【日經(jīng)BP社報(bào)道】

 
具有“反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)”的錳氮化物Mn3XN 

 
典型的零膨脹組成的線熱膨脹 

 
基于復(fù)合材料的零膨脹材料（左）和基于單一物質(zhì)的零膨脹材料（右）的模式圖

　　日本理化學(xué)研究所（理研）與日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）聯(lián)合開發(fā)出了在包括室溫的70度溫度范圍內(nèi)熱膨脹為零、由單一物質(zhì)構(gòu)成的陶瓷。由于只由錳氮化物（Mn3XN）構(gòu)成，因此不容易產(chǎn)生變形和缺陷，特點(diǎn)是比較穩(wěn)定。并且制造工藝簡(jiǎn)單，制造成本低。利用了氮化物較硬的特點(diǎn)，還可應(yīng)用于超微細(xì)加工領(lǐng)域需要較大外力的精密工藝領(lǐng)域。

　　Mn3XN具有“反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)”（圖1），在室溫下具有很強(qiáng)的熱負(fù)膨脹性。具有負(fù)膨脹性的Mn3XN通過改變構(gòu)成元素以及比例，可以作為單一構(gòu)成物質(zhì)控制熱膨脹特性。比如通過將位于Mn3XN的X位置的部分Cu和Zn置換成Ge和Sn，可以將磁性轉(zhuǎn)移溫度下產(chǎn)生的非連續(xù)體積縮小變成在100度的溫度變化范圍內(nèi)的緩慢負(fù)膨脹。

　　此次通過制造時(shí)的加熱處理溫度和熱處理時(shí)的氮?dú)鉂舛鹊葪l件的最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了單一組成、室溫溫度條件下的零膨脹（圖2）。另外，通過優(yōu)化組成，可以不使用Ge等昂貴元素，而只使用Mn、Cu、Zn及Sn等低價(jià)元素來制造。預(yù)計(jì)此次開發(fā)的材料可以廣泛用作半導(dǎo)體制造、超精密和微細(xì)加工及高精度測(cè)量?jī)x等多種產(chǎn)業(yè)機(jī)械的構(gòu)造材料與部件。

　　目前的零膨脹材料是由具有正膨脹性的物質(zhì)和具有負(fù)膨脹性的物質(zhì)組合而成的復(fù)合材料。由于要使熱膨脹特性明顯不同的物質(zhì)形成穩(wěn)定界面，因此制造工藝復(fù)雜，且制造成本非常高（圖3）。另外，原來實(shí)現(xiàn)了高精度、零膨脹的材料，多為采用ZrW2O8及Si氧化物等玻璃類復(fù)合材料，在需要高強(qiáng)度的用途方面，因強(qiáng)度不足而無法使用。

　　該材料是理研中央研究所竹中康司準(zhǔn)研究員（名古屋大學(xué)準(zhǔn)教授）與高木英典主任研究員的研究成果。作為JST戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)·各納米技術(shù)領(lǐng)域的虛擬實(shí)驗(yàn)室的小組型研究（CREST）“實(shí)現(xiàn)高度信息處理與通信的納米構(gòu)造體材料的控制與利用”研究項(xiàng)目中的“相關(guān)電子關(guān)聯(lián)性控制”課題開發(fā)而成。

　　理研與JST將在2008年3月26～28日于東京都世田谷區(qū)武藏工業(yè)大學(xué)舉行的日本金屬學(xué)會(huì)2008年春季（第142回）大會(huì)上公布此次的研究成果。（記者：小笠原 陽(yáng)介）