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熱膨張制御材料の開発と応用    
[コードNo.2018T066]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■体裁/ B5判 約200ページ
■発行/ 2018年1月予定 (株)シーエムシー出版
■定価/ 77,760円(税・送料込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1316-0

 
★ デバイス開発に重要な低・負熱膨張材料に焦点を当てた技術書!!
★ 無機・有機・金属材料の熱膨張現象から負熱膨張の機能を詳述!!
★ 熱膨張制御材料の開発と実際の制御事例を徹底解説!!


刊行にあたって

 温度の上昇とともに体積が大きくなる「熱膨張」は、固体材料にとっての避けがたい現象である。我々は、機器やシステムを構築する際、材料は熱膨張するものだとして設計している。しかしながら、高度に産業技術が発達した現代においては、一般的な感覚からすればわずかな、線歪にして10^-6程度の形状変化である熱膨張ですら、決して放置できない、深刻な問題を生み出す。そのため、これまでに様々な熱膨張制御法が考案されてきた。しかしながら、熱膨張が固体材料の普遍的な性質であるがゆえに、その制御は常にやっかいな問題であり続けている。技術の進歩によりその要求はますます高くなってきており、常に新しい制御法の考案が求められていると言っても過言ではない。

 本書は、その難題である熱膨張制御に対して、材料機能の観点から答えようするものである。とりわけ、熱膨張制御の核になる「温めると縮む」負熱膨張材料に関しては、この10年に著しく研究が進展し、熱膨張制御技術に対してパラダイムシフトをもたらしつつある。本書はその成果を受けて編集された。第1編「総説」では、熱膨張制御の問題を考える上で基礎となる、無機および有機材料の熱膨張機構や、金属や樹脂を基材とした複合材料の基礎を解説した。続く第2編「負熱膨張材料とその機構」では、熱膨張抑制剤としての役割を果たす負熱膨張材料について、最新の成果も取り込んで、負熱膨張の機構ごとに解説した。第3編「熱膨張制御材料」では、主として市販されている材料について、開発の経緯や機能を解説した。そして第4編「熱膨張制御の実例」では熱膨張制御方法の具体例を解説した。

 材料ならびに材料機能に特化しているがゆえに、本書は熱膨張の評価方法等については触れていない。また、熱膨張制御法については、実に多岐にわたっており、それらを全て網羅することを本書は目的としていない。そのため、第4編については、一部の代表的な事例に限定したものとなっている。その分、材料、とりわけ負熱膨張材料については、背景となる物理機構から詳しく解説している。技術が短期間に長足の進歩を遂げる現代にあって、書籍もともすれば短期間のうちに「時代遅れ」ともなりかねないが、上記のような構成をとることで、本書は「息の長い」ものになることを目指した。熱膨張制御に関連して課題が出てきたときに紐解くと、その中に解決の糸口がある、そんな書籍になればと願う。本書が読者の皆様の課題解決に少しでもお役に立てれば幸いである。

 本書は言うまでもなく、各章の優れた解説があってはじめて成り立つものである。ご多忙の折、貴重な時間を割いてご執筆いただいた全ての著者の皆様に厚く御礼申し上げる。

名古屋大学 竹中康司
「はじめに」より一部抜粋

著者一覧

竹中康司名古屋大学
東正樹東京工業大学
扇澤敏明東京工業大学
石川隆司名古屋大学
小橋眞名古屋大学
山村泰久筑波大学
表篤志パナソニック(株)
藤田麻哉(国研)産業技術総合研究所
岡研吾中央大学
竹澤晃弘広島大学
荒井豊新日鉄住金マテリアルズ(株)
大野康晴東亜合成(株)
藤田俊輔日本電気硝子(株)
南川弘行(株)オハラ
河原正美(株)高純度化学研究所
木野久志東北大学
田中徹東北大学
佐々木拓積水化学工業(株)
八島正知東京工業大学
鈴木義和筑波大学

目 次

【第1編 総説】
第1章無機材料の熱膨張と負熱膨張材料
1低熱膨張セラミックス
1.1コージェライト
1.2結晶化ガラス
2負熱膨張セラミックス
2.1タングステン酸ジルコニウムと関連化合物
2.2マンガン窒化物逆ペロブスカイト
第2章有機材料の熱膨張機構とその制御
1はじめに
2熱膨張機構
2.1固体(結晶、ガラス)
2.2液体(+気体)
2.3有機高分子
3高分子における熱膨張係数の制御(低減)
3.1自由体積の膨張の抑制
3.2ゴムのエントロピー弾性による収縮力
3.3高分子の配向
4おわりに
第3章炭素繊維FRP
第4章金属/セラミックス複合材料
1はじめに
2金属/セラミックス複合材料の用途展開
2.1金属を母相とする場合
2.2セラミックスを母相とする場合
3複合材料の特性値予測
3.1複合則
3.2弾性率の予測
3.3熱膨張率の予測
3.4熱伝導率の予測
4複合材料の製造方法
4.1溶湯撹拌法
4.2粉末冶金法
4.3燃焼合成法
4.4溶湯含浸法
5おわりに
【第2編 負熱膨張材料とその機構】
第5章ZrW2O8
1はじめに
2ZrW2O8の合成法と熱力学的安定性
3ZrW2O8の結晶構造
4ZrW2O8の格子定数と熱膨張率
5ZrW2O8の負の熱膨張機構
6ZrW2O8系化合物の構造相転移
7まとめ
第6章MgHfW3O12
1はじめに
2MgHfW3O12の熱膨張と結晶構造
3単相熱膨張制御材料(Al2x(MgHf)(1-x))W3O12
4擬二元系熱膨張制御材料MgWO4-HfW2O8
5MgHfW3O12系負の熱膨張材料の研究動向
6おわりに
第7章磁気体積効果
1はじめに
2磁気体積効果の機構
3スピン揺らぎvs.多重磁気状態:遍歴電子メタ磁性体の場合
4スピン揺らぎvs.多重磁気状態:フラストレート系反強磁性転移の場合
5インバー、メタ磁性、マルテンサイト
第8章電荷移動型負熱膨張
1異常高原子価と電荷移動
2ペロブスカイト酸化物におけるサイト間電荷移動と負熱膨張
3四重ペロブスカイトAA’3B4O12における電荷移動型負熱膨張
3.1四重ペロブスカイトAA’3B4O12の結晶構造
3.2LaCu3Fe4O12における負熱膨張
3.3SrCu3Fe4O12における負熱膨張
3.4四重ペロブスカイトにおける負熱膨張の組成依存性
4Pb,Biを含むペロブスカイト酸化物における負熱膨張
4.1バレンススキッパー
4.2BiNiO3におけるサイト間電荷移動
4.3鉛を含むペロブスカイトにおける電荷不均化と負熱膨張
5最後に
第9章異方的な負熱膨張
1はじめに
2異方的負熱膨張の微視的機構
3材料組織の効果
4ルテニウム酸化物を用いた複合材料
5おわりに
第10章人工構造体
1はじめに
2代表的なメカニズム
3均質化法
4トポロジー最適化
5最適設計の実施例
6試作実験
7まとめ
【第3編 熱膨張制御材料】
第11章ゼロ熱膨張炭素繊維複合材料
1はじめに
2炭素繊維の種類
3ピッチ系炭素繊維の構造と特性
4熱膨張係数
5低熱膨張材の設計と応用
6おわりに
第12章負熱膨張性フィラー『ウルテア®』
1はじめに
2ウルテアとは
3ウルテアの特長
3.1負熱膨張性の温度範囲
3.2安定性(溶融ガラスへの添加事例)
3.3安全性
4無鉛ガラスへの応用例
5樹脂への応用可能性
6おわりに
第13章CERSAT マイナス膨張セラミック基板
1はじめに
2CERSATの製造プロセス
3CERSATの熱膨張特性
3.1試料作製と評価
3.2CERSATの析出結晶と熱膨張特性
3.3マイナス膨張の発現機構
3.4熱膨張のヒステリシス
3.5結晶構造とヒステリシス
3.6信頼性試験における熱膨張の安定性
4CERSATに実装したFBGの温度特性
4.1FBGの温度特性
4.2反射中心波長のヒステリシス
5おわりに
第14章極低膨張ガラスセラミックスクリアセラムTM-Z
1はじめに
2クリアセラムTM-Zの特性
2.1ゼロ膨張概論
2.2製造方法と均質特性
2.3熱膨張特性
2.4加工特性
2.5形状安定性
3クリアセラムTM-Zの応用例
4まとめ
第15章Smartec®-熱膨張抑制剤
1Smartec®-製品紹介
2マンガン窒化物の構造と物性
3Smartec®製品化の経緯
4亜鉛系熱膨張抑制剤の大量合成技術の確立
5Smartec®の組成と熱膨張特性に与える影響
6Smartec®-樹脂複合材料
7Smartec®-樹脂複合材料の応用例
8Smartec®と金属との複合材料の応用例
9Smartec®の基本物性
10Smartec®の熱安定性
11Smartec® 今後の挑戦
【第4編 熱膨張制御の実例】
第16章三次元集積化デバイス
1緒言
2三次元集積化技術
2.1SiP
2.2三次元集積化技術
3三次元集積化技術の課題―局所曲げ応力―
3.1アンダーフィルの硬化により発生する局所曲げ応力
3.2回路の動作発熱により発生する局所曲げ応力
4負の熱膨張係数を有するアンダーフィル用フィラーによる局所曲げ応力の低減
4.1シミュレーションによる評価
4.2三次元集積化時の曲げ特性評価
5まとめ
第17章電子デバイス向け樹脂複合材料の熱膨張制御
1樹脂材料における熱膨張制御の必要性
2実際の熱膨張制御のアプローチ
2.1シリカフィラー
2.2ナノファイバー/ナノチューブフィラー
2.3負線膨張フィラー
3熱膨張制御フィラー複合化時における課題
3.1フィラーの電気的特性・誘電的特性
3.2フィラー/樹脂材料の比重差
3.3フィラーの形態
3.4フィラーの表面状態
第18章固体酸化物形燃料電池の空気極材料の熱膨張と結晶構造―K2NiF4型酸化物の異方性熱膨張と等方性熱膨張の構造的要因―
1はじめに
2研究手法
3結果と考察1:K2NiF4型酸化物の格子定数の熱膨張と原子間距離の熱膨張の関係
4結果と考察2:K2NiF4型酸化物A2BO4における熱膨張の異方性と等方性はいかにして決まるか? B-O結合による理解
5結論と展望
第19章第3世代低熱膨張フィルター
1はじめに
2擬ブルッカイト型構造とチタン酸アルミニウム
3チタン酸アルミニウム製DPF
4多孔質チタン酸アルミニウムの微構造制御
5多孔質二チタン酸マグネシウムの微構造制御
6まとめ



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