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論文

Characterization of carbonizing processes of titanium thin films by carbon-implantation

粕壁 善隆*; 山村 力*; Wang, J. J.*; 西田 晋作*; 山本 春也; 吉川 正人

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 146, 2007/02

チタン(Ti)の炭化物は、組成により結晶構造が変化し、共有結合性,金属結合性,イオン結合性を合わせ持つ興味ある物性を示す。本研究では、炭素イオン注入法によるTi炭化物薄膜の成長素過程を透過電子顕微鏡法(TEM)でその場観察し分子軌道計算の結果と合わせて、Ti炭化物薄膜の形成機構及び制御性に関する知見を得て、新しい高機能材料作製への指針を得ることを目的とした。蒸着Ti薄膜への炭素イオン注入の結果、NaCl型TiCz(格子定数:a=0.432nm)が優先的に成長していることがわかった。さらに、hcp-Ti格子の2つの(00$$cdot$$1)面間の局所的な原子配列を引き継ぎながら、隣接する(00$$cdot$$1)面間のTi原子の8面体位置に炭素が侵入することで誘起される原子移動を伴って(001)配向TiCzが形成されることが明らかとなった。

論文

イオン注入法によるチタン薄膜の窒化機構

粕壁 善隆*; Wang, J. J.*; 山村 力*; 藤野 豐*; 山本 春也; 吉川 正人

まてりあ, 45(1), p.23 - 31, 2006/01

チタンと窒素の組成比によって金属性から絶縁性まで変わる不定比化合物チタンは、次世代のデバイス材料として応用が期待されている。本研究では、窒素イオン注入法による窒化Ti薄膜の形成過程を透過電子顕微鏡法(TEM)及び電子エネルギー損失分光(EELS)でその場観察し、分子軌道計算による電子状態の計算結果と併せて評価することにより、窒化Ti薄膜の形成機構及び配向の制御性に関する知見を得てきた。本報告では、窒素イオン注入によるTi薄膜の窒素化過程とそのメカニズム、すなわち、「エピタキシャル」変態機構について紹介する。

論文

Nitriding transformation of titanium thin films by nitrogen implantation

粕壁 善隆*; Wang, J. J.*; 山村 力*; 山本 春也; 藤野 豐*

Thin Solid Films, 464-465, p.180 - 184, 2004/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.27(Materials Science, Multidisciplinary)

チタンと窒素の組成比によって金属性から絶縁性まで変わる不定比化合物チタンは、次世代のデバイス材料として応用が期待されている。本研究では、TIARA施設のイオン導入型電子顕微鏡を用いて、窒素をイオン注入しながら組成とともに変わるチタンと窒素の結合状態のその場観察を行い、窒化チタン膜の成長機構を追求した。超高真空装置中で膜厚100nmのTi薄膜(hcp-Ti)を作製し、その薄膜を350$$^{circ}$$Cに加熱しながら62keVの窒素イオンの注入を行った。透過電子顕微鏡法で窒化チタンの成長過程を評価するとともに電子エネルギー損失分光法により電子状態を評価した。窒化による電子状態の変化をプラズモンによる損失エネルギーの評価と分子軌道計算を用いて検討した結果、窒素の注入量の増加とともにTi-Ti結合が急激に弱まり、新たにできた強いTi-N結合がhcp-fccの変態を誘起し、TiN$$_{y}$$が形成されることがわかった。

論文

In-situ transmission electron microscope observation of nitriding processes of titanium thin films by nitrogen-implantation

Wang, J. J.*; 粕壁 善隆*; 山村 力*; 山本 春也; 藤野 豐*

Thin Solid Films, 464-465, p.175 - 179, 2004/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.49(Materials Science, Multidisciplinary)

チタンと窒素の組成比によって金属性から絶縁性まで変わる不定比化合物チタンは、次世代のデバイス材料として応用が期待されている。本研究では、窒素をイオン注入する前のTi薄膜の昇温過程における構造変化及びイオン注入による窒化過程についてTIARA施設のイオン導入型電子顕微鏡を用いて観察を行った。超高真空装置中で膜厚100nmのTi薄膜を作製し、その薄膜を350$$^{circ}$$Cまで加熱しながら、透過電子顕微鏡法で結晶構造を評価するとともに電子エネルギー損失分光法により電子状態の評価を行った。蒸着チタン薄膜には、hcp-Tiのほかにチタン水素化物(TiH$$_{x}$$)も含まれていることがわかり、このTiH$$_{x}$$は350$$^{circ}$$Cまで加熱すると、fcc-Ti副格子の四面体位置の水素原子が脱離し、水素が脱離したfcc-Ti副格子がhcp-Tiに変態することを明らかにした。さらに、62keV窒素イオンの注入を行い、透過電子顕微鏡法により構造変化の観察を行った結果、窒素の注入量の増加とともに(001)及び(110)面に結晶配向した窒化チタンが成長することがわかった。

論文

Solid spallation target materials development

川合 將義*; 古坂 道弘; Li, J.-F.*; 川崎 亮*; 山村 力*; Mehmood, M.*; 栗下 裕明*; 菊地 賢司; 竹中 信幸*; 鬼柳 善明*; et al.

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 3, p.1087 - 1096, 2003/07

中性子源として最高性能を誇るタングステン固体ターゲットを実用化するため、薄板状のタンタル被覆タングステンターゲットを製作した。ポイントは熱応力を下げるため、数mmの薄板にし、かつ温度監視のために熱電対孔を設けつつ、HIPによる拡散接合で製作したことである。HIP条件は既に明らかにした条件で行い、超音波顕微鏡観察の結果、接合は完璧であった。もう一つの方法として、複雑形状に対応でき、かつタンタル厚さを薄くできる電気メッキ法も確立した。

論文

R&D of a MW-class solid-target for spallation neutron source

川合 將義*; 古坂 道弘*; 菊地 賢司; 栗下 裕明*; 渡辺 龍三*; Li, J.*; 杉本 克久*; 山村 力*; 平岡 裕*; 阿部 勝憲*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 318, p.35 - 55, 2003/05

将来の核破砕施設で使用可能な、MW級の中性子源固体タングステンターゲットの開発を行った。Wを腐食から守るため、3つのコーテング技術を研究した。HIP,ろう付け,メッキである。HIP法は前報で最適化した条件が接合力の観点からも言えるかどうかを微小押し込み試験法で調べた。その結果、接合部からの亀裂発生荷重が最も高いことが証明され、確かに最適化条件であることを再確認した。たの2つの方法は、基礎的な技術としてターゲット製作に応用可能であることを示した。コーテングが無い場合のWのエロジョンを流水下で調べた。高速度ではエロージョンが発生しやすい。固体ターゲットの設計では、スラブ型と棒型を設計した。1MWターゲットの中性子特性に関する限り、固体ターゲットのほうが、水銀より優る。

論文

Electro-deposition of tantalum on tungsten and nickel in LiF-NaF-CaF$$_{2}$$ melt containing K$$_{2}$$TaF$$_{7}$$; Electrochemical study

Mehmood, M.*; 河口 展明*; 前川 英己*; 佐藤 譲*; 山村 力*; 川合 將義*; 菊地 賢司

Materials Transactions, 44(2), p.259 - 267, 2003/02

 被引用回数:6 パーセンタイル:44.83(Materials Science, Multidisciplinary)

タングステン固体ターゲットの弱点である腐食を克服するため、タンタルをコーテングする技術を開発した。電解液としてLiF-NaF-CaF$$_{2}$$溶解K$$_{2}$$TaF$$_{7}$$を用いて電気化学的に皮膜形成過程を調べた結果、金属タンタルがタングステン表面に生成されることがわかった。タンタルをタングステン上に直接コーテングするのではなく、ニッケル基盤上にする場合には、短時間で金属間化合物として成長することがわかった。

論文

Viscosity of molten rare earth trichlorides

林 博和; 岡本 芳浩; 小川 徹; 佐藤 譲*; 山村 力*

Molten Salt Forum, 5-6, p.257 - 260, 1998/00

希土類塩化物融体の粘性率測定を行い、イオン半径と粘性率の関係について考察するとともに他の結果と比較した。希土類塩化物試料は無水塩化物試薬(純度99.9%)を減圧下で蒸留精製してから石英ガラス製フィルターで濾過して用いた。粘性率測定には懸垂液面型の透明石英ガラス製細管式粘性率測定装置を用いた。この装置は密封型であり、透明電気炉内に設置し液面を直接観察することによって流出時間を測定して動粘性率を求めた。既存の密度データを用いて粘性率を計算した。装置定数は25から60$$^{circ}$$Cの蒸留水を用いて決定した。

口頭

溶融塩電解共析法を用いた乾式再処理技術開発,12; 全体概要及び電解試験

明珍 宗孝; 小藤 博英; 山名 元*; 白井 理*; 山村 力*; 梅咲 則正*; 松浦 治明*; 梶並 昭彦*; 岩舘 泰彦*; 大鳥 範和*; et al.

no journal, , 

酸化物電解乾式再処理法において、ウラン及びプルトニウムを混合酸化物として陰極上に析出させるMOX共析技術は、核拡散抵抗性及び燃料製造への顆粒供給の観点から優れた技術として注目されている。本報では、MOX共析技術の課題とされる電解効率の低下や電解制御の困難性を解決するために実施している一連の研究開発に関して、その全体概要と電解試験等の実施状況を報告する。

口頭

イオン注入法による不定比化合物チタン炭化物薄膜の成長機構

粕壁 善隆*; 山村 力*; Wang, J. J.*; 西田 晋作*; 山本 春也; 吉川 正人

no journal, , 

チタン(Ti)の炭化物,窒化物は、組成によりhcp構造からNaCl型構造に変化し、共有結合性,金属結合性,イオン結合性を合わせ持つ興味ある物性を示す。そこで本研究では、炭素イオン注入法によるTi炭化物薄膜の成長素過程を透過電子顕微鏡法(TEM)でその場観察し分子軌道計算の結果とあわせて、Ti炭化物薄膜の形成機構及び制御性に関する知見を得て、新しい高機能材料作製への指針を得ることを目的とした。蒸着Ti薄膜への炭素イオン注入の結果、NaCl型TiC$$_{z}$$(格子定数: a=0.432nm)が優先的に成長していることがわかった。さらに、hcp-Ti格子の2つの(00$$cdot$$1)面間の局所的な原子配列を引き継ぎながら、隣接する(00$$cdot$$1)面間のTi原子の8面体位置に炭素が侵入することで誘起される原子移動を伴って(001)配向TiCzが形成されることが明らかとなった。

口頭

Wetting properties of Pb-Bi with aluminum, SS316L and cast iron

菊地 賢司; 手塚 正雄; 山村 力*

no journal, , 

鉛ビスマスとアルミニウム,ステンレス鋼,鋳鉄との濡れ性実験結果を述べる。条件は、真空雰囲気で500度までである。ヤングの式から定まる固体液体の接触角を測定した。濡れ性の順番はアルミニウム,ステンレス鋼,鋳鉄の順で悪かった。アルミニウムでは温度依存が認められ、高温ほど悪かった。濡れが悪いと腐食は起き難くなり、かつ伝熱特性は悪くなる。したがい、材料選択のパラメータになりうるものである。

口頭

水銀標的における耐ピッティング損傷向け2重被覆ステンレス板の開発

川合 將義*; 二川 正敏; 直江 崇; 山村 力*; 五十嵐 廉*

no journal, , 

大強度陽子加速器施設J-PARCの核破砕中性子源の水銀標的は、パルス幅1マイクロ秒,25Hzの陽子ビームを受けてパルス中性子を発生する。入射陽子ビームパワーが極めて大きく、水銀中にバブルの発生消滅に伴う圧力波によって水銀容器や入射窓がピッティング損傷を受ける。材料表面を硬化処理により若干の寿命延伸効果を得られるが、母材表面の疲労が大きく、目標は達成されない。その疲労を抑止するため圧力波減衰用の材料を挟みこんだ2重膜被覆ステンレス板の効果について有限要素法で解析し、また実験研究を実施した。

口頭

高エネルギー量子場の材料損傷機構研究と高性能材料の開発,9; 多層被覆法によるピッティング損傷抑制効果

直江 崇; 二川 正敏; 川合 將義*; 山村 力*; 五十嵐 廉*

no journal, , 

J-PARCのパルス核破砕中性子源では、水銀標的内の圧力波に励起されるキャビテーションによって生じる標的容器のピッティング損傷の抑制が高出力化への最重要課題となっている。そこで、容器壁面に負荷される局所衝撃力の緩和、及び繰返し衝撃によって生じる微小き裂の進展に伴う疲労強度低下を抑制するという観点から、多重層被覆材に着目し、数値解析により損傷抑制に効果的な被覆層厚さについて最適化設計を行った。さらに、拡散接合法で製作した試験体に対して水銀中でピッティング損傷試験を行い、多重層被覆の効果について検討した。

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