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公開番号2025126189
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-28
出願番号2025101954,2022565373
出願日2025-06-18,2021-11-24
発明の名称負熱膨張材料および部品
出願人国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人
主分類C01B 25/45 20060101AFI20250821BHJP(無機化学)
要約【課題】負熱膨張を示す新たな材料を提供する。
【解決手段】負熱膨張材料は、一般式(1)Cu_2-xR_xV_2-yP_yO₇(RはMg、Al、Si、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Snから選ばれる少なくとも1種の元素を含み、0<x<2、0<y<2を満たす。)で表される酸化物を含み、100～500Kの温度範囲において負熱膨張を示し、400Kにおける線膨張係数が-10ppm/K以下である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
一般式（１）Ｃｕ
２－ｘ
Ｒ
ｘ
Ｖ
２－ｙ
Ｐ
ｙ
Ｏ
７
（ＲはＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜２を満たす。）で表される酸化物を含み、１００～５００Ｋの温度範囲において負熱膨張を示し、４００Ｋにおける線膨張係数が－１０ｐｐｍ／Ｋ以下である
負熱膨張材料。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
前記一般式（１）におけるｘは、０．１～１．６であることを特徴とする請求項１に記載の負熱膨張材料。
【請求項３】
前記一般式（１）におけるｙは、０．１～１．８であることを特徴とする請求項１または２に記載の負熱膨張材料。
【請求項４】
前記酸化物は、単斜晶のβ相を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の負熱膨張材料。
【請求項５】
結晶系が単斜晶の酸化物および結晶系が直方晶の酸化物の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の負熱膨張材料。
【請求項６】
前記酸化物は、空間群がＣ２／ｃ、Ｃ２／ｍ、Ｆｄｄ２から選ばれるいずれかの結晶構造を有することを特徴とする請求項５に記載の負熱膨張材料。
【請求項７】
１００～５００Ｋの温度範囲において線膨張係数が－１０ｐｐｍ／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の負熱膨張材料。
【請求項８】
一般式（１）におけるｙを変えることによって色が変化する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の負熱膨張材料。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の負熱膨張材料、又は
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の負熱膨張材料と正の線膨張係数を有する正熱膨張材とを含む複合材料
を含む部品。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０２０年１１月３０日に出願された日本国特許出願２０２０－１９８７５８号及び２０２１年７月８日に出願された日本国特許出願２０２１－１１３７２９号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,700 文字）【０００２】
本開示は、負熱膨張材料および部品に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、物質は温度上昇に伴って熱膨張することが知られている。しかしながら、近年における産業技術の高度な発達は、固体材料の宿命とも言える熱膨張すら制御することを求める。長さにして１０ｐｐｍ（１０
－５
）程度の、一般的な感覚からすればわずかな変化率でも、ナノメートルレベルの高精度が求められる半導体デバイス製造や、部品のわずかな歪が機能に大きな影響を与える精密機器などの分野では大きな問題である。また、複数の素材を組み合わせたデバイスでは、構成素材それぞれの熱膨張の違いから、界面剥離や断線といった他の問題も生じることがある。
【０００４】
一方、温度上昇に伴って格子体積が減少する（負の熱膨張率を持った）負熱膨張材料も知られている。例えば、広い温度範囲で大きな負熱膨張を示すものとして、結晶構造が単斜晶のβ－Ｃｕ
１．８
Ｚｎ
０．２
Ｖ
２
Ｏ
７
が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１９－２１０１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の負熱膨張材料は、その特性だけでなく、含まれる材料のコストや材料の入手容易性の観点でも更なる改善の余地がある。
【０００７】
本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの一つは、負熱膨張を示す新たな材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本開示のある態様の負熱膨張材料は、一般式（１）Ｃｕ
２－ｘ
Ｒ
ｘ
Ｖ
２－ｙ
Ｐ
ｙ
Ｏ
７
（ＲはＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜２を満たす。）で表される酸化物を含み、１００～５００Ｋの温度範囲において負熱膨張を示し、４００Ｋにおける線膨張係数が－１０ｐｐｍ／Ｋ以下である。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、負熱膨張を示す新たな材料を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
β－Ｃｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
およびβ－Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
と、Ｃｕ
１．８
Ｚｎ
０．２
Ｖ
２－ｙ
Ｐ
ｙ
Ｏ
７
（ｙ＝０．１、０．２、０．４、０．６、１．０、２．０）のＸ線回折パターンを示す図である。
β－Ｃｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
およびβ－Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
と、Ｃｕ
１．８
Ｚｎ
０．２
Ｖ
２－ｙ
Ｐ
ｙ
Ｏ
７
（ｙ＝１．５、１．８）のＸ線回折パターンを示す図である。
Ｃｕ
１．８
Ｚｎ
０．２
Ｖ
２－ｙ
Ｐ
ｙ
Ｏ
７
の熱膨張特性を示す図である。
Ｃｕ
１．５
Ｚｎ
０．５
Ｖ
１．４
Ｐ
０．６
Ｏ
７
の熱膨張特性を示す図である。
Ｃｕ
２
Ｖ
２－ｙ
Ｐ
ｙ
Ｏ
７
（ｘ＝０．２、０．６）の熱膨張特性を示す図である。
スプレードライ法で作製したＣｕ
１．８
Ｚｎ
０．２
Ｖ
１．８
Ｐ
０．２
Ｏ
７
（ラインＬ９）のＸ線回折パターンを示す図である。
実施の形態に係る複合材料の熱膨張特性を示す図である。
実施の形態に係る複合材料の熱膨張特性を示す図である。
Ｚｎ
２－ｘ
Ｍｇ
ｘ
Ｐ
２
Ｏ
７
のＸ線回折パターンを示す図である。
Ｚｎ
２
Ｐ
２－ｙ
Ａ
ｙ
Ｏ
７
（ＡはＳｎ、Ｇｅ、ＳｉおよびＶのいずれか）のＸ線回折パターンを示す図である。
Ｚｎ
２－ｘ
Ｍｇ
ｘ
Ｐ
２
Ｏ
７
（ｘ＝０、０．２、０．４、０．６、０．８、２）の熱膨張特性を示す図である。
Ｚｎ
１．６４
Ｍｇ
０．３
Ａｌ
０．０６
Ｐ
２
Ｏ
７
の熱膨張特性を示す図である。
Ｚｎ
２
Ｐ
２－ｙ
Ａ
ｙ
Ｏ
７
（ｘ＝０．１、ＡはＳｎおよびＳｉのいずれか）の熱膨張特性を示す図である。
Ｔｉ
２－ｘ
Ｍ
ｘ
Ｏ
３
（ＭはＭｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｉ、Ｔａ、ＮｂおよびＺｒのいずれか）のＸ線回折パターンを示す図である。
Ｔｉ
２－ｘ
Ｍ
ｘ
Ｏ
３
（ＭはＣｒおよびＮｂのいずれか）の熱膨張特性を示す図である。
Ｔｉ
２－ｘ
Ｍ
ｘ
Ｏ
３
（ＭはＳｉおよびＡｌのいずれか）の熱膨張特性を示す図である。
Ｃｕ
１．８
Ｚｎ
０．２
Ｖ
２－ｙ
Ｐ
ｙ
Ｏ
７
の色を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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