区(1) の観察を想定して話を進める．従来の Type I
法 で は 通 常 の 2 次 電 子 検 出 器 で あ る E T 検 出 器 ( ETD:
Everheart Thornely detector )(6) が 用 い ら れ て き た ． 図 ( a )に示すように ETD は光軸から傾斜した位置に配置されているため，ローレンツ力による 2 次電子の偏向方向によって収率が変化する．2 次電子は試料面法線方向に最も多く

図1(a) 検出器と試料の位置関係の模式図．(b)磁区の表面近傍における分岐．(c) 表面起伏
180°
像と(d) ILD で取得した磁区構造の SEM 像．原論文(7)より一部改変して転載(licensed under CC
BY 4.0: https://creativecommons.org/licenses/
by/4.0/)．

放出されるため，磁界の面内成分が大きくなる磁壁近傍においてローレンツ力が有効に作用し，磁壁コントラストが現れする)．このことは，Type I 法では原理的に全ての磁壁を描る．ただし，偏向方向が 2 次電子の放出点と ETD を結ぶ方

写することが困難であることを示している．また，漏洩磁界向に対して，平行である場合には明瞭な収率変化が生じるは磁壁幅よりも通常広く分布しており，磁気偏向が広範にわが，垂直である場合には収率変化が乏しく明瞭なコントラス

たって生じるためシャープなコントラストが得られず，トが形成されない(厳密な方向依存性は電磁界の分布に依存Type I 法の空間分解能を制限する一因となっている．

九州大学総合理工学研究院物質科学部門助教(〒8160811 春日市春日公園 61)
SEM Observations for Surface Magnetic Domains of Ferromagnetic Materials; Hiroshi Akamine(Department of Advanced Materials
Science and Engineering, Faculty of Engineering Sciences, Kyushu University, Kasuga)
Keywords: scanning electron microscopy, ferromagnetic materials, magnetic domains
2017年12月20日受理[doi:10.2320/materia.57.106]



新 進 気 鋭

本稿では，このような問題に対し，近年導入されるように迷路状の磁区構造が明瞭に観察されている．点状の閉じた領なった環状のインレンズ型検出器(ILD: inlens detector)(本磁区の分岐構造(1)(図 1( b ))を反
域は表面近傍で生じる 180°

稿では，鏡筒内に配置されるタイプの検出器をインレンズ型

映している．次に， ILD により得られたコントラストと実と呼称するものとする)を用いることで，従来の Type I 法

際の磁区構造の対応を取るため， MFM 像との比較を行っよりも良好な磁区コントラストが得られることについて述べた．図(a), (b)に MFM で取得した表面起伏像と磁区構造る(7)．

像をそれぞれ示す．試料はおおむね平滑であるが，わずかに機械研磨と Ar イオンミリングによる表面起伏が見られた．

.

ILD を用いた Fe
Pt 合金の表面磁区構造観察

図 2(b)に基づく表面磁区構造の模式図を図 2(d)に記した．
図 2( c ) , ( e ) , ( f)には SEM で取得した ETD 像(コレクター

図 1 ( c ) , ( d )に Fe 40 at  Pt 単結晶の c 面を表面起伏像

電圧－ 50 V )， ETD 像(コレクター電圧＋ 250 V )， ILD

および ILD を用いて取得した磁区構造像を示す．同合金は像をそれぞれ示す．コレクター電圧を負に設定した ETD 像

L10 型の規則構造( c/ a＜ 1)をとり， c 軸方向に大きな 1 軸磁では，反射電子の照明効果によって表面起伏がよく観察さ

気異方性を有する(8)．試料表面は機械研磨と Ar イオンミリれ(3),(4)，図 2(a)と比較すると同一視野であることが確認でングによって仕上げた．図 1( d)を見ると，全体にわたって

きる．一方，コレクター電圧を正に設定した ETD 像では，
2 次電子が効率よく収集されるため，磁気偏向による TypeI コントラストが現れている．磁区構造の模式図(図 2(d))と比較すると， Type I コントラストでは水平方向の磁壁が暗線・輝線によって現れているが，実際の磁壁幅よりも広く，また鉛直方向の磁壁はほとんど描出されていない．また，図2 ( c )に見られる表面起伏コントラストが多く重畳している

ことがわかる．他方， ILD で取得した像(図 2 ( f ))では全方位の磁壁が比較的よく描出されており，コントラストも磁壁位置近傍にシャープに現れている．さらに，表面起伏コント
ラストがほとんど重畳しておらず，磁気的な情報のみをよく抽出している．
以上のように， ILD を用いることで ETD の Type I コン
トラストに比較して良好な磁区構造像を得ることが可能である．次に， ILD 像における磁区コントラスト形成原理に関して，電子軌道計算を用いて考察した結果について述べる．

. ILD 像における磁区コントラスト形成に関する考察
図に 2 次電子の軌道計算の結果を示す．試料表面の 1点より射出する 2 次電子を考え，試料上方の漏洩磁界中における空間軌道について計算を行った．2次電子の射出方向は，図 3 ( a)に示す光軸からの脱出角 u と方位角 f について
一定間隔で与えた．試料上方の磁界は x 負方向とし，その大きさは CoPt 合金に対する数値計算の結果(7) より図 3 ( b )のように試料表面からの距離 z に関する減衰関数として定義した．これらの条件下で計算した 2 次電子軌道の z＝10 mm 平面における分布を求めた結果を図 3 (c )(e )に示す．図中で赤点は磁界無しの場合，青点は磁界有りの場合の結果であ
図2

MFM により取得した( a ) 表面起伏像と( b ) 磁区構造像．( c ) SEM ETD (コレクター電圧－ 50
V)で取得した表面起伏像．(d) (b)に基づく表面磁区構造の模式図．色の違いは磁化方向の違いを示す．( e ) SEM ETD (コレクター電圧 300
V ) で 取 得 し た Type I 磁 区 コ ン ト ラ ス ト ． ( f )SEMILD で取得した磁区構造像．原論文(7)より一部改変して転載(licensed under CC BY 4.0:
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)．

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japanり，各点はそれぞれ異なる(u, f )の組に対応している．まず，2 次電子エネルギーが 50 eV と比較的高エネルギーな場合，偏向量は非常に小さく，磁界無しの分布と比較して大きな差異は見られなかった．一方，2 eV や 1 eV のような低エネル
ギーの場合には 2 次電子分布は楕円状に伸びており，大きな偏向を受けていることが分かる．本装置において， ILD
は比較的直上方向に射出された光軸寄りの 2 次電子を主に検出する(7)ことから，磁気偏向によって光軸から大きく逸れ




図4

図3

( a ) 2 次電子の射出角の定義と測定面．( b ) 漏洩
磁束密度の絶対値の z 依存性．射出エネルギーを(c) 50 eV，(d) 2 eV，および(e) 1 eV にした場合の z ＝ 10 mm 平面に到達した時点における 2 次電子の分布．赤点は磁界無し，青点は磁界有りの場
合の結果を示す．磁界は x 負方向に印加されている．

(a) 観察方向から見た各バリアントの結晶構造と磁化容易軸．( b ) ILD で取得した磁区構造像．
(c) 環状の反射電子検出器で取得した電子チャネ
リングコントラスト像．( d ) ETD で取得した表面 起 伏 像 ． 原 論 文(7) よ り 一 部 改 変 し て 転 載(licensed under CC BY 4.0:
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)．

.

ま

と

め

た 2 次電子は ILD において検出されない．したがって，こ

本稿では，ILD を用いた SEM による磁区構造観察法につれらの結果は，面内方向の漏洩磁界が存在する場合，主に低いて述べた． ILD を用いることで，従来の ETD を用いたエネルギー 2 次電子に関して収率が低下することを示唆しType I 法よりも明瞭な磁区コントラストを得ることができている．実際に，図 2 ( f )を見ると任意の方向の磁壁が暗線る．本手法は多様な情報を切り分けて一度に取得できるメリで現れており，2 次電子収率が低くなっていることが確認でットがある．今後，観察条件の最適化や検出系の改良によきる．

り，磁区構造を含む多元的組織解析および外場下でのその場観察などへの展開が期待される．

.

強磁性材料の多元的組織解析への展開
文

献ILD を用いた SEM による磁区構造観察の最大のメリット

は，簡便さと多様な情報を切り分けて一度に取得できることである．ここでは例として，図(a)の模式図に対応した複数の方位バリアントを含む CoPt 合金の SEM 観察結果を図4(b)(d)に示す．図 4(b)は ILD を用いて取得した磁区構造像であり，全 X バリアントの領域にわたって迷路状の磁区構造が明瞭に観察される．図 4( c )は鏡筒下端に配置された
環状の反射電子検出器で得たチャネリングコントラスト像であり，バリアント間の結晶方位の違いをよく表している．さらに，図 4 ( d )は ETD で取得した表面起伏像であり，他の検出器では見られなかったイオンミリングによる起伏を映し出している．このように，本手法では磁区構造・結晶方位・( 1 ) A. Hubert and R. Schafer: Magnetic Domains, 2nd Edition,
Springer, (1998).
( 2 ) 日本磁気学会編磁気イメージングハンドブック，共立出
版，(2010).
( 3 ) 日本顕微鏡学会関東支部編新・走査電子顕微鏡，共立出
版，(2011).
( 4 ) L. Reimer: Scanning Electron Microscopy, 2nd Edition, Springer (1985).
( 5 ) G. A. Jones: J. Magn. Magn. Mater., 8(1978), 263285.
( 6 ) T. E. Everhart and R. F. M. Thornley: J. Sci. Instrum., 37(1960), 246.
( 7 ) H. Akamine, S. Okumura, S. Farjami, Y. Murakami and M.
Nishida: Sci. Rep., 6(2016), 37265(1)37265(8).
( 8 ) N. I. Vlasova, G. S. Kandaurova and N. N. Schegoleva: J.
Magn. Magn. Mater., 222(2000), 138158.

表面起伏などの情報を切り分けて同時に取得することが可能★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

であり，複雑な強磁性材料の組織解析に有効であると考えら

2016年 3 月 九州大学総合理工学府博士課程修了
2016年 4 月 現職
専門分野電子顕微鏡，機能性合金◎主に電子顕微鏡を用いた機能性合金の組織解析に従事．

れる．また，エネルギー分散型 X 線分析( EDS )による組成分析や電子後方散乱回折法(EBSD)による結晶方位解析などの定量分析も同一の SEM 内において実行可能である．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

赤嶺大志



新 進 気 鋭

半極性面 AlGaN 量子井戸を利用した
高効率深紫外発光素子の提案
市

川

修

平

陥(転位や不純物)が劇的に低減されつつある(4)．一方で，こ

.

は じ

め

に

れらの結晶欠陥の低減が， LED の外部量子効率をはじめとする光学特性の改善に大きくは寄与していないことが課題と

近年，窒化物半導体を利用した発光ダイオード( LED )やなっている(5)(8)．これまでの研究から，AlGaN 系の半導体

レーザダイオード(LD)の研究が盛んに進められており，様におけるキラー欠陥が， Al 空孔由来の点欠陥である可能性々な波長域での発光素子が実現されている． 2014 年に日本が指摘されいる(9)(10)．Al 空孔は転位や不純物等の欠陥とは

人 3 名が ノ ー ベル 物 理 学賞 を 受 賞す る 要因 と な った 青 色

異なり， AlGaN 結晶において intrinsic な欠陥である点や，LED の開発は，InGaN 系半導体を利用することにより達成

その形成エネルギーが非常に低いことから，低減の困難さがされた．可視光領域のデバイスを担う InGaN 系半導体に加課題となっている．つまり， AlGaN 系半導体の発光効率のえて，波長 200 ～ 300 nm の深紫外域で発光するデバイス用

さらなる向上のためには，欠陥低減による非輻射再結合確率

材料として，同じ窒化物半導体である AlGaN 系半導体が近減少に努めるプロセスに加えて，輻射再結合確率を増大させ

年注目を集めている．現在，深紫外光源として水銀ランプるプロセスを同時に推進する必要があると言える．本稿で(波長 253.7 nm )や ArF エキシマレーザ(波長 193 nm )等がは，後者の研究一例について紹介する．

用いられているが，内包ガスの人体・環境への負荷が大きい

一般に AlGaN 系半導体では，バンドギャップエネルギー

点やガス光源特有の効率の低さ・素子寿命の短さなどが大きの大きな AlN 層でバンドギャップエネルギーの小さな Al-

な課題となっている．とくに一般照明用の高圧水銀ランプは，

GaN 層を挟んだような AlGaN/AlN 量子井戸構造(QW)を作

2013 年 に 採 択 さ れ た “ 水 銀 に 関 す る 水 俣 条 約 ” ( the製することで，活性層である AlGaN 層での発光効率の向上

Minamata Convention on Mercury)により，2021年以降の製を図っている．図に示すように， AlN と GaN では( a 軸)

造・輸出入の全面禁止が決定されている(1)．殺菌や産業用の格子定数が2.4も異なり(11)，他の IIIV 族半導体と比較し水銀ランプは，当面 LED 照明等による代替が困難であるたても格子不整合が大きな系である特徴がある(AlAs と GaAs

め，現在の水俣条約では規制対象外であるものの， AlGaN

間では 0.14 程度(12) )．このため AlGaN 系の QW では，下系半導体 LED による将来的な代替が期待されている．しか地 AlN 層との格子定数差に伴って活性層内に圧縮歪みが生しながら， AlGaN 系半導体は，その物性の解明や結晶成長

じ，これにより誘起されるピエゾ分極によって井戸層の成長

技術が発展途上の段階にある． AlGaN 量子井戸ベースの深方向に内部電界が発生する．この結果，活性層中の電子と正紫外 LED の外部量子効率は未だ20程度以下であり(2)，波孔の波動関数が空間的に分離され，輻射再結合確率が劇的に

長 300 nm 以下の LD も実現されていない現状にあるため，低下することが知られている．この内部電界の大きさは井戸

さらなる結晶成長技術の向上や基礎物性の解明が望まれてい層の形成方向(結晶成長方向)に強く依存し，従来から多く利る．

用されてきた極性面( 0001 )上の成長において，その値が最これまで AlGaN 系半導体は，サファイア基板上にヘテロも大きくなり，極性面に垂直な無極性面[(11̃00)や(112̃0)なエピタキシャル成長される事が一般的であったが，近年の高ど]上の成長では理論的にゼロとなることが示されてい

品質な AlN バルク基板の開発に伴い(3) ，成長膜中の結晶欠る(13) ．しかし，結晶表面の構造に起因した成長条件の差異

大阪大学 超高圧電子顕微鏡センター特任助教(〒567
0047 茨木市美穂ヶ丘 71)Highly Efficient DeepUV Emitters Based on Semipolar AlGaN Quantum Wells; Shuhei Ichikawa(Research Center for UltraHigh
Voltage Electron Microscopy, Osaka University, Ibaraki)
Keywords: AlGaN, Semipolar, deep ultraviolet (DUV), strain, stimulated emission
2017年12月22日受理[doi:10.2320/materia.57.109]

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan




図2

図1

窒化物半導体の格子定数およびバンドギャップ
エネルギー．

低圧条件下( 76 Torr )で成長した AlN 膜の表面
AFM 像，(a) c 面 AlN 膜，(b) r 面 AlN 膜．

は 0.06 nm 程度であり，厚さ数ナノメートルの QW を作製する上で十分高品質な AlN 膜が得られていることが分かる．一方で，同様の成長条件を用いて半極性面基板上にホモから，無極性面上への高品質 QW の結晶成長が非常に難し

エピタキシャル成長を行った際には，図 2 ( b )に示すよういことが知られている(14)．そこで本研究では，内部電界のに，成長表面に多量のピット(～ 108 cm－2 )が出現し，著し低減と高品質結晶作製の双方を実現するために，従来の極性い結晶性の悪化が観察された．これに伴い RMS 値も 59.8

面に代わる新たな結晶成長面として，極性面と無極性面の中nm と急増し，QW 作製が困難な状態であることが分かる．

間の結晶面にあたる半極性面上への結晶成長を試みた．まこれらの結果は，結晶方位によって最適な成長条件が異なる

た，フォトルミネセンス( PL )測定を利用することで，実際事を明示しており，高品質半極性面 QW 作製のためには，に作製した半極性面 QW における輻射再結合寿命の評価

成長条件の最適化が必要であることが分かる．成長膜厚を変と，その他の光学的特性の変化について解析した内容を紹介化させながら表面観察を行ったところ，成長の初期段階でピする．また，実際の発光デバイス作製を考慮した光取り出しットが生成され，成長膜厚の増加と共にピットが肥大化するの観点から，光学的偏光度の適切な制御に基づいた半極性面

ことが明らかになった．そこで，炉内圧力を変えることによ

QW からの誘導放出を目指した取り組みについても述べる．

り，成長最表面に生成される成長核密度を制御し，成長初期段階においてピット内部への核生成を促進させることでピッ.

半極性面量子井戸の結晶成長条件とその光学特性

トの消滅を試みた．図に，成長圧力を変化させた際の r 面
AlN ホ モ エ ピ タ キ シ ャ ル 膜 の 表 面 AFM 像 を 示 す ． 図 よ上述のように， AlGaN 系半導体では高効率化の観点かり，成長圧力の増加に伴って形成されるピット密度が劇的にら，内部電界の抑制が期待できる非極性面(半極性面・無極減少することが明らかになった．これは成長圧力の増加によ性面)上への QW 作製が望まれている．しかしながら，従来って，表面に吸着した Al 原子のマイグレーションが適度にの極性面上への成長との成長条件の差異から，高品質な非極抑制され，成長最表面に生成される AlN 成長核密度が増加

性面 AlGaN QW は実現されていない現状にあった(14)(19)．

したために，ピット内部にも核生成が促進され，ピットが埋

本節では，高品質な半極性面 AlGaN / AlN QW の作製にむ没・消滅したためだと考えられる．また 500 Torr 成長時にけて取り組んだ下地 AlN 層の成長条件の最適化について述

おいて，ピット消滅後の RMS 値は 0.19 nm であり，これはべる．その後，作製した半極性面 QW と従来の c 面 QW のr 面の面間隔とほぼ同等であることから，原子レベルで平坦発光特性の差異について述べる．

な表面が得られていることがわかる．またこれらの結果は，



半極性面成長における成長条件の最適化

適切な成長核密度の制御によって，吸着 Al 原子の拡散抑制下においても，ピット外部における 2 次元核成長が維持さ本稿で使用する試料はすべて，有機金属気相成長法

れることで，平坦領域が保たれることも同時に明示してい( MOVPE )を用いて単結晶 AlN 基板上にエピタキシャル成る．これらピットの生成・消滅に関する傾向は，r 面以外の長 す る こ と に よ り 作 製 し た ． 用 い た AlN 基 板 は c 面 ，半極性面成長時においても広く同様に観察され，高圧力下( 11̃02 )面( r 面(20) )，( 112̃2 )面の 3 種類である．成長温度( 500 Torr )での成長により高品質な半極性面 AlN 膜が普遍

1200 °C ， V / III 比 217 ， 成 長 圧 力 76 Torr の 条 件 下 で c 面的に得られることを見出した．

AlN ホモエピタキシャル膜を成長し，表面を原子間力顕微

そこで，以後の AlGaN/AlN QW 作製時においても，c 面鏡(AFM)により評価した[図(a)]．図 2(a)に示すように，上の成長では成長圧力を 76 Torr に保ち，半極性面上の成長

c 面 AlN 膜表面には 1 分子層高さのステップを有するステでは成長圧力を 500 Torr に保った状態で結晶成長を行っップテラス構造が確認され，原子レベルで平坦な表面が得た．成長後の表面 AFM 像から，いずれの試料も原子レベルられていることが分かる．また，その自乗平均粗さ( RMS)

で平坦な表面を維持したまま QW 構造が作製されているこ

新 進 気 鋭

図3

図4

r 面 AlN 薄膜の表面モフォロジーの成長圧力依存性．

図5

各 AlGaN/AlN QW の PL ピークエネルギーの井
戸幅依存性．

図6

各AlGaN/AlN QW における(a) 低温 TRPL 減衰曲線と(b) 積分 PL 強度の温度依存性．

半極性面 AlGaN/AlN QW の断面 TEM 像．
(a) r 面 QW，(b)(112̃2)面 QW．

とが明らかになった．つづいて，透過型電子顕微鏡(TEM )により QW 界面の構造評価を行った． r 面および( 112̃2 )面
AlGaN/AlN QW の断面 TEM 像を図(a)，(b)にそれぞれ示す．図 4 より，非常に急峻な量子井戸界面が実現されており，成長圧力の最適化によって高品質な半極性面 QW が得られることが明らかになった(21)．


発光特性の比較

PL 強度の減衰が非常に速いことが分かる．この減衰曲線から見積もられるキャリア再結合寿命は， r 面 QW では 3.50
ns ，( 112̃2 )面 QW では 0.54 ns であり， c 面 QW における277 ns に対して非常に短いキャリア寿命であった．これら

c 面および半極性面上に作製した高品質 Al0.8Ga0.2N / AlN

キャリア寿命について井戸幅依存性を観察すると，見積もら

QW について PL 測定および時間分解 PL ( TRPL )測定を行れるキャリア寿命は井戸幅と共に増大することが明らかにない，発光特性の比較を行った．励起光源には Ti : Sapp 4 倍った．この過程は，内部電界の影響をより強く受ける広井戸

高調波レーザ(励起波長 210 nm )を用い， AlGaN 層のみを幅の QW において，輻射再結合寿命が長寿命化する傾向と選択励起した．また，測定はスクリーニングの影響が無視で合致している．これらの結果から，本測定において見積もらきるような弱励起条件下(初期キャリア密度 0.95 － 5.0 ×

れたキャリア寿命は，輻射再結合過程の影響を主に受けた寿1014 cm－3)で行った．いずれの測定も，特に指定のない場合命であると考えられる．つまり，本測定結果は c 面 QW とは極低温下(6.5 K)で行ったものである．

比較して半極性面 QW における輻射再結合確率が著しく増

各成長面 QW の PL ピークエネルギーの井戸幅依存性を大したことを示唆するものである．また，図 6(b)に積分 PL

図に示す．一般に，井戸幅の狭い試料の遷移エネルギー変強度の温度依存性を示す．図より，いずれの温度領域におい化は量子効果によって支配されるが，井戸幅が広い試料ではても，半極性面 QW からの発光が c 面 QW からの発光に比

その変化量が内部電界の大きさによって支配される．そこでべて非常に強く，また温度上昇に伴って生じる PL 強度の低

図 5 において，井戸幅が広い領域における PL ピークエネル

下(熱消光)も弱いことが分かる．図 6 ( a )( b )は，半極性面

ギーの変化量から，各面方位の QW における内部電界の大QW では内部電界が抑制されたことで，輻射再結合寿命がきさを見積もった．c 面，r 面，(112̃2)面 QW において，見著しく短くなり，発光効率が向上したことを明示する結果で積もられる内部電界はそれぞれ， 2.3 ， 0.70 ， 0.20 MV / cm

あるといえる．また内部電界の影響をより受けにくい井戸幅であり，半極性面 QW の実現により量子井戸内に生じる内の狭い QW においても(井戸幅約 1.5 nm)，半極性面 QW か部電界を 1 / 3 以下にまで低減できていることが明らかにならの強発光(室温付近で c 面 QW 比 75 倍以上)が確認され，った．

半極性面 QW の高い光学的優位性が示された．また，井戸つづいて，図(a)にこれら各量子井戸のピークエネルギ

幅約 4.5 nm の各面方位の QW について，低温条件下( 6.5

ー付近における TRPL 減衰曲線を示す．図より， c 面 QWK )で得られた PL スペクトルを図に示す．図より， c 面

における PL 強度の減衰に対して，半極性面 QW における

QW の発光に比べて半極性面 QW の発光は線幅が非常に狭

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan




図8
図7

各 AlGaN/AlN QWの低温 PL スペクトル．

r 面 AlGaN / AlN QW (井戸幅～ 1.5 nm )における( a ) 面 内 偏 光 度 の Al 組 成 依 存 性 ， ( b ) Al 組 成50における偏光 PL 測定結果．

いことが分かる．これは，半極性面 QW において内部電界

面 AlGaN / AlN QW における面内偏光度の Al 組成依存性をが低減されたことで，構造的揺らぎ(井戸幅ゆらぎや組成揺図(a)に示す．このとき面内偏光度 s はらぎなど)が発光エネルギーの分布に与える影響が抑制されr＝たためだと考えられる(22)．上記のように，内部電界の抑制

I[112̃0]－I[11̃01],
I[112̃0]＋I[11̃01]は，発光再結合確率の増大以外の光学的特性の改善にも大きのように定義した．Ii は i 方向偏光した表面発光強度を示しく寄与することが明らかとなった(23)．

て い る ． 図 よ り ， Al 組 成 が 20  程 度 以 上 で あ れ ば E //[ 11̃01 ]に偏光した発光が実現できることが明らかとなっ.

光学的偏光度の制御た．これは計算結果とほぼ一致する結果である．そこで，光ポンピング用の試料として r 面 Al0.5Ga0.5N/AlN QW(井戸幅これまでは，内部量子効率の向上にむけた高品質半極性面～1.5 nm)を作製した．図 8(b)に作製した試料の偏光 PL 測QW 実現に向けた取り組みを紹介してきた．しかし実際の定の結果を示す．図より，強く E//[11̃01]に偏光しているこ

デバイス構造作製時には，光取り出し効率も考慮した構造設とが分かり，a 面からの光取り出しが可能であることを示し

計が必要になる．具体的には， LED 構造作製時は表面方向ている．

への光取り出しを促進する必要があり，LD 構造の作製時につづいて，作製した r 面 Al0.5Ga0.5N/AlN QW に対して，は，劈開ミラーを利用した誘導放出が望まれるために，劈開

シリンドリカルレンズを用いて ArF エキシマレーザ( l 

面方向への光取り出しが求められる．これら光取り出し方向193 nm)をストライプ状に集光し， a 面からの発光を観測しには，光学的偏光度(前者は面外偏光度，後者は面内偏光度)た(＠ 11 K )．この際，劈開により共振器を作製し，キャビの果たす役割が非常に大きく，その制御はデバイス作製時にティ長は 2 mm とした．図(a)に各励起強度における発光

おいて重要な位置づけにある． AlGaN 系の半導体では，

スペクトルを示す．図より，強励起条件下において，波長AlN と GaN の価電子帯最上位バンドが異なる(24)(30)ことか

250 nm で誘導放出が観測されていることが分かる．図 9(b)ら(それぞれ結晶場分裂正孔バンドと重い正孔バンド)，組成に示す PL 強度と発光半値幅の励起強度依存性の結果から，や量子井戸幅，歪み等の影響によって偏光度が大きく変化す閾 値 励 起 密 度 は お よ そ 500 kW / cm2 で あ る こ と が 分 か っる(14)(31)．とくに半極性面成長では，結晶の性質上の問題かた．これらの結果は，半極性面 AlGaN / AlN QW からの誘ら，劈開ミラーの作製方向が一意に決定されるため，面内偏導放出の観測に初めて成功した例である．一方で，閾値励起

光度のより正確な制御が不可欠となる．本節では，半極性面密度に関しては更なる改善が望まれる値であった．現在のとQW の面内偏光度を適切に制御することで，未だ報告例のころ，劈開ミラーにおけるミラーロスが閾値を律速しているない光ポンピングによる半極性面 QW からの誘導放出を目ものと考えており，今後は誘電体多層膜ミラーによる端面コ

指して行った研究内容について述べる．

ーティングを利用した反射率の向上によって低閾値化が可能

端面からの光取り出しに関して r 面 AlGaN/AlN QW を例であると考えている．

にとると，(11̃00)面(a 面)を共振器端面とした光取り出しが望まれる．したがって，表面からの発光が E//[11̃01]に強く

.

ま

と

め

偏光している必要がある．一方で，偏光度の制御に加えて，発光波長の選択や高効率発光も同時に実現する必要がある．

本稿では，高効率深紫外発光素子の実現に向けた取り組み

これまでの実験・計算結果から，広い井戸幅は輻射再結合確として，半極性面 AlGaN / AlN QW の結晶成長，内部電界率の低下を招くことが明らかになっているため，高い発光効評価，キャリア再結合寿命評価，光学的偏光度制御に関する率を維持しながら発光波長を制御するためには，狭い井戸幅研究を紹介した．半極性面 AlN 基板上の MOVPE 成長で(1.5 nm 程度)を保ちつつ Al 組成を変化させる事が望ましい

は，従来の極性面上の成長よりも高圧力下で結晶成長を行と言える．そこで，井戸幅を 1.5 nm 程度に保った際の， rい，適切に核生成密度を制御することで，原子レベルで平坦

新 進 気 鋭

図9r 面 Al0.5Ga0.5N / AlN QW (井戸幅～ 1.5 nm )における(a )自然放出・誘導放出スペクトル，( b) PL
強度および発光線幅の励起強度依存性．

な高品質膜が得られることが明らかになった．作製した半極性面 QW における内部電界は，従来の極性面 QW と比較して 1 / 3 以下にまで低減されており，輻射再結合寿命の短寿
命化と著しい発光強度の増大をもたらした(室温で 75 倍以上)．さらに，面内偏光度を制御することで，半極性面 QWからの深紫外域での誘導放出を初めて実現し，高効率深紫外発光デバイス作製にむけて，半極性面 AlGaN QW の優位性を十分に示す結果が得られた．
本稿にて紹介した研究内容は，京都大学大学院工学研究科の川上養一教授のご指導の下，船戸充准教授に貴重なご助言を頂きながら遂行した研究成果である．この場をお借りして両氏に深く御礼申し上げます．また，研究にて使用した単結晶 r 面 AlN 基板を提供頂きました JFE ミネラル株式会社に感謝申し上げます．末筆ながら，本稿を執筆する機会を下さった関係各位に深く謝意を表する．

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ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

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16831694.
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Takeuchi, H. Amano and I. Akasaki: Jpn. J. Appl. Phys., 36(1997), L382
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K. Balakrishnan, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, I.
Akasaki, T. Takagi, T. Noro and A. Bandoh: J. Cryst. Growth,300(2007), 141144.
(16) K. Balakrishnan, M. Lachab, H. C. Chen, D. Blom, V. Adivarahan, I. Ahmad, Q. Fareed and M. A. Khan: Phys. Stat. Solidi(a), 208(2011), 27242729.
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M. Pristovsek, T. Wernicke and M. Kneissl: J. Cryst. Growth,367(2013), 4247.
(18) K. Ueno, A. Kobayashi, J. Ohta and H. Fujioka: Phys. Stat.
Solidi (a), 207(2010), 21492152.
(19) K. Ueno, A. Kobayashi, J. Ohta, H. Fujioka, H. Amanai, S.
Nagao and H. Horie: Phys. Stat. Solidi (RRL), 3(2009), 58
60.
(20) 岩崎洋介，永田俊郎，秋山秀敏，中村啓一郎信学技報，114(no. 338) (2014), 1
4.
(21) S. Ichikawa, Y. Iwata, M. Funato, S. Nagata and Y.
Kawakami: Appl. Phys. Lett., 104(2014), 252102.
(22) C. Bodin, R. Andre, J. Cibert, L. S. Dang, D. Bellet, G. Feuillet
and P. H. Jouneau: Phys. Rev. B, 51(1995), 1318113186.
(23) S. Ichikawa, M. Funato and Y. Kawakami: Proc. of SPIE, 9748
(2016), 97480U.
(24) R. Ishii, A. Kaneta, M. Funato and Y. Kawakami: Phys. Rev.
B, 87(2013), 235201.
(25) R. Ishii, A. Kaneta, M. Funato, Y. Kawakami and A. A.
Yamaguchi: Phys. Rev. B, 81(2010), 155202.
(26) M. Suzuki, T. Uenoyama and A. Yanase: Phys. Rev. B, 52(1995), 81328139.
(27) S. H. Wei and A. Zunger: Appl. Phys. Lett., 69(1996), 2719
2721.
(28) J. Li, K. B. Nam, M. L. Nakarmi, J. Y. Lin, H. X. Jiang, P.
Carrier and S. H. Wei: Appl. Phys. Lett., 83(2003), 5163
5165.
(29) E. Silveira, J. A. Freitas, O. J. Glembocki, G. A. Slack and L. J.
Schowalter: Phys. Rev. B, 71(2005), 041201.
(30) G. Rossbach, M. Feneberg, M. Roppischer, C. Werner, N.
Esser, C. Cobet, T. Meisch, K. Thonke, A. Dadgar, J. Blasing,
A. Krost and R. Goldhahn: Phys. Rev. B, 83(2011), 195202.
(31) R. G. Banal, M. Funato and Y. Kawakami: Phys. Rev. B, 79(2009), 121308.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
2014年 4 月

市川修平

日本学術振興会 特別研究員(DC1)(～2017年 3 月)2017 年 3 月 京都大学大学院工学研究科 博士後期課程修了 博士(工学) 学位取得
2017 年 4 月 大 阪 大 学 超 高 圧 電 子 顕 微 鏡 セ ン タ ー
特任助教
専門分野結晶成長，半導体電子・光物性◎ワイドギャップ半導体の結晶成長・光物性評価を通じたキャリア再結合過程評価に関する研究に従事．
現在は光電子分光測定等の電子状態解析にも取り組
みつつ活動中．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

蟻の巣状腐食に対する耐食性に優れた銅管“DANT”の開発
河 野 浩 三1鈴木
忍1)) 金 森 康 二2
)
玉 川 博 一

 京
良 彦2
) 大 谷 良 行1
)

. 緒

言

.

リンが蟻の巣状腐食に及ぼす影響の検討

蟻の巣状腐食は銅の局部腐食の一種であり，ギ酸や酢酸と蟻の巣状腐食挙動に及ぼす銅中のリン添加濃度の影響を検いったカルボン酸との接触により発生することが知られてい討するため，リン濃度を 0(無酸素銅)～1 massの範囲で含る(1)．腐食の断面形状は文字通り“蟻の巣”のように複雑に有する厚さ 1.0 mm の CuP 合金板材を作製し，蟻の巣状腐入り組んでおり，腐食の間口が数 mm ～数十 mm と非常に微食試験を行った．試料はいずれも光輝焼鈍を施してから試験小で肉眼で発見することは困難な上，深さ方向への進行が早に供した．蟻の巣状腐食試験法は有機酸雰囲気への暴露試験

いという特徴がある．銅管の大きな市場であるエアコン用銅が標準的に用いられており，いくつかのバリエーションが存管については，給水・給湯用および冷凍空調用等の水道水在するが，本報では宮(2)によって提案された方法を用いた．

や，冷却水が流れる場合と比較して発生する腐食の種類は少0.1 mass に調整したギ酸水溶液 100 ml を，図(3) に示す

なく，蟻の巣状腐食が主要な腐食問題として位置づけられて

2 L のポリエチレン製容器に入れ，その気層部分に試験片をいる．最近では環境要因によって，外面側から発生する蟻の暴露し，40°
C×22 h/25°
C×2 h のヒートサイクルを与えた．

巣状腐食が世界中で増加している．

試験期間は 20 ～ 80 日とした．なお，今回用いた 0.1 mass 

これまで蟻の巣状腐食の発生機構は概ね明らかにされてきギ酸雰囲気暴露試験は，実環境よりも相当厳しい腐食環境でたが，有効な対策材は存在しなかった．蟻の巣状腐食の材料あると考えられる．試験後は供試材の腐食生成物を要因として銅中のリンの影響が指摘されており，リンを含ま

5 mass 硫酸で洗浄し，染色浸透探傷検査で腐食孔の位置ない無酸素銅(C1020)に比べて，リンを微量含むリン脱酸銅を特定した上で，染色指示が強く出た部位を選んで断面観察(C12200.015～0.040 massP)では，蟻の巣状腐食が激しを行った．

くなることが知られていた(2)(4) ．しかし，著者らは蟻の巣

図にギ酸暴露試験 20 日後の，銅中のリン添加濃度と最状腐食の発生に及ぼす銅中のリン濃度の影響をより広く検討

大腐食深さの関係を示す(3)．従来の知見どおり，蟻の巣状腐し，リンを一定量以上に増量すると蟻の巣状腐食に対する耐食による腐食深さは，無酸素銅(C1020)よりもリンを微量含性が劇的に向上するという，新たな知見を発見した．本報告

有するリン脱酸銅( C1220 )でより深くなった．しかしながでは，この発見を用いて開発した，蟻の巣状腐食に対する耐ら，リン濃度がさらに増加すると，腐食深さが大幅に抑制さ食性に優れた銅管“DANT”について報告する．

れることが見出された．実際に使用されている伝熱管の肉厚株式会社 UACJ 技術開発研究所 第五研究部1)主査 2)主事
株式会社 UACJ 技術開発研究所 第二研究部1)室長 2)研究員
株式会社 UACJ 銅管 伸銅所 技術管理部主事
Development of Ant's Nest Corrosion Resistant Copper Tubes``DANT''; Kozo Kawano, Shinobu Suzuki, Koji
Kanamori, Hirokazu Tamagawa, Yoshihiko Kyo andYoshiyuki Oya(No.5 Research Department, R&D
Division, UACJ Corporation. No.2 Research Department,
R&D Division, UACJ Corporation. Technology & Quality
Assurance Department, Copper Works, UACJ Copper Tube
Corporation)
2017年11月 7 日受理[doi:10.2320/materia.57.114]



図1

蟻の巣状腐食試験方法の概略(3)．

新技術・新製品

が 0.25 mm 程度なため，リン添加量を 0.2 mass 以上とすり組んだ，典型的な蟻の巣状腐食が生じていた．

ることが有効であると推定された．
そこで，本開発合金を用いた高耐食銅管(DANT)を試作

.

耐蟻の巣状腐食性発現メカニズムの検討し，その耐食性を前述の試験法にて評価した．銅管は外径6.35 mm ，肉厚 0.24 mm の内面溝付管とし， P 添加濃度は

銅中のリンは腐食孔中でリン酸イオンとして溶出し，蟻の従来材である 0 ( C1020 ) , 0.027 ( C1220 )および 0.22 ， 0.24 ，

巣状腐食挙動に影響を与えることが示唆されている(2)(5) ．

0.29 mass(DANT)とした．

またギ酸水溶液に浸漬したリンを多く含む銅合金から，実際試験期間と最大腐食深さの関係を図に示す(3)．リン添加にリン酸イオンが溶出することが，イオンクロマトグラフィ

濃度が 0.2 mass 以上(DANT)では， 80日経過後も腐食のー に よ り 確 認 さ れ ( 3) ， さ ら に ギ 酸 雰 囲 気 中 に 暴 露 し た

進行が非常に緩慢であり，腐食深さは最大でも 150 mm 未満

DANTの断面を電子線マイクロアナライザ(EPMA)によりに 抑 制 さ れ て い た ． 一 方 ， 従 来 材 で あ る C1220 お よ び

分析したところ，一般部には見られないリンの濃化が腐食部

C1020 では，わずか 20 日以内に肉厚を貫通する腐食が生じ内において観察された(6)．このことから， DANTの腐食部

た．このことから，DANTでは蟻の巣状腐食による銅管のでは，銅中のリンがリン酸イオンとして比較的多量に溶出

肉厚貫通が効果的に抑制されることが確認できた．図に試し，腐食形態が蟻の巣状から浅い半球状に変化したものと考験80日後の断面観察結果を示す(3)．DANTでは腐食形態がえられた．

蟻の巣状とはならず，比較的浅い半球状を呈していたが，従環境中のリン酸イオンが蟻の巣状腐食に与える影響を検討

来材である C1220 や C1020 はいずれも肉厚内部で複雑に入するため，次のような実験を行った．蟻の巣状腐食は前述の気相暴露試験以外にも，液相中への浸漬によっても再現できることが報告されている(7)．そこで，ギ酸にリン酸を添加した水溶液中に無酸素銅の板材を浸漬させ，腐食挙動を観察した．溶液はギ酸 0.01 mass にリン酸を 0 (添加なし)および
0.002 mass  添 加 し た も の と し ， リ ン 酸 あ り の 溶 液 は
NaOH を用いてリン酸添加なしの pH(pH3.28)に調整してから用いた．供試材を溶液中に浸漬し，室温にて 30 日間静置した．試験後は外観観察を行うとともに，先述の方法に従って染色浸透探傷検査および断面観察を実施した．
浸漬試験結果を図に示す(6)．リン酸イオンを含まないギ
図2

0.1 massギ酸雰囲気暴露20日後のリン添加濃度と腐食深さの関係(3)．

酸水溶液中(図 5( a ))では，亜酸化銅とみられる沈殿皮膜の生成により銅板表面が暗褐色に変化し，酸洗後の染色浸透探傷検査で染色反応が確認された．さらに指示部を断面観察した結果，蟻の巣状腐食の発生が確認された．これは，表面に生成した沈殿皮膜の微細な欠陥を起点として，局部的な腐食が発生し，蟻の巣状腐食に成長したためと考えられる．一方，リン酸イオンを添加したギ酸水溶液中では(図 5(b ))，沈殿皮膜が生じず，銅板の変色が見られなかった．さらに染色浸透探傷検査によっても染色反応は確認されず，断面観察を行っても局部腐食の発生は認められなかった．このとき，リン酸添加水溶液中でも一定量の腐食減量が観察されたにも関わらず，局部的な侵食が見られなかったことから，腐食形
態が全面腐食であったことが分かった．これは，環境中のリン酸イオンが，銅から溶出した銅イオンと優先的に結合する

図3

試作した各種内面溝付管の，0.1 massギ酸雰囲
気暴露後の腐食深さと試験期間の関係(3)．

図40.1 massギ酸雰囲気暴露80日後の溝付管の断面観察結果(3)．

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

図5

無酸素銅板のギ酸＋リン酸水溶液中への30日浸漬
試験結果(6)．




図6

蟻の巣状腐食の発生・成長メカニズムの模式図(6)．

ことにより沈殿皮膜の形成を阻害し，腐食の起点の局在化を防止したためであると考えられる．この浸漬試験は自由表面における結果であるが，蟻の巣状腐食内部には常に亜酸化銅の 沈 殿 皮 膜 が 見 ら れ る こ と(1)(6) ， さ ら に 前 述 の よ う に
DANTの腐食孔内部ではリン酸イオンの溶出が確認されている(3)ことから，図の模式図(6)のように，腐食孔内においても同様のメカニズムを適用できると考えられる．すなわ
ち，有機酸雰囲気中に置かれた銅表面では，亜酸化銅沈殿皮
膜の欠陥部などから局部的な腐食が発生する．従来材では腐図7

食の成長点が局在化しているために，肉厚方向への進行速度

DANT ( 0.22, 0.34 mass  P )，リン脱酸銅および無酸素銅の( a ) 0.2 耐力，伸び，および( b )引張
強さ．

が非常に早く，腐食形態は蟻の巣状を示す．一方， DANT
では比較的多量のリン酸イオンが腐食部に濃化し，腐食部内の亜酸化銅沈殿皮膜の形成が抑制されることで，腐食部内部

雰囲気中に供試材を暴露し， 30 °C 一定で最大 168 hr まで保の沈殿皮膜は欠陥の多い状態となる．これによって腐食の成持した．試験後に供試材の外観観察および断面観察を行った

長点が分散されるため，腐食形態が浅い半球状となり，肉厚

結果，いずれの条件においても軽微な粒界腐食が見られたの方向への進行速度が大きく抑制されると考えられる．

みであり，応力腐食割れの発生は認められなかった．

.

その他の材料特性




機械的性質

.

結

言

DANTは Cu P 系という単純な合金系でありながら，従図  に DANTお よ び 比 較 材 の 機 械 的 性 質 を 示 す ．

来材と比べてはるかに高い耐蟻の巣状腐食性を示し，かつ従DANTではリン濃度が高いため，リン脱酸銅や無酸素銅に来材と同等の加工性を持つ材料である．主に空調用配管への比べてやや高い強度および同等の伸びを示す．したがって，適用が期待されており，すでに量産を開始している．また本

高強度材として薄肉化などに資する一方で，従来材と同等の開発技術で特許第 5775238号，商標第 5897179 号を取得して加工性が期待できる．実際に q6.35 mm ，肉厚 0.23 mm のおり，さらに関連特許を国内外に多数出願中である．

内面溝付管を用いたヘアピン曲げ試験(曲げピッチ 22 mm )を行ったところ， DANTは C1220 と同等の加工性を示し

文献た．さらに，ろう付性についても調査し，C1220と同等であることを確認している．


耐応力腐食割れ性

合金中のリン濃度を 0(C1020), 0.027(C1220)および0.23,
0.32, 0.38 mass ( DANT)とした供試材を用い，応力腐食

割れ性を調査した(8)．外径 9.52 mm，肉厚 0.4 mm の銅管を試作し，光輝焼鈍を行った後に，空調機器用熱交換を想定したヘアピン曲げ加工(曲げ半径 13 mm )と拡管加工(拡管率10)を施したものを供試材とした．試験は DIN50916 規格に準拠して行い， NaOH で pH10 に調整した NH4Cl 水溶液

( 1 ) 能登谷武紀，河野浩三伸銅技術研究会誌，37(1998), 2733.
( 2 ) 宮 一普材料と環境，61(2012), 438442.
( 3 ) 河野浩三，鈴木 忍，金森康二，玉川博一，京 良彦，大谷良行銅と銅合金，55(2016), 140145.
( 4 ) 伊藤真一，細木哲郎，渡辺雅人，土屋昭則銅と銅合金， 55(2016), 130
134.
( 5 ) 世 利 修 美 ， 一 宮 洋 風 ， 境 昌 宏  銅 と 銅 合 金 ， 53 ( 2014 ) ,128133.
( 6 ) 京 良彦，大谷良行，金森康二，河野浩三，熊谷正樹銅と銅合金，56(2017), 166172.
( 7 ) 境 昌 宏 ， 亀 田 勇 輔 ， 世 利 修 美  銅 と 銅 合 金 ， 51 ( 2012 ) ,196200.
( 8 ) 玉川博一，金森康二，河野浩三，京 良彦，大谷良行第 64
回材料と環境討論会予稿集，(2017), C
102.

新技術・新製品

石炭運搬船用高耐食性鋼板の開発

池 田 博 司塩 谷 和 彦伊木1)1)
山 村 直 一長 谷 和 邦
3)
4)

. 緒

聡
2)

言

海上を航行する船舶にとって，腐食はその寿命を左右する重要な問題である．海水に直接触れる船体はもとより，船体安定の為，海水を出し入れするバラストタンク，荷油タンク
およびカーゴホールドなどの貨物積載部，そして，ボイドス
ペースなど，それぞれの環境に適した塗装もしくは防食対策
方法が整備され，適用されてきた(1)．一方，更なる安全性の確保や，安全性と経済性の両立の観点から，近年，造船用耐食鋼がクローズアップされ，これまでに，荷油タンク上甲板の全面腐食，荷油タンク底板の孔食に対応した耐食鋼(2)，バ
ラストタンクの塗膜下腐食に対応した耐食鋼(3)が開発，実船適用されている．
ばら積み貨物船においては， 1990 年代初頭に海難事故が

図1

石炭運搬船カーゴホールド内の腐食状況例．

相次ぎ発生し，国際的な問題となった(4)．特に，石炭船や石炭・鉱石兼用船で事故が多く報告されており，その原因の大部分はカーゴホールド(船倉)内の損傷であった．図に石炭なる．また，局所的には腐食減耗量が予備厚を上回って鋼板運搬船のカーゴホールド内の腐食状況を示す．側壁部，肋骨の交換が必要となるケースもあり，メンテナンスコストを増部において，多数のピット状腐食が発生している．このカー

大させ，さらに腐食が広範囲にわたる場合には，船の寿命自ゴホールドの激しい腐食は，石炭に含まれる硫黄分が水分と体に影響を与えることになる．そのため，石炭船運搬船カー

反応し，希硫酸水溶液が生成することに起因すると考えられゴホールドの更なる防食対策，すなわち，耐食鋼の開発が必ている(5)．腐食対策として，現在では，IACS(International要となった．

Association of Classification Societies)により塗装や腐食にここで，造船用耐食鋼としては，前述の荷油タンク用耐食

対する予備厚(例えば，シングルハル側壁で 3.5 mm の板厚鋼(2)やバラストタンク用耐食鋼(3)が開発されているが，これ増加)の付与が義務づけられている(6)．しかし，石炭運搬船

らの腐食環境と石炭カーゴホールドの腐食環境は大きく異な

カーゴホールドでは，塗膜は積荷や荷役装置との接触によりるため，当該腐食環境に対応した開発が新規に必要であっ剥離するため長期の防食効果は期待できず，再塗装が必要とた．そこで，著者らは，鋼に微量の合金元素を添加することにより，石炭運搬船カーゴホールドの腐食減耗を抑制し，補JFE スチール株式会社
スチール研究所 鋼材研究部1)主任研究員 2)部長
3)西日本製鉄所 鋼材商品技術部主任部員
4)技術企画部企画グループリーダー(理事)Development of Corrosion Resistant Steel for Coal Carrier;
Hiroshi Ikeda, Kazuhiko Shiotani, Satoshi Igi, Naokazu
Yamamura, Kazukuni Hase (JFE Steel Corporation)
2017年11月15日受理[doi:10.2320/materia.57.117]

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

修寿命を延長できる耐食鋼(7)(9) を開発した．本稿では開発鋼の特徴ならびに性能について紹介する．

.

開

発

技

術

一般に，鋼材表面に錆層が形成する使用環境で耐食性を向上させるには，鋼へ適切な合金元素を添加し，腐食に伴い溶面における S(硫黄)の存在位置を示す．従来鋼では地鉄表面出する合金元素の作用を活用することで，保護性の錆層を形に S が多く存在しているのに対し，耐食鋼ではそれが顕著成させる方法が用いられる(10)．すなわち，合金元素の作用に少なく，耐食鋼では硫酸イオンの地鉄表面への近接を抑制

により保護性の錆層を形成させる方法としては，錆層を細粒していることが分かる．以上の観察結果に基づいた開発耐食化し構造的に腐食因子の透過を抑制する(11)，また，錆層の鋼の耐食性発現機構を図に示す．本耐食鋼は，腐食に伴いイオン選択透過性を変化させ電気的に腐食性アニオンの透過鋼材より溶出する合金元素の作用を活用することで鋼材表面を抑制する方法(12) などが知られる．しかしながら，これまに微細錆粒子で構成される緻密な保護性の錆層を形成させ，で石炭船腐食環境での耐食性に及ぼす錆層の性状の影響は調

この錆層が石炭由来の硫酸イオンの鋼材表面への侵入をブロ査されていなかったため，本耐食鋼の開発では，石炭船の腐ックすることで耐食性を発現する．

食環境で形成される錆層の性状と耐食性との関係について，
実船調査や実験室腐食試験などにより調査した．その結果，

.

開発鋼の特性

石炭船の腐食環境で形成する主要錆種であるマグネタイト錆
粒子の微細化によって，石炭由来の硫酸イオンの透過を抑制

開発目標として，耐食性に関しては，鋼板の交換までの寿することが耐食性の向上に最も有効であることを発見した．

命を従来鋼に対し 2 倍以上に延長すること，機械的特性にそして，マグネタイト錆粒子の微細化には Cu などの合金元関しては，板厚 30 mm で YP390E 級を満足することを目標

素の添加が有効であることを発見した．さらに，最適な合金とした．表に開発耐食鋼の化学成分例を示す．以下，耐食元素の組み合わせにより，造船用鋼としての十分な機械的特性能と機械的特性について述べる．

性を確保しつつ，超微細錆粒子の形成を達成した．
図に後述する実船暴露材錆層断面の合金元素が濃化した




耐食性能

錆層部分を透過型電子顕微鏡により観察した結果を示す．従

開発耐食鋼の実験室腐食試験により長期の寿命予測を行っ

来鋼では数十 nm の粗大な錆粒子で構成されているが，耐食た(9)．実験室腐食試験では，所定の粒度へ揃えた石炭を試験

鋼の錆粒子は数 nm と顕著に小さくなっている．この微細な片の上に積載し，恒温恒湿器により実船環境を模擬した乾湿錆粒子が緻密な錆層を形成する．合金元素による錆粒子の微のサイクルを与えた．試験期間は28, 56, 84, 168日間とし，n

細化は，錆粒子の結晶成長阻害が一因である．図に錆層断＝3 で実施した．そして，腐食試験後，試験片に生じた腐食深さをレーザ粗さ計により測定し，極値統計処理により所定の面積まで評価領域を拡張したときの最大腐食深さを求めた．寿命予測は，最大腐食深さが式( 1 )に従うと仮定し，前記168日までの試験結果を曲線近似することによって，それ 以 降 の 腐 食 挙 動 を 外 挿 し た ． 式 ( 1 ) は ， 例 え ば IMO
MSC.289(87)(13)に規定される原油タンク上甲板用の耐食性試験における 25 年後推定腐食損失量の算出方法に用いられ
ている．
y＝axb

図2

図3



(1)

従来鋼と耐食鋼の錆層における錆粒子サイズの比較(実船暴露10か月経過材，透過型電子顕微鏡
観察結果)．

図4

開発耐食鋼の耐食性発現機構．

表1

開発耐食鋼の化学成分の例．

従来鋼と耐食鋼の錆層鋼板界面付近における S(硫黄)分布の比較(実船暴露試験 22か月経過材，EPMA 分析結果，錆層中の破線は S 濃化域を示す)．

新技術・新製品

図5

実験室石炭積載腐食試験での耐食鋼の腐食挙動
および実船暴露試験結果．

表2

開発鋼の母材機械的特性(引張試験，シャルピー
衝撃試験)．

表3

開発鋼の継手機械的特性(引張試験，シャルピー
衝撃試験)．

ここで，y最大腐食深さ(mm)，x期間(日)，a, b定数
図に実験室での耐食鋼の石炭積載腐食試験結果を示す．
168日時点で従来鋼に対し耐食鋼の最大腐食深さは約 7 割に抑制されており，その差は試験期間が長くなるにつれて拡大する傾向を確認した．さらに，長期の最大腐食深さを予測した結果，耐食鋼のある腐食深さに( 3.5 mm )に達する時間
は，従来鋼の 2 倍以上であり，このことから，本耐食鋼の腐食による鋼板の交換までの寿命は，従来鋼の 2 倍以上にしていくと考えられる．また，本技術に関連した特許も取得なることが期待できる．

済み(14)である．なお，本開発における実船環境での暴露試

本耐食鋼は，実船環境(石炭運搬船カーゴホールド内肋骨部)での2.5年間のテストピース暴露試験も実施されている．

験は，株式会社商船三井のご協力により行われたものであり，関係各位に深く感謝いたします．

図 5 の右図内に暴露試験での最大腐食深さを併せて示す．
なお，図 5 において，実船暴露試験の試験期間は，従来鋼

文献の最大腐食深さを基準にすることで，実験室腐食試験の試験期間へ変換した．図 5 から，実験室での耐食鋼の最大腐食深さ抑制効果は実船のそれと一致し，このことより，実船環
境においても，開発耐食鋼は実験室腐食試験と同様の寿命延長効果が期待できる．



機械的特性

表に母材の機械的特性例を示す．表にこの鋼板を用いて作製した溶接継手の機械的特性例を示す．溶接継手は大入
熱溶接適用時の機械的特性を評価するため，入熱 197 kJ/cmのエレクトロガスアーク溶接(EGW: Electrogas Arc Welding)により作製した．本開発鋼は，母材・溶接継手ともに，
YP390E 級の造船用鋼として機械的特性を十分満足する．

.

実用化状況および特許

本耐食鋼は， 2014 年に世界で初めて石炭運搬船カーゴホ
ールド用に開発，実船適用され(7) ，現在まで計 8 隻に採用されている．今後ますます当該分野の鋼材として適用が拡大

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan( 1 ) 原田 晋防錆管理，(2003), 89100.
( 2 ) 古川直宏，鹿島和幸，伊藤 実，釣 之郎，阪下真司ふぇ
らむ，20(2015), 466
471.
( 3 ) 塩谷和彦，橘 俊一日本船舶海洋工学会論文集，24(2016),
211218.
( 4 ) 検査技術部日本海事協会会誌，219(1992), 79117.
( 5 ) 小林佑規，田中義久，後藤英信，松岡一祥日本造船学会論文集，185(1999), 221232.
( 6 ) IACS: Common Structural Rules for Bulk Carriers, (2006).
( 7 ) http://www.jfe-steel.co.jp/release/2014/05/140515.html( 8 ) 池田博司，塩谷和彦自動車技術，68(2014), 8889.
( 9 ) H. Ikeda, K. Shiotani, M. Omoda, S. Tsuri and T. Komori:
Proceedings of CORROSION 16, Paper No. 7425, (2016).
(10) 松島 巌低合金耐食鋼，地人書館，(1995), 11.
(11) T. Ishikawa, T. Yoshida, K. Kandori, T. Nakayama and S.
Hara: Corrosion Science, 49(2007), 14681477.
( 12 ) 竹村誠洋，藤田 栄，森田健治，佐藤 馨，酒井潤一材料と環境，49(2000), 72
77.
(13) IACS UI SC258, For Application of Regulation 311, Part A1,
Chapter II1 of the SOLAS Convention (Corrosion Protectionof Cargo Oil Tanks of Crude Oil Tankers), adopted by Resolution MSC.289(87), The Performance Standard for Alternative
Means of Corrosion Protection for Cargo Oil Tanks of Crude
Oil Tankers, (2013).
(14) 例えば，特許第5862323号．



の思いがあった．定年後は研究環境ほぼゼロからの出発となるので，研究予算の獲得，大学外での研究スペースの確保，共同研究者の同意，研究組織構築の交渉などでかなり苦戦するだろうと覚悟していたが，プロジェクトの構想さえきちん

人生年時代と研究者と描けていれば何とかなるものである．
味見的なプロジェクトを立ち上げ，プロジェクトの進展と―シルバー研究のすすめ―

ともに順次共同研究組織を拡大した．事業化可能性評価試験(2006)，育成試験(20072009)，ASTEP(20102012)と継東北大学名誉教授

花田修治

続的に科学技術振興機構のプロジェクト支援を受けて研究開発に目処をつけた後，経済産業省の医工連携事業化推進事業(20142016)の支援を受けて，開発したステムを人工股関節

もの書きが苦手な私は原稿依頼を受けるとまず失礼にならに組み込んだ臨床試験 40 症例を大学病院その他の医療機関

ない断り方を考える．そして言い訳の手掛かりはないかと依で計画通り実施することができた．現在一年間の術後検診を頼文を注意深く読み返す．年末に編集委員会から届いた原稿

継続中であり，問題がなければ承認申請，認可を経て早期実

依頼はそんな私の悪癖を見抜いていたかのように，「研究，用化を目指す．

教育，趣味，最近思うこと，体験を通して感じたことなど思

人工股関節置換術を受ける患者の多くは 60 代から 70 代でいつくままに自由に書いていただきたい」と逃げ場を閉ざしあり， 15 年間くらいはそのまま使えるという担当医の術前

たうえで，「後輩，若手研究者を鼓舞するようなメッセージ

説明に患者は不安を感じながらも納得しているようである．

を」とある．最近若者を前にすると愚痴っぽくなり始めた私

ところが人生100年時代になると事情は一変し，少なくともを経験豊かな先輩と呼んでさらりと刺激してきた．

20 ～ 30 年は健全に機能する人工股関節が求められる．人工日本人の平均寿命が年々伸び続けていることもあって，首股関節の長寿命化を目指して開発したのは，大腿骨に埋め込

相官邸から毎月発信される人生100年時代ということばにもむステム遠位部に求められる低弾性率と骨頭を経由して骨盤近頃あまり抵抗を感じなくなった．その一方で，私には想像へ連結するステム近位部に求められる高強度とを傾斜化熱処できない人生 100 年時代には昨今話題の AI がどこまで浸透

理により同時に達成した世界初の傾斜機能ステムである．そし，材料研究者は AI とどのように対峙するのか，研究者にの有効性・長寿命性はバイオメカニクス研究により実証する

失職者は出ないのかなど恰好のネタを揃えて，お節介な議論ことができた．

を若者に挑んでいる私としては今さらメッセージがない，とこの体験を通して再認識したのは，陳腐ではあるが専門分断れない．限られた頁数の中でいかに「まてりあ」の内容を野の異なる研究者と積極的に連携することの重要性である．

充実させるかに編集委員会が腐心しているのを知りながら，

傾斜機能材料の概念をステムに導入することによりステムの

もっと気楽に読める記事はないものかと新刊を手にする度に力学特性が原因で発生する不具合を解決できることは 20 年

身勝手に嘆いていることを思い出し，執筆を引き受けることも前にバイオメカニクス研究者の理論的研究によって指摘さにした．

れていた(1)．にもかかわらず，だれひとり傾斜機能ステムを金研の創設者であり，日本金属学会の設立に貢献した本多

実際に作らなかった．研究者の専門分野を超えた連携がいか光太郎先生は「実学」の実践で知られるが，その実学とは，に不足していたかを示す好例である．若手研究者に期待する「産業は学問の道場である」という名言からも分かるように，のは，異分野の研究者連携に加えて，成果が学会および産業学会の発展に寄与する基礎研究を行い，その成果が産業界の界の発展に直結する実証学の実践である．一方，シルバー研

発展にも貢献して実証されること，すなわち「実証学」と解究者には定年後も一人ひとりの貴重な現役時代の経験を生か釈されている．本多先生に憧れて大学院生として金研に入所して学会および産業界の発展に引き続き貢献できることを具して以来，定年までそこに在籍していたにもかかわらず，実体例として示すことが望まれる．そのことが少子化による人証学をほとんど実践しないまま定年を迎えてしまった．個人

口減少とともに訪れる研究者不足の解消にも役立つはずであ

業績評価のために論文作成や外部資金獲得に追われたとか構る．実証学の実践を目指す私のシルバー研究活動がひとつの造材料の実用化には時間がかかるなどと苦し紛れの弁解を並具体例になればと思う．

文

べてみても説得力はない．
定年後の豊富な自由時間を利用して，思い切って実証学に再挑戦すると決めた．瞬く間に過ぎ去った定年後の 12 年余を振り返ると，整形外科臨床医，基礎医学研究者，バイオメ
カニクス研究者，企業研究者・技術者など現役時代には馴染( 1 ) J. H. Kuiper and R. Huiskes: J. Biomech. Eng., 119(1997),
166174.
（2018年 1 月 9 日受理)[doi:10.2320/materia.57.120](連絡先〒980
8577 仙台市青葉区片平 211)★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
1971年 東北大学大学院工学研究科博士課程修了
1971年 東北大学金属材料研究所助手
1987年 東北大学金属材料研究所教授
2005年 東北大学名誉教授
専門分野金属材料学◎耐熱構造材料および生体用チタン合金の研究開発に従事．

みの無かった人たちとの議論はいつも新鮮で刺激的であり，異分野の研究者・技術者との交流で研究は飛躍的に進展した．
実証学の実践に選んだ研究テーマは，整形外科で使用する
人工股関節用のステムと呼ばれるチタン合金製医療機器の開発である．背景には製品の付加価値が極めて高いにもかかわらず大部分を輸入に依存しているわが国の現状を変えたいと

献★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
花田修治

先達からのお便り

図1

FeMnSi 系合金における積層欠陥エネルギーと疲労寿命 (e＝±0.01) の関係(4)．

温度の上昇に伴い FCC 相は安定化し，また積層欠陥エネル
ギーは上昇します．これに伴い Fe Mn Si 系合金の変形モードは変形誘起 FCC → HCP 変態から FCC 変形双晶， FCC

.

は じ

め

に

完全転位すべりと変化していきます．熱力学的な観点から積層欠陥エネルギーは組成と温度の関数として与えられるた

私 は ， 2016 年 3 月 に 筑 波 大 学 数 理 物 質 科 学 研 究 科 物め，異なる合金系・変形温度について整理をすることが可能

性・分子工学専攻の博士前期課程を修了し，現在は三年制博です．調査の結果から，低サイクル疲労寿命はひずみ誘起

士課程である同研究科 物質・材料工学専攻に所属していま

FCC→HCP 変態から FCC 双晶変形へ推移する境の温度であす．このたび「はばたく」への寄稿という大変貴重な機会をる Md 点の直下で最長となること，また温度制御・組成制御賜りましたので，これまでの研究内容をご紹介させて頂くと共に FCC 相の積層欠陥エネルギーを約 15 m・J m－2 とする

ともに，現在行っている研究について述べさせて頂きます．

ことで疲労寿命が向上することを明らかにしました(図)(4)．
このように FCC / HCP 相の可逆性には両相の相安定性が.

これまでの研究活動

非常に重要な役割を担っています．相安定性の指標として広く用いられている変態温度についてですが，非熱弾性型であ

私は博士前期課程より筑波大学大学院 土谷浩一教授のもる Fe Mn Si 系合金では与ひずみ等の処理に伴う組織変化とで Fe Mn Si 系形状記憶合金および Fe Mn Si 系耐疲労によって変態温度が大きく変化することが知られています．

合金の研究に携わっています．FeMnSi 系合金は変形に際しかしながら組織因子の調査は主に TEM によって行われてし母相 g オーステナイト( FCC 相)から e マルテンサイト

きた経緯があり，広い観察視野で調査された例はこれまでに( HCP 相)への変形誘起マルテンサイト変態を示し，加熱にありませんでした．そこで博士後期課程では冷却誘起 HCP

よる HCP 相の逆変態に伴って形状記憶効果を示すことが知相・変形誘起 HCP 相が異なる変態温度を示すことに着目し，られています(1)．FeMnSi 系形状記憶合金はその加工性のInsitu 加熱 XRD と EBSD を用いた冷却・変形誘起 HCP 相

高さとコストの低さから大型の締結用材料として利用されての逆変態温度と組織の調査を行いました．その結果，変形誘

います．また近年ではこれらの合金が引張・圧縮変形下で可起された HCP 相は冷却誘起のものと比較して逆変態開始は逆的な FCC 圧縮変形変態を示すこと，および大ひずみ変形低下する一方で逆変態終了温度は上昇すること，変形試料に下において非常に優れた疲労特性を示すことが明らかとなおける完全転位すべりや HCP 双晶の導入に伴う組織の不均り，大型地震やそれらに付随して発生する長周期地震動に対一性に起因して局所的な HCP 相/ FCC 相の安定化が生じる

応可能な制振ダンパー部材としての新たな用途も拓かれてい結果として逆変態ヒステリシスが増大しうることを示しまします(2)．

た(5)．

FeMnSi 系形状記憶合金をベースとした耐疲労合金の開これらの研究から，形状記憶合金の最終的な材料特性であ発に際し，FCC 相と HCP 相の相安定性が重要な役割を担う

る形状回復や疲労特性などのマクロな材料特性を改善するたことが示されましたが(3)，相安定性は組成のみならず変形温

めには，熱力学や弾塑性力学，結晶学・組織学・転位論など

度によっても変化します．そこで博士前期課程では実用 Fe

の広い分野を横断した知識が求められること，また様々な手

Mn Si 系形状記憶合金の相安定性を変形温度によって制御法を用いた多面的な解析が必要とされることを学びました．

し，相安定性が疲労特性に及ぼす影響について変形モードと私がこれらの研究に携わる上で非常に幸運だったことは，大FCC 相の積層欠陥エネルギーを用いて評価しました．変形

学研究所の連携のもとで試料作製から解析まで産官学の専

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan門家の方々と密な議論を交わすことができたことでした．あまりに多くの情報を前に研究が苦しく感じられたこともあり

.

お

わ

り

に

ましたが，多くの方々からアドバイスやご指導を頂いたことで基礎と応用の両面から理解を深めることができ，研究の楽しさをより一層感じられるようになりました．

博士前期課程より現在に至るまでご指導・ご鞭撻を頂いております筑波大学 土谷浩一教授，物質・材料研究機構(NIMS)澤口孝宏様，金属研究のきっかけを下さりご指導頂.

これからの研究活動

いた芝浦工業大学 下条雅幸教授，NIMS 御手洗容子様，本FeMnSi 系合金における相変態の可逆性には相安定性やこれまでお世話になった多くの方々にこの場を借りて深く御稿執筆の機会を頂きました NIMS 土井康太郎様をはじめ，組織因子が大きな寄与をしていることは前述の通りですが，

礼申し上げます．また，試料作製に際し NIMS 材料創成・母相の強度や両相の格子体積差などの因子も複雑に作用して加工ステーションの皆様には多大なご助力を頂きました．こいます．例えば Fe Mn Si 系形状記憶合金，耐疲労合金のこに深謝いたします．

どちらにも非金属である Si の添加が特性の向上に大きな役割を担っており，固溶強化，ネール点の変化，短距離秩序化，文献HCP 相の c / a 軸比の変化等の影響があることが示唆されています(3)(6)．原子サイズや電子状態が大きく異なる元素の添加に際して変化するこれらの多様な因子が相変態の可逆性に及ぼす影響とその定量化は現在非常に関心のある対象です．
一方で Fe Mn Si 系合金と同じ変形・相変態機構を有する合金系として Co Ni 系合金が知られており，こちらの合金
も FCC / HCP 変態に起因した形状記憶効果が現れることが報告されています(7)． Fe 基との類似性と差異は学術上非常に魅力があり，また Co 系合金は生体用インプラント材料や航空宇宙用のスーパーアロイとしての用途もあることから応用の面でも有望な合金です．今後も相変態を利用した魅力的な機能性金属材料の開発を中心として勉強を重ねながら研究に邁進したいと考えております．

( 1 ) A. Sato, E. Chishima, K. Soma and T. Mori: Acta Metall., 30(1982), 11771183.
( 2 ) T. Sawaguchi, T. Maruyama, H. Otsuka, A. Kushibe, Y. Inoueand K. Tsuzaki: Mater. Trans., 57(2016), 283293.
( 3 ) T. Sawaguchi, I. Nikulin, K. Ogawa, K. Sekido, S. Takamori,
T. Maruyama, Y. Shiba, A. Kushibe, Y. Inoue and K. Tsuzaki:
Scr. Mater., 99(2015), 4952.
( 4 ) W. Tasaki, T. Sawaguchi, I. Nikulin, K. Sekido and K.
Tsuchiya: Mater. Trans., 57(2016), 639646.
( 5 ) W. Tasaki, K. Tsuchiya, T. Sawaguchi and S. Takamori:Mater. Trans., 57(2016), 707713.
( 6 ) M. Koyama, T. Sawaguchi and K. Tsuzaki: Mater. Sci. Eng. A,
528(2011), 28822888.
( 7 ) A. Nagasawa: Phys. Status. Solidi (a), 8(1971), 531538.
(2018年 1 月11日受理)[doi:10.2320/materia.57.121](連絡先〒3058573 つくば市天王台 111)

は ば た く九州大学大学院 工学研究院
材料工学部門 材料加工工学大講座
九州大学准教授

田中將己

堀田善治 教授

高木節夫 教授

古君修 教授金子賢治 教授

土山聡宏 准教授

田中將己 准教授

佐藤幸生 准教授

土山聡宏

前回の九州大学工学研究院材料工学部門における材料反応
工学大講座の紹介(1)に引き続き，今回は材料加工工学講座の紹介をさせて頂く．本大講座には現在 5 名の教授，3 名の准教授，6 名の助教・特任助教が所属しており，本部門にある
3 つの大講座(材料反応工学，材料加工工学，材料機能工学)の中で最も教員数が多い．本大講座では，その名前の通り材料の加工に関する研究を主に行っているが，単に材料の成型加工にとどまらず，溶解・凝固による材料創成から，熱間および冷間加工や熱処理による金属組織の制御，さらにはその組織や特性の評価を行うところまでを研究の範疇としている．それを科学的な視点から実施していくために，熱力学，
弾塑性力学，転位論，結晶学，材料物性学，量子力学，材料
組織学，材料強度学など様々な学問分野を基盤として研究・教育に取り組んでいる．
 鋼，鋳鉄を始め具体的な本講座での研究課題としては，
とする金属，半導体，セラミックスの凝固・結晶成長に関す
 鉄鋼材料の合金設計と熱処理を駆使した組織制御る研究，
 巨大ひずみ加工を高と得られる機械的性質に関する研究，
圧下で行う新組織制御法を使った構造材料や機能材料の新規
 塑性変形におけるボイドの生成
創出や高性能化，
成長挙
材
動に関する破壊力学と金属組織学を融合した基礎研究，

料の変形・破壊挙動の基本メカニズムに関する基礎研究，
材料特性の発現メカニズムを理解し，新材料を的確に開発す 電子顕微鏡法
るための，構造や組成の原子スケール解析，
や理論計算を駆使した，セラミックスにおける新規機能性の開拓，等を行っている．
一方，大講座での研究活動と並行して，堀田主幹教授が設置した巨大ひずみマテリアル国際研究センター，ならびに高木主幹教授が設置した材料強化機構基盤研究センターにおいては，学外委員を含む構成研究員によって材料加工分野をリードする先駆的な研究活動を行っている．また，材料の解析に関しては，九州大学の全学組織である超顕微解析研究セン
ター(2)とも密接に連携しており，Q フィルター付超高圧電子顕微鏡，収差補正付き電子顕微鏡など，最新の電子顕微鏡を駆使することによって原子構造の解析から，転位運動の解析まで幅広く行っている．さらに，大学院生の教育について
は，九州大学鉄鋼リサーチセンター(3)を通して，他学科の教員や企業との連携による実践的な教育活動も実施している．

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

宮原広郁 教授

図1

九州大学大学院 工学研究院材料工学 部門材料
加工工学大講座を構成する教授・准教授．

図2

九州大学超顕微解析研究センターが所有する Q
フ ィ ル タ ー 搭 載 の 超 高 圧 電 子 顕 微 鏡 ( JEM 
1300NEF).

以上のように，本大講座における研究・教育は講座内での活動にとどまらず，センターや企業等の外部研究者と連携しながら実施している点に特徴がある．そうした活動により異なる様々な分野から知見を集約することで，九州大学独自の新規的な研究課題の提案や，社会で通用する幅広い視野を持った学生の教育を目指している．

文献( 1 ) 齊藤敬高まてりあ，56(2017), 709.
( 2 ) http://www.hvem.kyushu
u.ac.jp/( 3 ) http://rcs.kyushuu.ac.jp/(2017年12月 5 日受理)[doi:10.2320/materia.57.123](連絡先 〒819
0395 福岡市西区元岡744)摩擦攪拌接合/プロセスに関す る 国 際 会 議 FSWP2017
開催報告(2017年10月11～13日)
図1
地方独立行政法人大阪産業技術研究所
物質・材料研究部

口頭発表会場．

木元慶久

2017 年 10 月 11 日～ 13 日の 3 日間にわたり， 5thInterna-tional Conference on Scientific and Technical Advances on
Friction Stir Welding & Processing (FSWP2017)がフランスの Metz にて開催された．この国際会議は，基調講演，摩擦攪拌技術の応用，制御および補修，モデリング，プロセス開発，ロボティクス，摩擦攪拌プロセス(FSP)，摩擦攪拌スポ
図2

ット接合(FSSW)，微細組織および異材接合，ポスターセッ

メッス駅．

ションの 10 種のセッションから構成され，ヨーロッパを中
心に各地から計 21 か国の参加者を交え活発な議論が交わされた．図は会場 Arts et M áetiers ParisTech 内の大講堂

FSP によりアルミニウム合金 Al6061 に複合化し集合組織やGrand Amphi の様子である．

銅の拡散について論じた研究が報告された．また，スペイン

ド イ ツ Helmholtz Zentrum Geesthacht の Dos Santos 氏のマドリッド国立中央金属研究所( CENIM )の M. Alvarez による基調講演では， 2035 年までに 33,000 機にも達する旺

Leal 氏らは，希土類を含む Mg 合金 WE54 に FSP を施すこ

盛な航空機需要に対応すべく，従来のリベット接合に代替しとで攪拌部の結晶粒径が約 2 mm まで微細化され， 400 °C，

うる最近の摩擦攪拌接合( FSW )技術として， Refill FSSW,

ひずみ速度 10－2 / s の引張試験において伸び 550 を超える

Bobbin ツール FSW, Stationary Sholder FSW の開発動向が超塑性が発現することを報告した．ドイツのミュンヘン工科

報 告 さ れ た ． ま た ， 米 国 Brigham Young 大 学 の Yuri

大学の A. Zens 氏らは， Al に Cu が過飽和に固溶した非平Hovanski 氏の講演では，自動車向けアルミニウム合金製テ衡合金を FSP により創製する研究プロジェクトを開始してーラード溶接ブランク( TWB )への適用に向けた高速 FSW

おり，発表時点では Cu を攪拌部に均質に分布させるためのの開発の成果が報告された． 0.8 ～ 4 mm の板厚，種々の材

プロセス条件および添加方法の探索段階にあった．

質のアルミニウム合金に対し 20 時間あたり 1000 部品におよ

2 日目の講演終了後の学会主催によるメッス周辺のバスツ

ぶ TWB の量産が可能となり， 2017 年末に実用化を迎える

アーでは，多様な建築様式の駅，大聖堂，教会，劇場等を観とのことであった．

光する機会に恵まれた．図のメッス駅はドイツ帝国時代に摩擦攪拌技術は接合分野で着実に実用化が進んでいるだけ建てられたもので，フランスとドイツに交互に併合された戦でなく，金属組織制御，材料創製にまで裾野が広がりつつあ

争の歴史が，古くも美しい街に刻まれていた．バスガイドのり，それらを包含する FSP は今回独立したセッションとし方が「ここでは決してこの街をメッツと(ドイツ語読みで)呼て開催された．筆者はその最初の講演で，セラミックス(ジばないで，メッシと呼んで下さい．」とお願いされていたのルコニア)ナノ粒子をマルチパス FSP により純 Mg 板材内にが印象的だった．

複合化する Friction stir compositing，ならびに，Cu 薄板を最後に，この国際会議 2017 への出席は，公益財団法人大Mg 合金 AZ91 板の上に重ねて配置しマルチパス FSP によ

澤科学技術振興財団の国際交流助成により援助を受けて行わり合金化する Friction stir alloying の 2 つの手法を用いた超れたものであり，ここに深謝する．

微細粒組織の創製について報告した．その後，台湾の国立中(2018年 1 月18日受理)[doi:10.2320/materia.57.124]

正大学の J. N. Aoh 氏により，銅コーティングした SiC を(連絡先〒5368553 大阪市城東区森ノ宮 16
50)



学会・研究会だより

本
会

告

会

記

事

2018年春期(第162回)講演大会ご案内ならびに参加申込 …125
2018年春期講演大会併催企業説明会への学生参加者の募集…………………………………………………………………125
2018年春期講演大会概要集 DVD の販売について …………126
日本金属学会・日本鉄鋼協会講演大会相互聴講のお知らせ…………………………………………………………………126
第 5 回ランチョンセミナー開催 ………………………………126
第10回男女共同参画ランチョンミーティング開催 …………126
平成30年度春季 全国大学材料関係教室協議会講演会 ……126
2018年秋期講演大会外国人特別講演および招待講演募集 …126
日本金属学会主催国際会議企画提案募集 ……………………127
新設研究会のご案内 ……………………………………………127
新設「若手研究グループ」発足のご案内 ……………………128
会報編集委員会からのお知らせ ………………………………129
金属学会セミナー開催報告 ……………………………………135

事務局 渉 外 ・ 国 際 関 係secgnl＠jim.or.jp
会員サービス全般account＠jim.or.jp
会費・各種支払member＠jim.or.jp
刊 行 物 申 込 みordering＠jim.or.jp
セミナーシンポジウム参加申込みmeeting＠jim.or.jp
講 演 大 会annualm＠jim.or.jp
総 務 ・ 各 種 賞gaffair＠jim.or.jp
学術情報サービス全般secgnl＠jim.or.jp
分
科会stevent＠jim.or.jp
まてりあ・広告materia＠jim.or.jp
会 誌 ・ 欧 文 誌editjt＠jim.or.jp
公益社団法人日本金属学会
〒


 仙台市青葉区一番町




 FAX 





TEL 
http://jim.or.jp/

支部行事 …………………………130 次号予告 …………………………132
掲示板 ……………………………130 新入会員 …………………………133
会誌・欧文誌 3 号目次 …………131 行事カレンダー …………………136

会

告(ホームページもご参照下さい)年春期(第回)講演大会ご案内ならびに参加申込みについて会期 年月日(月)～月日(水・祝日)

会場

千葉工業大学新習志野キャンパス(〒2750023 習志野市芝園 2 丁目 1
1)

2018年 3 月19日(月)午前 9 時より(同会場1 号館1101)
会 場 千葉工業大学新習志野キャンパス
2018年 3 月19日(月)1800～2000

各賞贈呈式と記念講演懇親会

大会参加申込
講演発表
詳

食堂棟 2 階

当日受付(事前受付終了)

本号付録およびホームページ掲載
ホームページ→講演大会→2018春期講演大会案内をご参照下さい．

細年春期講演大会併催企業説明会への学生参加者の募集
2018年春期講演大会開催に合わせ，学生のキャリアサポートの一環として本会主催により，日本金属学会・日本鉄鋼協会講演大会併催の
第 4 回企業説明会を開催します．本説明会は，学生にできるだけ多くの素材・材料関連企業に接してもらい，進路選択に役立ててもらおうというものです．本会の学生員を対象に募集しますので，奮ってご応募下さい．
学生の皆さんが参加しやすいように講演大会期間の最終日に開催いたします．ほぼ終日ブースを開設して，講演の合間や講演終了後にも企業ブースを訪問できるようにするとともに，昼食(軽食)を提供して昼休み時間にブースを訪問しやすくいたしました．また，参加企業の担当者とより詳しく情報交換ができるように，説明会終了後に参加企業の担当者との交流会(立食懇親会)を予定しています．
開催日時 
年月日(水)(春期講演大会の日目) ～開催場所

千葉工業大学新習志野キャンパス(習志野市芝園 211)

主催

公益社団法人日本金属学会

協

賛

千葉工業大学就職・進路支援部，一般社団法人日本鉄鋼協会

参加企業

素材，材料関連の企業36社（詳細は本会ホームページをご参照下さい）

スケジュール
応募資格

1100～1630
1700～1830

ブース説明会(企業ブースでの対面説明)＊時間内の出入り可．昼食(軽食)提供．

参加企業担当者との交流会(立食懇親会，参加無料)＊ブース説明会のみの参加も可．

日本金属学会学生員，日本鉄鋼協会学生会員，千葉工業大学理工系学生

応募方法

本会ホームページ上の参加申し込み画面から申し込む．

募集期間

https://data.jim.or.jp/jim/kigyou/
2017年12月 4 日(月)～2018年 3 月 9 日(金)問合せ先公益社団法人日本金属学会

企業説明会担当山村〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432
 0222233685

FAX 0222236312 Email: jim.company2018＠jim.or.jp%

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan｢金属材料へのアトムプルーブ分析応用事例の紹介」


年春期講演大会概要集 DVD の販売について(佐々木智一)教室)■L 会場(号館階

2018年春期講演大会の概要集 DVD を販売いたします．
ご購入希望の方は下記をご記入の上， E mail または FAX でお申

株 モルシス

し込み下さい．

｢第一原理計算に基づく物性評価」

 件名「
年春期講演大会講演概要集 DVD 購入申込」，◯
 申込者氏名，◯
 会員資格(会員番号併記)，◯
 申込数，◯

第
回男女共同参画ランチョンミーティング「金属材料分野での多様なキャリアパス」

 送付先住所◯

月日の発行後，請求書を添えて送付いたします．ホームページに申込書があります．
会員価本体4,000円＋税 定価本体10,000円＋税 送料360円

Email: ordering＠jim.or.jp

申込先

FAX 0222236312%

日本金属学会・日本鉄鋼協会講演大会相互聴講のお知らせ

主

催

協

賛

男女共同参画学協会連絡会

日

時

会

場

2018年 3 月21日(水・祝日)1200～1300
千葉工業大学新習志野キャンパス 5 号館5102(鉄鋼協会第参加費

男女共同参画委員会日本金属学会・日本鉄鋼協会

1 会場)(習志野市芝園 211)
無料 弁当30人分までは無料提供いたします．
(講演大会参加申込の有無にかかわらず，このミーティン

日本金属学会・日本鉄鋼協会の講演大会相互聴講をご案内いたし

グに参加できます!!)

ます．

プログラム

申込方法当日受付

司会

鉄鋼協会の講演を聴講する場合は金属学会で従来の参加受付を済

御手洗容子(物・材機構)

1205～1210

開会の挨拶

1210～1240｢夫の転勤と共に転職を重ねて」

男女共同参画委員会委員長 東北大 梅津理恵

ませた後，鉄鋼協会受付で相互聴講の申込みをする(註)

金属学会で講演発表する場合は，金属学会の正規大会参加申料

金一般・学生・非会員を問わず同一料金

1240～1250

総合討論

聴講のみ(概要集 DVD 無し)

3,000円1250～1255

閉会の挨拶

聴講と概要集 DVD(1 冊)

6,000円込みが必要です

田中貴金属工業 柳沢智子

男女共同参画委員会副委員長 九大 尾崎由紀子

平成
年度春季

第回ランチョンセミナー開催
春期講演大会の会期中に，第 5 回ランチョンセミナーを開催いたします．このセミナーは，参加者の皆様に講演大会の昼食時間を日時利用して昼食をとって頂きながら，企業による最新の技術情報を聴場

所講いただく企画です．参加無料です．多くの皆様のご参加をお待ち

講演会

しております．

全国大学材料関係教室協議会
講演会のご案内2018年 3 月21日(水) 1500～1635
千葉工業大学・1 号館 1101号室
1500～1600
スパースモデリングとデータ駆動科学物質材料科学
への情報科学の導入と情報教育の視点から
東京大学大学院新領域創成科学研究科 教授 岡田真人

企

画

株式会社

日

時

2018年 3 月20日(火)1205～1245

会

場

参加費

明報社

千葉工業大学新習志野キャンパス
無料

講演会

1605～1635

日本金属学会講演会場

日本学術会議材料工学委員会の活動について
24期材料工学委員会委員長(東大) 山口

昼食を無料提供いたします．

配布致します．金属学会，または鉄鋼協会の大会参加証

編集長(東京大学教授) 山口をご提示下さい．引き換えにご希望のセミナー参加券をお渡し致します．時間になりましたら，参加券をご持参

周Science and Technology of Advanced Materials(STAM)誌について

参加方法 月日(火)より参加券を「機器展示会場」にて

聴講料

周

無料

の上，セミナー会場までお越し下さい．
※予定数に達し次第，配布は終了致します．
※ランチョンセミナーは同業者様等のご入場(セミナー
参加券をお持ちの場合でも)をお断りする場合がござ
参加企業

春秋講演大会における外国人研究者による特別講演と招待講演にいます．予めご了承下さい．

ついては会員からの推薦をもとに，国際学術交流委員会において審

教室)■A 会場(号館階

議採択し，講演実施細目については講演大会委員会で決定いたしま株オックスフォード・インストゥルメンツ

す． 2018 年秋期講演大会の特別講演と招待講演を募集いたします｢EDS 分析は新たな時代へ～AZtecLive/Ultim Max」

ので，下記要領によりご推薦下さい．

(五十嵐誠)

特別講演

教室)■B 会場(号館階

講演者著名な外国人研究者とする．

株 TSL ソリューションズ
講演時間30分(討論10分)
採択件数3～4 件｢EBSD 法の今後とその周辺技術」
教室)■F 会場(号館階
株 日立ハイテクノロジーズ
｢新型 FIBSEM Ethos NX5000の紹介」
教室)■J 会場(号館階 株東芝ナノアナリシス年秋期講演大会外国人特別講演および招待講演募集

滞在費補助10,000円×5 日(上限日数)
その他大会参加費免除，懇親会招待
招待講演
講演者有益な講演が期待される国内に滞在する外国人研究者とする．

本 会 記 事講演時間15分(討論 5 分)
採択件数5 件程度に届け出て本会の承認を得ること．
.

本会主催国際会議の区分と規模

滞在費補助なしその他大会参加費免除



JIMIS国際シンポジウム―参加者150名未満
JIMIC国際コンファレンス―参加者150名以上



その他の国際会議―国際的要請に基づいて主催する国際集会

推薦用紙
所定様式(ホームページからダウンロード下さい)により，下記メールアドレス宛に「外国人特別講演推薦」と明記しお送り下さい．

等.

送信後 2～3 日過ぎても受理メールの無い場合はお問合せ下さい．
推薦書提出期日 年月
日(木)

開催頻度
必要に応じて随時開催する．

.

照会・推薦書提出先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432

テーマの公募，選定方法｢まてりあ」会告で定期的に企画提案を募集する．



提案された企画案は，まず分科会運営委員会において検討，(公社)日本金属学会 国際学術交流委員会宛
 0222233685

優先順位を付けて，国際学術交流委員会に提示する．

FAX 0222236312%

国際学術交流委員会において実施企画，会議の区分，貸与金

理事会において正式決定し，提案責任者に対して文書によりEmail: stevent＠jim.or.jp

日本金属学会主催国際会議企画提案募集(内定)を決定して，理事会に答申する．
決定通知と開催準備推進の依頼を行う．
.

財

源

本会が主催する国際会議につきまして，ダイナミックな国際化の




参加費

動きに即したタイムリーな企画を選定するため，次の方針で提案募

文部科学省補助金集を行います． 2020 年度以降開催の国際会議が対象です．ご参照



地方公共団体補助金の上，期日までに有意義な企画をご提案下さいますようお願いいた

民間財団補助金

します．



本会国際学術交流資金からの貸与金(上限 100 万円会議後返日(木)提案締切日 年月

却)

下記事項を記載した文書( A 判)をもって，会長宛に申提案要項請して下さい．
 会議の名称(和文名・英文名)





.

寄付金
業務処理の会計処理

本会の「国際会議開催準備マニュアル」と「国際会議会計処理マ

 会期
ニュアル」に準拠する(これらの資料は採択決定後に提案責任者に

 開催地・会場予定送付する)．

 会議の目的・特徴 日本開催の経緯と意義 計画概要

新設研究会のご案内

．協賛，後援団体
．主要準備日程
．使用語
．参加予定国(国名・国数)
．参加予定者数(国内外)

本年 3 月から新たに下記の研究会が発足いたします．メンバー
として登録を希望される方は，氏名，勤務先，連絡先( E mail

address 含む)を明記の上，世話人宛にお申込み下さい．研究会の活動期間は 1 期 5 ヶ年以内です．

．著名な国内外参加予定者(氏名・所属・役職)

継続更新の場合は，延長期間 1 期 3 年以内，最長活動期間は 2 期 8

．パラレルセッション数およびポスターセッションの有無

年以内です．

．プロシーディングスの出版(出版元・予定頁数，製作部(研究会新設募集7 号会告予定/申請締切日9 月 1 日)

数・頒価・配布方法)
．予算(収入・支出明細)) 準備委員会委員(氏名・所属・役職) 提案(連絡)責任者(氏名・所属・役職・住所・電話・E
mail)

提案書送付先■．高エネルギー環境用材料評価研究会

1 期 5 年間(2018年 3 月～2023年 2 月)
原子炉あるいは核融合炉材料に関連する様々な国内あるいは国際

活動期間〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432

会議が開催され，その多くは最新の研究やトピックスなどのその時(公社)日本金属学会 国際会議募集係

期に応じた研究成果の発表の場として位置づけられている．本研究会は，高エネルギー環境で使用される材料の研究開発に携わってき―公益社団法人日本金属学会主催国際会議実施方針(年月改訂抜粋)―た研究者が抱いている材料の損傷，腐食，脆化などについて，基本.

的かつ根本的な疑問，懸念および問題点などを学術的に十分議論す基本的要件
開催要望が国内外で高まっており，かつ本会会員からも要望るための場として定義する．特に，材料の照射効果についてこれまされていること．

でに得られている照射データベースに基づき，照射欠陥や照射損傷

関係国内学協会の協賛が得られること．

組織の形成の素過程，それらが材料の力学的性質や物理的・化学的

会議の計画内容が本会主催の会議としてふさわしいと認めら性質に及ぼす影響について，また照射損傷過程に及ぼす環境因子

れること．

(雰囲気，温度，磁場，電場など)の影響について，より基礎的な視11 会議の構成，主要題目，日程，使用語が適切である．
12 参加国数および国外参加者が10カ国50名以上予定されていること．

点から検討する．




13
14

橋本直幸
北海道大学大学院工学研究院材料科学部門・教授

FAX 0117066772%

参加予定国および参加予定者は確実な根拠に基づいて

 011
7066770

推定されていること．

Emailhasimoto＠eng.hokudai.ac.jp

当該分野における国内外の代表的研究者の参加が予定されていること．




代表世話人

会議の Proceedings を刊行する場合は，多重投稿等ミスコン
ダクトが生じないよう対策をとること．実施する対策を事前

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan■．材料機能特性のアーキテクチャー研究会

1 期 5 年間(2018年 3 月～2023年 2 月)
金属材料の機能特性は，原子レベルの結晶構造からミクロ・マク

活動期間




細な構造によって特徴づけられる．さらに耐熱合金のコーティング

Manufacturing )について，その重要性にもかかわらず，知見が不足している耐食性に焦点を当て研究を行う．医療用の金属材料を中や電子デバイスの電極など異種材接合界面も機能特性を大きく左右心に，合金組成および介在物の大きさや分布など，金属組織によりする．このようにマルチスケールにわたる材料の構造全体をアーキ
テクチャーとして捉え，組織因子として特に格子欠陥と異相界面に耐食性に影響を及ぼす因子に着目し， AM による特有の金属組織形成を活用することで，従来のプロセスで製造した材料と比較してフォーカスし，構成員が研究で扱う多彩な材料の個別の事象につい優れた耐食性を発揮する新規材料の開発を目的とする．

ロに至る格子欠陥，結晶粒界，異相界面などを含めた組織という微て類似や相違といった多角的視点から深く議論することで，格子欠優れた耐食性を示す金属材料の需要は医療分野や航空宇宙分野を

陥と異相界面を通して機能特性を制御するために必要な学理を再構

はじめ，多くの産業分野において日増しに高まっている．比較的高築することが本研究会の活動目的である．種々の機能特性の発現メ

い耐食性を示す不働態化型の金属材料は，製造プロセスにおいて導カニズムを詳細に理解することを目指すと同時に，相平衡に基づき入される介在物などの欠陥因子の存在によりその耐食性は損なわ

温度と時間に依存する組織変化の視点から材料の機能特性に関わるれ，これが実用上の課題となっていることが知られている．従来の耐久性と信頼性について議論を深める．強度や延性も材料の機能特プロセスにおいても，このような欠陥因子の導入を抑制する種々の性の一つであるという認識の下で構造用材料と機能性材料を区別せ対策が施されており，各種材料において，耐食性を可能な限り発揮ずに対象とする．

できるよう調整がなされているが，現在においても，腐食を原因と

代表世話人

木村好里

する製品や構造材の劣化や損傷の問題は完全に解決するには至って

東京工業大学物質理工学院材料系・准教授

おらず，貴金属合金，ニッケル基合金やチタン合金など，より高価

&%
FAX 0459245157

な材料で代用するケースも頻繁にみられる．

Emailkimura.y.ac＠m.titech.ac.jp

AM プロセスでは粉末の原材料を高エネルギーのレーザーや電子ビームの照射により局所的に瞬間的な溶融・凝固を行うため，照射エネルギー密度や走査速度，積層厚さ，ピッチなど，さまざまな新設「若手研究グループ」発足のご案内

造形条件を調整することで，材料の耐食性を損なう欠陥因子の導入の抑制した， AM ならではの金属組織が得られることが期待さ

若手および調査・研究事業を活性化することを狙いとして，本年3 月から新たに若手主体の研究グループが発足いたします．

れ，これは飛躍的な耐食性の向上につながる．本研究では，医療用金属材料を中心に，さまざまな条件により作製した AM 材の耐食性を評価し，その金属組織との相関を明らかにすることで，形状や■．｢鉄鋼メタラジー研究グループ」

2018年 3 月 1 日～2020年 2 月28日の 2 年間
約 30 年前，全国の大学で 40 以上を数えた金属系学科は減少の一

機械的性質だけでなく，耐食性にも優れた新規材料の開発を目的と

活動期間

する．

途をたどり，とくに“冶金学(メタラジー)”を冠する学科名は全国申請者らのグループは， AM による試料作製，耐食性評価，表面分析，結晶構造解析および生物学的な評価をはじめとした，本研から消えてしまった．しかし，国際競争力が激化する現代，金属産究の推進に必要なバックグラウンドを備えた，多機関にわたる若手

業界からは，大学や研究機関に対して，基礎研究の推進と同時に冶

研究者らのメンバーで構成されている．互いの専門知識や技能を共金学を習得した優秀な人材の育成・輩出を期待する声がより一層強有することで，本研究課題の達成は十分に可能であると思われる．

くなっている．このような背景から，今後，我が国において金属研

本研究の達成により得られる成果として，医療用はもとより，一究の学術的かつ工業的な発展を持続させるためには，大学・研究

般産業用として実用されている部品やデバイスの低コスト化・高信所・企業で活躍する中堅研究者が結集し，冶金学に関する深い議論の中で各々の研究・開発力を深化させるとともに，互いに連携して頼性化・高安全性化につながることが期待される．さらに， AM
特有の金属組織と耐食性との相関から論じられる，腐食工学におけ金属研究を牽引する中核集団を育成することが必須となる．そこる新たな学理の提案にもつながり，学術的にも価値のある成果ともで，特に産業界からニーズの強い鉄鋼材料を研究対象とした「鉄鋼なり得る．本研究は，新たな合金元素の添加による成分の複雑化やメタラジー」研究グループの設置を申請する．

希少金の使用に頼ることなく，既存の金属材料の耐食性のポテンシ対象とするテーマは鉄鋼材料を中心とした構造用金属材料の「組ャルを，プロセスの工夫により最大限に引き出すことにあるため，織と特性」とするが，必ずしも鉄鋼を専門としない研究者も構成員

環境材料の概念にも合致していることも，特筆すべき点である．

に交え，理論，実験，計算の各専門分野から現在取り組んでいる研

代表者

究や挑戦したい今後の課題などを忌憚なく討論する場を設ける．ま堤祐介(東京医科歯科大学生体材料工学研究所)

 0352808009

Emailtsutsumi.met＠tmd.ac.jp

た，予算を活用して海外で活躍する同世代の研究者を招聘し，本申請グループをハブとした国際的な学術ネットワークを構築する．あくまでも，本研究グループでは，各分野を代表する新進気鋭の研究者が学術的好奇心を持って，冶金学に関する真理を探究することを■．｢多様な先端観察・測定法を用いた組織の定量と力学特性解
析への適用」
活動期間2018年 3 月 1 日～2020年 2 月28日主眼とする．そのため，投稿論文数の急増や小規模な共同研究な

現在，各種先端観察・測定法が開発され，それぞれの分野でさら

ど，短期的な成果は小さいと予想されるが，本申請グループが中心なる高度化とその適用範囲の拡大が進められている．具体例としとなって科学研究費補助金・新学術領域研究などが新たに開拓されて，超高圧走査透過電子顕微鏡法(首藤)，ピークブロードニング解ることが将来期待される．一方で，博士課程の学生やポスドクなど

析(赤間・宮澤)，局所応力集中測定(宮澤)，高速集合組織観察(小次世代の人材育成，人材交流のためのプラットフォームを構築する貫)，デジタル画像相関法(古賀)，精密電気抵抗率測定や高精度熱ことも若手・中堅研究者の責務であると捉え，その一端を担うこと

分析(宮嶋)，マイクロピラー試験(高田)等が挙げられる．これらのも目標とする．

手法を，実用合金の設計(高田)，耐熱合金開発(山崎・赤間)，疲労

代表者(首藤)，クリープ(山崎)，巨大ひずみ加工(紙川)といった，幅広い

中田伸生(東京工業大学)
 045924
5622 Emailakada.n.aa＠m.titech.ac.jp

構造用金属材料の研究に適用することで，組織を定量的に扱う事が可能となる．これらの結果は結晶塑性モデルの構築(奥山)にも寄与■．｢ Additive Manufacturing (付加製造)による超高耐食性金

し，力学特性の理解が深まる．しかしながら，現状では複数の先端

属材料の開発研究グループ」

観察・測定法・計算を相補的に用いることは極めて少なく，シナジ

2018年 3 月 1 日～2020年 2 月28日の 2 年間
金属 3D プリンティングの名称により近年急速に認知度が高まっー効果の創出は喫緊の課題と言える．

活動期間て き た 新 規 プ ロ セ ス の 一 つ で あ る ， 付 加 製 造 ( AM: Additive

目的と意義
本研究グループの構成員は，多様な先端観察・測定手法に加えて本 会 記 事種々の加工プロセスを専門とする．その為，鉄・非鉄を問わず，幅広い金属材料に種々の加工プロセスを適用して作製した組織に対して，各種先端観察・測定法を相補的に用いるための検討を行うこと

まてりあ「プロジェクト報告」企画公募が可能である．つまり，これらのメンバーが一堂に会すること自体に意義がある．本研究会では従来の枠組みではなし得なかったシナ
ジー効果の創出を目指し，さらに構造用金属材料の力学特性や組織

特別推進研究新学術領域研究，学術研究，戦略的創造研究など，評価における課題を学び，先端観察・測定法の適用によって課題解

これまで公的資金補助によるプロジェクト研究が数多く行われてい決への議論を行う場を提供することが目的である．

ますが，その研究成果が一部の関係者に資料配布されるに留まって得られる成果・目標等

いるという現状があるようです．
その成果を多くの研究者が目を通す会報「まてりあ」にまとめて本研究グループによって得ることのできる成果・目標は，各種最先端観察・測定法を相補的に適用する為の基礎指針を確立すること掲載しませんか．

である．また，これと併せて 30 代の研究者を幅広く集めたため，実際の測定に最も精通している若手研究者同士の共同研究の活発うカテゴリーがあり，通年応募を受け付けております．下記参照の化，および，将来，競争的資金に応募する際の研究グループ形成の上，奮ってご応募下さい．

「まてりあ」には，有料で掲載できる「プロジェクト報告」とい基礎となる事が強く期待される．
代表者

宮嶋陽司(東京工業大学 物質理工学院 材料系)

種別名称

｢プロジェクト報告」

Emailmiyajima.y.ab＠m.titech.ac.jp

主公的資金を得ているプロジェクトの最終研究成果を有料

旨

掲載する．
■．｢量子ビーム散乱測定による金属組織形成過程のマルチスケ
ール解析研究グループ」

応募期間
応募資格

活動期間2018年 3 月 1 日～2020年 2 月28日
現在，社会の要求に応えるべく様々な新しい金属材料は生み出さ通年とする．
企画提案者および執筆者に本会会員 2 名以上が含まれていることを要する．

提出書類

れ，それらの組織制御技術もますます高度化している．これらの新企画書(プロジェクト名，責任者名，企画趣旨，希望号，企画主題，記事種別・題目・執筆者・執筆頁・執筆

材料で観測される新たな金属組織の形成メカニズムを詳細に明らかのねらい，責任者連絡先)を提出する．

欠である．この要求に対して，量子ビームを用いた新しい散乱測定

プロジェクト紹介(1 頁)，解説，最近の研究，トピック
ス記事スタイルの組み合わせとする．

技術は，その場測定や金属組織の定量化等，既存の観察技術と相互解にするためには，金属組織をあらゆる視点から観測することが不可

企画内容

説

新しい特定の問題を取り上げて，専門外補完することで，様々な場面で威力を発揮すると考えられる．

の会員にも分かるように記述する．

一方，大型中性子施設 MLF / J PARC の稼働によって，大型放射光施設 SPring8 と合わせて国内に最先端の量子ビーム施設を利さらに勉強しようとする人のために参考となる文献も示しておく．
最近の研究用できる環境が整った．しかしながら，金属研究においては，イメ

最近の重要な研究のうち，比較的せまいージング関連の手法が活発に利用されているものの，散乱を中心と範囲のテーマを取り上げて，国内外の最した量子ビーム測定技術の普及は進んでいない．散乱測定は，オン近の研究成果を紹介する．

グストロームからマイクロメートルにわたる広いスケールの金属組各分野の現状，現在の問題点などを取り織に対する体積平均的な評価や，複雑な金属組織の定量化等を得意上げて，総括的に分かり易く記述したもとし，これまで用いられてきた電子顕微鏡等とは異なる視点の情報

ので，その分野の研究を進める上で参考となる内容とする．

が得られるという特徴を持つ．
トピックス

このような金属材料に対して，量子ビーム散乱測定技術の利用を

最近の情報を手短に紹介するもので，話題は限定しない．

推進するためには，材料研究者と量子ビーム技術を持つ分析側の研究者がグループを形成し，共創的に活動する必要がある．そこで，

企画決定

会報編集委員会で採否の決定を行う．

材料研究者と分析研究者が一丸となり，最先端の量子ビーム測定技

費用負担

術を用いて金属組織の形成の学理を追求する場を設けることを目的

企画総頁

1 頁28,000円＋税
35頁以内

として，本研究グループを申請する．本研究グループでは，材料研著 作 権

日本金属学会に帰属する．

究者と分析研究者による新たな共同研究や，金属組織評価における査

会報編集委員会が行う．論文毎の複数名査読候補者を含読めた企画書を提出してもらい一括して審議する．

新しい量子ビーム散乱測定技術の有効性を示す成果を創出することを目標とする．また，金属材料分野の若手研究者の人材育成や量子

執筆依頼

特集関係の執筆依頼方法と同じ方法で事務局が行う．

ビームの利用をさらに拡大するべく，研究会への発展を目指す．

執筆方法｢まてりあ」執筆要領に準じる．

代表者

諸岡

聡(日本原子力研究開発機構 物質科学研究センター)Emailmorooka＠post.jparc.jp

送付・問合先〒980
8544 仙台市青葉区一番町一丁目1432(公社)日本金属学会 会報編集委員会
 0222233685

FAX 0222236312%

Email: materia＠jim.or.jp

まてりあ表紙写真掲載のお知らせ◇◇

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

◇

1 号より当該掲載記事の中から選んだ写真を表紙にてご紹介していきます．どうぞお楽しみ下さい．



量性に欠けるものであり，結晶の変形強度や破壊強度を定量的に予支部行事測することができず，1980年代以降結晶塑性論の研究は停滞した．
20 世紀末からは，実験的には原子レベルの分解能を有する電子

平成年度第回支部会議(総会)開催のご案内

顕微鏡及びアトムプローブ電界イオン顕微鏡の発展により，また，
理論的には第一原理計算手法の進歩により，微細組織の原子レベル解析が可能になった．このような状況の下，本国際シンポジウムで

日時

2018年 5 月 1 日(火)1200～1330(昼食を準備いたします)場

所

東北大学多元物質科学研究所

南総合研究棟 2 (旧材物棟1) 1F 大会議室(〒9808577 仙台市青葉区片平 211)
仙台駅からのアクセス

は世界の第一線の研究者の参加を得て，原子レベルで塑性現象の素過程を実験および理論両面から明らかにする最前線の研究発表・討論を通して，結晶塑性現象の定量的理解を目指す．特に，従来充分行われてこなかった実験および理論両分野の研究者の交流に主眼を置く．

http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/information/access.html【議題】

1) 平成29年度事業報告および決算報告について
2) 平成30年度事業計画案および予算案について
3) 支部役員について
4) その他◇レアメタル研究会◇■主ご出席の方は，月日(金)までに，下記の支部事務局まで E 

催

レアメタル研究会

主宰者

東京大学生産技術研究所 岡部徹

協力(一財)生産技術研究奨励会(特別研究会 RC40)

共催

東京大学マテリアル工学セミナー

mail でお知らせ下さい．

教授

レアメタルの環境調和型リサイクル技術の開発研究会
東京大学生産技術研究所 持続型エネルギー・材料統

連絡先

日本金属学会

東北支部事務局

東北大学多元物質科学研究所

合研究センター
鈴木研究室

東京大学生産技術研究所非鉄金属資源循環工学寄付研/%
FAX 0222175177

Email: jgawara＠tagen.tohoku.ac.jp

協

究部門(JX 金属寄付ユニット)(公社)日本金属学会他

賛

■開催会場

東京大学生産技術研究所

An 棟 2F コンベンションホール
(〒153
8505 東京都目黒区駒場 461)(最寄り駅駒場東大前，東北沢，代々木上原)■参加登録・お問合わせ〈公募類記事〉
無料掲載募集人員，締切日，問合先のみ掲載．
有料掲載1/4頁(700～800文字)程度．
「まてりあ」とホームページに掲載15,000円＋税ホームページのみ掲載
10,000円＋税〈その他の記事〉 原則として有料掲載．
原稿締切・掲載号毎月 1 日締切で翌月号 1 回掲載
原稿提出方法電子メールと FAX 両方(受け取りメールの確認をして下さい)原稿送信先%FAX 0222236312 Email : materia＠jim.or.jp

集会

東京大学 生産技術研究所
岡部研究室

レアメタル研究会事務担当

宮嵜智子Email: okabelab＠iis.utokyo.ac.jp〈平成29年度

レアメタル研究会開催予定のご案内〉 (2018.1.30現在)■第80回

2018年 3 月 9 日(金)★前田正史教授が熱く語る特別シンポジウム＋慰労会★(合同開催)■第回 
年月日(金)
～

An 棟 2F コンベンションホール

★前田正史教授が熱く語る特別シンポジウム＋慰労会★(合同開催)◇結晶塑性の原子過程に関する国際シンポジウム◇―結晶強度の定量的理解に向けて―International Symposium on Atomistic Process of Crystal Plasticity―Toward quantitative understanding of crystal plasticity―

テーマ前田先生の研究と活動，非鉄業界と研究の将来展望時

間午後 200～

講演チタンの新製錬(仮)
京都大学

(60分)

工学研究科

催 日本学術振興会産学協力第133委員会
年
月日(木)～年月日(土)開催日時 

主

開催場所

東京大学本郷キャンパス内

参加費

一般30,000円，学生10,000円

参加申込

住友金属鉱山株式会社 取締役 執行役員 資源事業本部長 朝日

弘

講師

東京大学

午後 600～

生産技術研究所

教授 前田正史研究交流会・意見交換会(An 棟 2F

講師

ホワイエ)

下記の WEBSITE よりお申込み下さい．

Email: acpcsc＠iis.utokyo.ac.jp
 035452
6111 上村祥史
趣

講師

(40分)

非鉄金属リサイクルプロジェクトと産官学連携(仮)(80分)

福武ホール

URL http://www.apcp.iis.utokyo.ac.jp
国際シンポジウム事務局

問合せ

教授 宇田哲也

材料工学専攻非鉄鉱山製錬業の展望と産学官連携(仮)旨1934 年に結晶転位の概念が確立して以来，結晶の塑性挙動は主として転位論に基づいて議論されてきた．しかし，転位論も破壊力
学も結晶を連続体として近似する弾性論に立脚して研究されてきたので，転位芯の構造やクラック先端の原子レベルの微細構造などが＊レアメタル研究会ホームページ＊

http://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/japanese/rc40_j.html〈米国版レアメタル研究会(RMW)のご案内〉■RMW13

Workshop on Reactive Metal Processing (Reactive

Metal Workshop) March 16 (Fri)17 (Sat), 2018, Cambridge,
MIT＊Reactive Metal Workshop の HP＊
http://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/coretocore/rmw/

正しく反映されたものではなかった．そのため，得られた結果は定

本 会 記 事Research on Grain Detection of Grain-Oriented
Silicon Steel Based on Two-Dimensional X-Ray
Li Xiao-ning, He Fei and Xu Ke
Diffraction

日 本 金 属 学 会 誌 掲 載 論 文Vol. 82, No. 3（2018）

Microstructure of Materials―論
文―
複合荷重試験での抵抗スポット溶接重ね継手強度の荷重角度依存性について
秋山哲也

小野哲士

Tomoya Aoba, Masakazu Kobayashi and Hiromi Miura

血管中膜におけるコラーゲン／エラスチン線維配向性解明のための定量的解析手法の確立

Mechanical Stability of Retained Austenite in Multi-Pass Cr-Ni Weld Metal in an Over-Matching
Hai Qiu, Linning Wang,
Welded Joint

小笹良輔

永石武流
倉谷

北村貴典

Microstructural Evolution and Enhanced Mechanical Properties by Multi-Directional Forging andAging of 6000 Series Aluminum Alloy山崎大介 松垣あいら 神崎万智子
徹 森井英一 坂田泰史 中野貴由

高温酸化による多層構造を利用した真空ゾルゲル法によるTiO2/SiO2複合被膜の創製
三浦永理

原田大志

田中良宣

菊池丈幸

山崎

徹

Sn 基合金のデンドライト先端曲率半径の直接観察に
よる評価
吉村

龍

森下浩平

安田秀幸

江阪久雄

篠塚

計

Chengduo Wang, Terumi Nakamura and Tadanobu Inoue

Analysis of Inhomogeneous Crystal Rotation in a
Grain after Plastic Deformation of a Polycrystalline Low Carbon Steel
Kunio Hayashi and Susumu Onaka

Change in Electrical Resistivity of Pure Cu
Processed by Accumulative Roll Bonding
Yoji Miyajima, Takahiko Shinohara, Hiroki Adachi,
Toshiyuki Fujii, Susumu Onaka and Masaharu Kato
Mechanics of Materials

Materials Transactions 掲載論文

Simultaneous Prediction of Bendability and Deep
Drawability Using Orientation Distribution FuncHirofumi Inouetion for Aluminum Alloy Sheets

Vol. 59, No. 3（2018）―Overview―
Recent Progress in Shape Memory Alloys
Ryosuke Kainuma―Review―
Electron Theory on Grain-Boundary Structuresand Local Magnetic Properties of Neodymium
Yoshihiro Gohda, Yasutomi Tatetsu andMagnets
Shinji Tsuneyuki―Regular Articles―
Materials Physics

Ab-Initio Calculations for Solvus Temperatures of
Pd-Rich PdRu Alloys: Real-Space Cluster Expansion and Cluster Variation Method
Chang Liu, Mitsuhiro Asato, Nobuhisa Fujima,
Toshiharu Hoshino, Ying Chen and Tetsuo Mohri

Quasi-First Order
Mn1.9Fe0.1Sb0.9Sn0.1

Magnetic

Transitionin

Adline N. Nwodo, Ryota Kobayashi, Taoto Wakamori,
Yoshihiro Matsumoto, Yoshifuru Mitsui, Masahiko Hiroi,
Kohki Takahashi, Rie Y. Umetsu, Yoshiya Uwatoko andKeiichi Koyama

Ab Initio Prediction of Atomic Location of Third
Sukeyoshi Yamamoto,
Elements in B2-Type TiNi
Tomohito Yokomine, Kazunori Sato, Tomoyuki Terai,
Takashi Fukuda and Tomoyuki Kakeshita

Ultrasonic-Assisted Soldering of Low-Ag SAC
Lead-Free Solder Paste at Low-Temperature
Gui-Sheng Gan, Lin-Qiao Gan, Ji-Zhao Guo, Da-Quan Xia,
Chunhong Zhang, Donghua Yang, Yiping Wu and Cong Liu

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

Effect of the Mechanical Properties and Corrosion
Behaviors of Nickel-Cadmium Duplex Electroplated AISI 4340 Steel by Using Various Solid Solution
Peng-Nan Wang and Shih-Hsien Chang
Treatments
Effect of Amount of Chunky Graphite on Mechanical Properties of Spheroidal-Graphite Cast Iron
Hideaki Nakayama, Bai-Rong Zhao, Noriaki Furusato,
Satoru Yamada, Tsuyoshi Nishi and Hiromichi Ohta

A Simplified Methodology for Estimating Residual Stresses in Powder-Bed Electron Beam Additive Manufacturing
Satoshi Tadano, Shigetaka Okano, Takehisa Hino,
Haruki Ohnishi, Masahito Mochizuki and Yujiro NakataniInterfacial Microstructure and Hardness of Magnetic Pulse Welded Copper/Nickel Lap Joint
Mitsuhiro Watanabe, Kentaro Ishiuchi and Shinji Kumai

Coating on Magnesium Alloy with Super Duralumin by Hot Extrusion and Evaluation of Its SurToko Tokunaga, Kazushi Sotomoto,face Properties
Munekazu Ohno and Kiyotaka Matsuura
Materials Chemistry

Effect of Reaction Layer on Water Durability in
Naoto Kitamura,FeO
Fe2O3
P2O5 Glasses
BaO
Tatsuaki Sakamoto and Hiromichi Takebe

Application of the Wilson Equation for Zn-Al-Fe
Alloy in Vacuum Distillation
Zhenghao Pu, Jibiao Han, Yifu Li, Bin Yang and
Yongnian DaiEffect of 100 keV Class Electron Beam Irradiation
on Impact Fatigue Behavior of PZT Ceramics

Strengths and Microstructure of SUS316L Fabricated by Selective Laser Melting

Naruya Tsuyuki, Anna Takahashi, Sagiri Takase,
Daisuke Kitahara, Masae Kanda, Noriyuki Inoue,
Kaori Yuse, Daniel Guyomar, Akira Tonegawa,Yoshihito Matsumura and Yoshitake Nishi

Kazuki Akino and Koji Kakehi
Environment

Effect of Agitator Shaft Direction on Grinding
Performance in Media Stirred Mill: Investigation
Using DEM Simulation

Materials Processing

Prediction of Graphite Nodule Count and Shrinkage Tendency of Spheroidal Graphite Cast Iron by
One Cup Thermal Analysis

Sho Fukui, Yuki Tsunazawa, Shosei Hisatomi,
Giuseppe Granata, Chiharu Tokoro, Kyoko Okuyama,Motonori Iwamoto and Yasuyoshi Sekine

Toshitake Kanno, Yuki Iwami and Ilgoo Kang

Application of Jig Separation for Pre-Concentration of Low-Grade Scheelite Ore

Rapid Deposition of Photocatalytically Enhanced
TiO2 Film by Atmospheric SPPS Using Ar/N2-Vortex Plasma Jet

Sang-Ho Baek and Ho-Seok Jeon

―Rapid Publications―
Effect of Zr Addition on the Corrosion Behavior of
Extruded Mg Alloys in NaCl Solution

Dickson Kindole, Ifeanacho Anyadiegwu, Yasutaka Ando,
Yoshimasa Noda, Hideya Nishiyama, Satoshi Uehara,
Tomoki Nakajima, Oleg P. Solonenko, A.V. Smirnov andA.A. Golovin

Seok-Hoan Jeong, Byung-Jin Kim, Hyun-Kyu Lim,
Won-Tae Kim, Do Hyang Kim and Soon-Hyeok Jeon

Constitution of Stable and Metastable Phase Diagrams for TmFeO3-ScFeO3 System by Undercooling Solidification Using the Containerless TechJunya Takasaki, Kazuhiko Kuribayashi andnique

Microstructure and Mechanical Properties of Friction-Welded S20C and SCM415H Steels
Eun Hye Kim, Hidetoshi Fujii, Jae-Ha Kim and
Kuk Hyun Song

Shumpei Ozawa

ErratumEngineering Materials and Their Applications

Fabrication of Recycled Carbon Fiber Reinforced
Magnesium Alloy Composite by Friction Stir
Processing Using 3-Flat Pin Tool and Its Fatigue
Angga Afrinaldi, Toshifumi Kakiuchi,
Properties
Shohei Nakagawa, Hiroshi Moritomi, Kazuhiro Kumabe,
Asami Nakai, Akio Ohtani, Yoshiki Mizutani and
Yoshihiko Uematsu

◇

◇

◇

まてりあ

第
巻

第号

ミニ特集「 Additive Manufacturing (付加製造)の医療応用への展開と現状」4 分科企画
企画にあたって …………………………………堤 祐介 上田恭介
金属積層造形技術の可能性と技術開発動向 ………………京極秀樹
金属積層造形法における形状・組織制御による異方性付与…………………………………………………………中野貴由 他
金属積層造形技術による人工関節などの医療機器製造の可能性…………………………………………………………千葉晶彦 他



予告

光造形アディティブ・マニュファクチャリングによるバイオセラ
ミック製インプラントの作製 ………………………………桐原聡秀
3D ゲルプリンターが開拓する医療・福祉のためのデザイナブル
材料科学 …………………………………………………古川英光 他
バイオプリント技術を応用した医療・創薬研究 …………松崎典弥―他―(都合により変更になる場合がございます)

本 会 記 事(2017年12月20日～2018年 1 月22日)

正

員

石上啓介
稲積
透
大内隆成
加嶋祐佳
紺野崇聡
斎藤
拓
学

生

青野
晃
青野美南
浅成勇介
浅利
拓
阿部太亮
安部佑一
有田翔太郎
池内琢人
池江優佑
池畠博人
伊藤宏輝
稲田優幸
岩渕将也
上杉翔平
江原和輝
遠藤紘史
大口遣人
大久保友里
大島知士
大友康平
大橋一輝
岡
紗雪
岡田陽太郎
岡本光司
沖
和洋
荻野勇人
奥谷将臣
奥山
遥
小城佑介
小野寺裕紀
蔭山彰良
笠井将樹
笠谷周平
笠松初香
梶谷恭平
一川
誠
加藤
卓
金井健太郎
嘉ノ海雅也
上山健人
家門啓典
川上拓野
川崎浩平
川出隼也
川手美希

JFE テクノリサーチ株式会社
東京大学
東北大学
曙ブレーキ工業株式会社
東京農工大学

佐藤健介
志村英幸
園田正樹
武井勇人
田邉晃弘
外山直樹

株式会社小松製作所

河野水宥
菅野直樹
魏
弘之
岸本侑樹
北川将大
北村勇太
木下剛志
木下亮平
工藤弘晶
久野智子
久保村遼太
熊井慎太郎
黄
雲飛
黄
嘉一
香西景太
郡山翔太郎
小島敏弘
後藤
拓
後藤雅貴
小松崎元弘
小宮健太郎
近藤大介
近藤宙世
齋藤哲也
境 龍太郎
佐々木 誠
佐藤雄大
佐藤直生
澤谷拓馬
篠原航平
ジャンジン
JIAO JINGYU
白石智大
白數祐哉
末釜雄太
菅原龍太郎
杉江拓弥
鈴木拓哉
角倉優雅
関
悟志
関口慶太

近畿大学

東洋刃物株式会社
大分県産業科学技術センター
愛知製鋼株式会社

俣野岳生
宮澤
健
宮脇正太郎
吉見敏彦

川崎重工業株式会社

高橋一輝
高橋優樹
高橋侑希
瀧口功大
武田康誠
達久将成
田中貴之
谷川勝宣
張
宇禅
附田良太

湧貴
戸嶋健人
戸高啓太
鳥谷部綾乃
永岡佑脩
中島誓哉
中野準己
永平和也
中村紘人
名倉規倫
西島佑樹
西峯広智
西村憲治
西本宗矢
二町啓亮
野平直希
橋本晃宏
バダミアン アミル
濱野直紀
疋田タツヤ
日暮直貴
平口誠也
平田岳鵬
福本拓実
藤川翔平
細谷昌史
本郷将嗣
松永遼太
松本
啓
松山和樹
丸野英伸
宮川麻有
宮澤和則
三輪弘樹
武藤吉政

東京大学

東北大学
株式会社デンソー
新日鐵住金ステンレス株式会社

THK 株式会社
東北大学

員
大阪大学
茨城大学
九州工業大学
千葉大学
東京医科歯科大学
熊本大学
兵庫県立大学
京都大学
九州大学
鈴鹿工業高等専門学校
熊本大学
茨城大学
東北大学
千葉大学
京都大学
愛媛大学
大同大学
鹿児島大学
長岡技術科学大学
京都大学
山形大学
旭川工業高等専門学校
東京工業大学
崇城大学
京都大学
東北大学
京都大学
旭川工業高等専門学校
九州工業大学
東海大学
島根大学
北海道大学
東北大学
東北大学
富山大学
東北大学
東北大学
東京工業大学
兵庫県立大学大阪大学
兵庫県立大学名古屋大学
東京大学

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

広島大学
早稲田大学
東海大学
東京医科歯科大学
兵庫県立大学
東京大学
長岡技術科学大学
静岡理工科大学
千葉大学
東北大学
東北大学
千葉大学
京都大学
東北大学
愛媛大学
東京大学
北見工業大学
東京工業大学
名古屋大学
京都大学
名古屋大学
東北大学
京都大学
茨城大学
東北大学
東北大学
千葉工業大学
京都大学
東北大学
大阪大学
兵庫県立大学
鈴鹿工業高等専門学校
愛媛大学
茨城大学
名古屋工業大学
山形大学
大阪府立大学
千葉大学
独立行政法人宇宙航空研究開発機構

北見工業大学
東北大学

東北大学

荘
履中
外本和嗣
園田佳奈子

東北大学
北海道大学
崇城大学

北海道大学
東北大学
北見工業大学
京都大学
東北大学
大阪大学
京都工芸繊維大学
金沢大学
東北大学
旭川工業高等専門学校
東北大学
熊本大学
東京工業大学
熊本大学
東京大学
東京理科大学
神戸大学
東京大学
大同大学
東北大学
茨城大学
東北大学
熊本大学
九州工業大学
東京工業大学名古屋工業大学
茨城大学
法政大学
千葉大学
千葉大学
静岡理工科大学
京都工芸繊維大学
山形大学
関西大学
千葉工業大学
東北大学
熊本大学
島根大学
九州工業大学
関西大学
早稲田大学
東北大学
東海大学
長岡技術科学大学




村瀬
慎
村田美美
森
雅紀
森
雅之
森下浩行

矢野凱己
山口花帆
山口稔郎
山口吉和
山崎祐希

東京工業大学
東京工業大学
兵庫県立大学
愛媛大学
大阪大学

山田祐介
山本梨乃
鑓水啓介
吉井竜之介
吉田優太郎

京都大学
北見工業大学
広島大学
東海大学
京都大学

大阪大学
神戸市立工業高等専門学校
東北大学
大同大学
大阪大学

外国一般会員Cuiping Liu Tianjin Chengjian University
Drozdenko Daria 熊本大学
LIN HUIWEN KOUYOBU
Liu Cuiping Tianjin Chengjian University

Seo Bosung
Korea Institute of Industrial Technology

TRAN Vinh HOANG

wang sheng Lanzhou University of Technology
WEN DONGXU Tohoku University
LU Yanshan

Hanoi University of Science and Technology(HUST)

国立研究開発法人産業技術総合研究所

外国学生会員Li Jing North University of China
Mohammadi Farhad National Tsing Hua University
SHI Jingming 北海道大学
TRAN THI VAN TRANG 長岡技術科学大学
汪洋 関西大学KIM KYONG MIN 筑波大学仇唐 彬 千葉大学
張磊 東北大学蒋
毅 男 千葉大学苗
斌 東京大学

◇

追

悼

本会名誉員

横 堀

◇

楊
廉
呂

超
済胤
佳穎

東京大学
大阪大学
広島大学

◇

武 夫 先生を偲んで本会名誉員，横堀 武夫先生は2017年 10月 9 日に享年99歳で逝去されました．会員の皆様にご報告申し上げますとともに，先生の生前のご功績を偲び，謹んで哀悼の意を表します．
先生は1917年生まれ， 1941年東京帝国大学工学部航空学科を御卒業後，同大学の航空研究所を経て，1956年東京大学から理学博士の学位を受けられ，1955年東北大学助教授，1957年教授に就任され，1981年に名誉教授になられました．その後，帝京大学理工学部長・理事を務められ，同大学名誉教授になられています．
先生は，東京大学にて航空機エンジンに関わる御研究をされていましたが，終戦により材料強度の研究に変えられ，転位群や結晶粒などの材料微視組織とき裂を融合したマルチスケールの力学を世界で初めて構築し，脆性・弾塑性破壊，疲労破壊および高温破壊にまたがる材料強度学と命名された学問分野を独創的に体系化されました．これらの成果は，海外において，「横堀の理論」，「横堀の法則」として数多く引用，利用されています．
これらの業績により，1971年に日本学士院賞を受賞され，1981年に米国工学アカデミー外国人会員，1996年に日本学士院会員に選定され，1999年に勲二等瑞宝章， 2000年に文化功労者の顕彰をうけられています．これらの成果は，先生の御著書，「材料強度学・技報堂， 1955 年，材料強度学第 1版，第 2 版・岩波全書，1964，1974年」にまとめられ，すべて海外にて翻訳・出版されています．また日本機械学会，日本金属学会，日本材料学会の名誉員になられ，日本バイオマテリアル学会の名誉会長になられています．
先生は， 1965 年に国際材料破壊学会を創設され，創設会長の顕彰を受けられ，この国際学会に「 The Takeo
Yokobori Gold Medal」が創設されています．
以上のように，先生は材料強度に関わる顕著な業績をあげられ，この方面の国際的研究の発展とわが国の地位を高めることに貢献されました．ここに先生の御遺徳を偲び，心よりご冥福をお祈り申し上げます．



本 会 記 事

礎について，特にアンサンブルの取り方に起因する計算法

金属学会セミナー開催報告の差異を詳細に説明するとともに，世界最大級の 10億原子による大規模計算例として，凝固および結晶粒成長の解析

状態図と相変態の基盤と応用

結果を示した．また計算における原子間ポテンシャルの留意点についても言及した．古典 MD の計算領域がついにマ―計算工学の観点から―

イクロオーダーに迫る時代が到来し，各種の平均場理論や(セミナー・シンポジウム委員会企画)
開催日

2018年 1 月15日(月)場

エッサム神田ホール(東京)所

メゾスケール計算とのブリッジングなどについても紹介した．
小山敏幸(名大)は「スピノーダル分解―その基礎から発展へ―」と題し，あらためてスピノーダル分解の発展史をまとめ，核形成の理論の発展とスピノーダル分解理論の進

1990年代に状態図および相変態関連のセミナーが系統的展の繋がりについて言及した．また勾配エネルギーの理論に開催され，教科書と先端研究の間を結ぶ学術情報を提供

的解析に焦点をあて，離散型モデルに基づき濃度勾配エネ

することにより，これらセミナーは分野の発展ならびに人ルギーを定式化し，さらに連続体モデルの濃度勾配エネル

材育成に重要な役割を果たしてきた．近年，計測分析機器

ギーと比較することによって，両者の相違点を明確化しの高度化と材料計算技術の進展により，当該基礎分野におた．また離散型モデルにおける相分離シミュレーション例

ける従来の知見を，あらためてより深くかつ普遍的に理解を示し，規則相を含むスピノーダル分解を，離散型モデル

することが可能になりつつある．そこで，本セミナーは，で解析する利点について説明した．

状態図と相変態の基礎から現在の先端までを橋渡しする基塚田祐貴(名大)は，「マルテンサイト変態の微視的機構」

盤的内容を，計算工学の観点から集約し，最近の研究成果に関して，フェーズフィールド(PF)法に基づく最近の解析も織り込みながら系統的に解説する構成とした(1 月15日，について述べた．まず PF 微視的弾性論の基礎について解

エッサム神田ホール 1 号館，参加者数23名，講師 6 名)．内説するとともに，鉄鋼材料のラスマルテンサイト変態の微容は以下のようにまとめられる．

視的機構に関する PF モデルを紹介し，特にラスマルテン

智(九工大)は，「第一原理計算と合金状態図」に

サイトでは，そのバリアントだけでなく，マルテンサイト

ついて，まず Calphad 法における合金熱力学の基礎と，第内部の転位やオーステナイト内部の転位まで考慮した解析

一原理計算の基本的考え方を，ソフトウェアの紹介も含め

で，はじめて晶癖面が計算される点などを紹介し，微視的て概観し，両者の相補的関連性を解説した．また電子論でな機構に関する新しい知見について，最近のインフォマテの絶対 0 度における計算と状態図の熱力学パラメータとのィクスを活用した試みも含め言及した．

飯久保

関係，およびフォノンの分散関係の第一原理計算を介した

諏訪嘉宏(新日鐵住金)は，「再結晶・粒成長予測における有限温度の自由エネルギー評価について言及した．さらに

数値解析の活用」に関して，この分野における従来の平均

FeTiS 系に関する最近の計算結果に基づき，具体的な適場モデルを詳細にまとめるとともに，各種のパターン形成

用例を紹介した．

のシミュレーション手法の長所・短所を比較し，特に PF

菖蒲一久(産総研)は，「計算熱力学と熱力学データベース法の利点について言及した．さらに，具体的に PF 法を用開発」と題し，現状の各種状態図計算ソフトウェアの問題

いて再結晶・粒成長を計算する際の留意点についても系統点(特にラインコンパウンドにおける化学ポテンシャル不定的に解説し，介在物によるピニングの影響等も含め，各種問題や，強い短範囲規則を含む液相の熱力学モデル)を，具の適用例を紹介した．

体的計算例とともに浮き彫りにするとともに，自身が開発

状態図および相変態を冠した金属学会セミナーは約 20年しているわが国発の状態図計算ソフトウェア CatCalc の改ぶりの開催で，かつこの 20年の間に計算工学分野が大きく

善点について紹介した．また基盤材料の熱力学データベー

進展したこともあり，今回のテキストには，この間の進展

スの不備とその修正に伴う問題点についても言及し，広くが凝集されている．第一線の研究者・技術者だけでなく，普及した熱力学データベースの持つ新たな課題を指摘した．

是非とも学生・若手研究者・技術者にご一読いただきたく澁田靖(東大)は，「分子動力学法による核形成成長現

思う次第である．

象の理解」に関して，まず分子動力学法( MD )の計算の基◇

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan(文責小山)(企画世話人代表名古屋大 小山敏幸)

◇

◇




行
開催日
月
1

事

カ

名称・開催地・掲載号

レ

ン

主催

ダ

ー 太字本会主催(ホームページ掲載)
問合先

表面改質技術研究委員会 30 周年記念シンポジ
ウム～多次元アディティブ・マニュファクチャリ
ング～(東京)日本溶接協会・下 TEL 035823
6324
園
http://www.jwes.or.jp/

2

第 43 回組織検査用試料の作り方(組織の現出)講
習会「鉄鋼材料・非鉄金属材料・表面改質処理および異常組織材」(千葉工大)

材料技術教育研究 TEL 047
4317451(代)会

2～4

2017年度量子ビームサイエンスフェスタ(水戸)高エネルギー加速 sf
office＠ml.jparc.jp
器 研 究 機 構 ， J  TEL 0292195300
PARC セ ン タ ー他

金属学会セミナー「材料の力学特性向上を目指して―最近の実験・計算手法の進展に基づく本質的な理解―」(東工大)(号頁)

日本金属学会8

第33回塗料・塗装研究発表会(東大生産研)

8

高専女子フォーラム in 北海道・東北(東北大)

8～9

熱測定スプリングスクール2018(早稲田大)

日本金属学会 第分科討論会「スピントロニク
スとテラヘルツ光技術は融合するか」(東北大)(号頁)

H年度春季講演会(北九州)(号頁)

9

第 80 回130頁)

14

非鉄金属資源・製錬・リサイクル特別セミナー(ニューヨーク)

16

粉末ろう・ペーストろう，様々な形態のろう(東京)

日本塗装技術協会 TEL 036228
1711
tosoujimukyoku＠jcot.gr.jp
国立高等専門学校 TEL 022
3915539
機構他
gakusei＠sendainct.ac.jp
http://www.sendainct.ac.jp/
日本熱測定学会
TEL 0358217120
netsu＠mbd.nifty.com
分 科 会 ・ 第 3 分 tadao.tanabe.b1＠tohoku.ac.jp
科
http://www.material.tohoku.ac.jp/～denko/
20180309.html
九州支部
TEL 0938726800
murakami.4fz.kenichi＠jp.nssmc.com
レ ア メ タ ル 研 究 okabelab＠iis.u
tokyo.ac.jp
会・宮嵜(東大生 http://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
産研岡部研)
japanese/rc40_ j.html
レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
http://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/index.
html
日本溶接協会TEL 0358236324
http://www.jwes.or.jp/

16

第 33 回軽金属セミナー 「アルミニウム合金の組織中級編(時効析出)」(第 6 回)(千葉工大)

軽金属学会

17

応用物理学会 第 65 回春季学術講演会 企画シンポジウム「分野融合で始まる欠陥研究の新時代～学会を越えた視点から見えてくるもの～」(早稲田大)

応用物理学会～

日本金属学会春期講演大会 千葉工業大学新習志
野キャンパス(習志野)(本号頁)

日本金属学会

第回ランチョンセミナー(千葉工大)(本号 日本金属学会頁)

年春期講演大会併催企業説明会(千葉工大)
(本号
頁)




第回男女共同参画ランチョンミーティング「金 日本金属学会
属材料分野での多様なキャリアパス」（千葉工大）（本号頁）

23

第 121 回触媒討論会 特別シンポジウム(東大駒
場)

触媒学会

30

第 34 回軽金属セミナー「アルミニウム合金の組織 ―応用編(加工・熱処理による組織変化)」(第 4 回)(工学院大)

軽金属学会

日本金属学会東北支部 平成年度第回支部会
議(総会)(東北大)(本号頁)

東北支部

15～16

第34回希土類討論会(東京)

日本希土類学会

25

第 3 回マルチスケール材料力学シンポジウム(高知工科大)

日本材料学会

25～27

軽金属学会第134回春期大会(熊大)

軽金属学会

31～6.2月
6～8

平成30年度塑性加工春季講演会(東京)TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/
日本塑性加工学会 http://www.jstp.jp

第23回計算工学講演会(名古屋)

日本計算工学会

14～15

第 23 回動力・エネルギー技術シンポジウム(宇部)日本機械学会月

レアメタル研究会(東大生産研)(本号

日本金属学会TEL 0222233685
meeting＠jim.or.jp

FAX 0222236312

締切

2.23

事前
2.23

定員
100名

TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/
TEL 0527893366
anaka＠nagoyau.jp
https://meeting.jsap.or.jp/symposium

定員40名

TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp
TEL 0222233685
stevent＠jim.or.jp
TEL 0222233685 FAX 0222236312
jim.company2018＠jim.or.jp
TEL 0222233685 stevent＠jim.or.jp

参加
2.10

TEL 0332918224 catsj＠pb3.sonet.ne.jp
http://www.shokubai.org/meeting/index.
html
TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/

東北大学多元研TEL/FAX 0222175177
jgawara＠tagen.tohoku.ac.jp
TEL 0668797352
kidorui＠chem.eng.osakau.ac.jp
http://www.kidorui.org/

http://www.jsms.jp

TEL 0338688957 office＠jsces.org
http://www.jsces.org/koenkai/22/
TEL 0353603505
http://www.jsme.or.jp/

3.9

定員
40名

4.13

講演
2.9
参加予約
4.19

講演
2.23

本 会 記 事

開催日

名称・開催地・掲載号

28～29
月
1～6

主催

問合先

第12回核融合エネルギー連合講演会―(大津)プラズマ・核融合 TEL 052
7353185
学会，日本原子力 plasma＠jspf.or.jp
学会
http://www.jspf.or.jp/12rengo/

6th International Indentation Workshop (IIW6)(北大)IIW6 実行委員会

TEL 0298513354(6426)
iiw6_2018＠nims.go.jp

9 ～12

The 6th International Conferenceon the Charac- 紛体工学会
terization and Control of Interfaces for High Quality Advanced Materials (ICCCI2018)(倉敷)

12～13

第 52 回 X 線材料強度に関するシンポジウム(静岡)日本材料学会

15TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON
FUNCTIONALLY GRADED MATERIALS―Structural Sector Approaches for New Functionalities and Durability―(北九州)

傾斜機能材料研究 TEL 0527355293会
fgms_2018＠fjast.or.jp
http://www.fgms.net/isfgms2018

6th International Solvothermal & Hydrothermal
Association Conference(ISHA2018)(東北大)

東 北 大 学 多 元 物 TEL 022
2176322
質科学研究所isha2018＠grp.tohoku.ac.jp
http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/general/
event/ISHA2018/

日本金属学会秋期講演大会(東北大学川内北キャンパス)(仙台)

日本金属学会

第 9 回材料電磁プロセッシング国際シンポジウ
ム(EPM2018)(兵庫)
結晶塑性の原子過程に関する国際シンポジウム―
結晶強度の定量的理解に向けて―(東大)(本号130頁)

TEL 0336695932 ryo＠isij.or.jp
http://www.epm2018.org/index.html
日本学術振興会産 TEL 035452
6111
学協力第 133 委員 yasushi＠iis.utokyo.ac.jp
会
http://www.apcp.iis.utokyo.ac.jp

エコデザイン・プロダクツサービスシンポジウ
ム 2018(EcoDePS2018)(早稲田大)

エコデザイン学会 secretariat＠ecodenet.com
連合
http://ecodenet.com/EcoDePS2018/

月
5～8

8 ～12

月

～

月
14～18

25～27
月
5


年月
世界水素技術会議2019(東京)
2～ 7

締切

TEL 0453393959
http://ceramics.ynu.ac.jp/iccci2018/
iccci2018＠ml.ynu.ac.jp
TEL 0552436111
yatsushirovvm＠pref.yamanashi.lg.jp

講演
3.9

発表
2.28

TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp

日本鉄鋼協会水素エネルギー協 TEL 029
8618712会
org＠whtc2019.jp
http://whtc2019.jp～2018年度の会費お払込について～2018年度の会費お払込のお手続きはお済みでしょうか．会員の皆様には，既にご請求書類のご案内をお送り

いたしておりますが，お手続きが未だの方は，ご対応をお願いいたします．
尚，本会ホームページの会員専用ページからは支払いの確認や，クレジットカード決済などができます．また，ご連絡先住所の変更もこのページからできますのでご利用下さい．
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まてりあ編集委員会より
今月は新カテゴリー記事「先達からのお便り」を掲載しました(本号120頁)．第 1 回目のご執筆者は花田修治先生(東北大名誉教授)です．今後も企画を続けて行きますのでどうぞお楽しみ下さい．

ま て り あ 第巻 第号（） 発行日
発行所

2018年 3 月 1 日

公益社団法人日本金属学会〒9808544 仙台市青葉区一番町一丁目1432
TEL 0222233685 FAX 0222236312

ま て り あ 第57巻 第 3 号(2018)Materia Japan

発
印
発

定価(本体,円＋税)送料円
年間機関購読料金,円(税・送料込)
行 人 山村英明
刷 所 小宮山印刷工業株式会社
売 所 丸善雄松堂株式会社〒1050022 東京都港区海岸 1918平成30年 3 月 1 日発行「まてりあ」