【日经BP社报道】

 
具有“反钙钛矿结构”的锰氮化物Mn3XN 

 
典型的零膨胀组成的线热膨胀 

 
基于复合材料的零膨胀材料（左）和基于单一物质的零膨胀材料（右）的模式图

　　日本理化学研究所（理研）与日本科学技术振兴机构（JST）联合开发出了在包括室温的70度温度范围内热膨胀为零、由单一物质构成的陶瓷。由于只由锰氮化物（Mn3XN）构成，因此不容易产生变形和缺陷，特点是比较稳定。并且制造工艺简单，制造成本低。利用了氮化物较硬的特点，还可应用于超微细加工领域需要较大外力的精密工艺领域。

　　Mn3XN具有“反钙钛矿结构”（图1），在室温下具有很强的热负膨胀性。具有负膨胀性的Mn3XN通过改变构成元素以及比例，可以作为单一构成物质控制热膨胀特性。比如通过将位于Mn3XN的X位置的部分Cu和Zn置换成Ge和Sn，可以将磁性转移温度下产生的非连续体积缩小变成在100度的温度变化范围内的缓慢负膨胀。

　　此次通过制造时的加热处理温度和热处理时的氮气浓度等条件的最优化，实现了单一组成、室温温度条件下的零膨胀（图2）。另外，通过优化组成，可以不使用Ge等昂贵元素，而只使用Mn、Cu、Zn及Sn等低价元素来制造。预计此次开发的材料可以广泛用作半导体制造、超精密和微细加工及高精度测量仪等多种产业机械的构造材料与部件。

　　目前的零膨胀材料是由具有正膨胀性的物质和具有负膨胀性的物质组合而成的复合材料。由于要使热膨胀特性明显不同的物质形成稳定界面，因此制造工艺复杂，且制造成本非常高（图3）。另外，原来实现了高精度、零膨胀的材料，多为采用ZrW2O8及Si氧化物等玻璃类复合材料，在需要高强度的用途方面，因强度不足而无法使用。

　　该材料是理研中央研究所竹中康司准研究员（名古屋大学准教授）与高木英典主任研究员的研究成果。作为JST战略性创造研究推進事业·各纳米技术领域的虚拟实验室的小组型研究（CREST）“实现高度信息处理与通信的纳米构造体材料的控制与利用”研究项目中的“相关电子关联性控制”课题开发而成。

　　理研与JST将在2008年3月26～28日于东京都世田谷区武藏工业大学举行的日本金属学会2008年春季（第142回）大会上公布此次的研究成果。（记者：小笠原 阳介）