ナノサイズ結晶粒を備えた白金材料の製造技術を開発、硬度は10倍で強度は4倍：材料技術

田中貴金属工業は、白金材料の結晶粒径をナノサイズに制御したバルク体の開発に成功した。

[遠藤和宏，MONOist]

　田中貴金属グループの中核企業として産業用貴金属事業を展開する田中貴金属工業は2024年10月30日、白金（プラチナ、Pt）材料の結晶粒径をナノサイズに制御したバルク体の開発に成功したと発表した。同社の調べによれば、白金材料の結晶粒径をナノサイズに制御したバルク体の開発は世界初だ。

　　今回の技術を適用した事例では、白金材料の結晶粒径について平均で50nm（0.05μm）、最大で270nm（0.27μm）で制御できている。一般的な金属バルク体の粒径は小さくても約10μm程度とされていたことから、ナノサイズで制御できているといえる。このナノサイズの制御によって、一般的な白金材料と比べ10倍の硬度と4倍の強度を有する純度99.9％以上の高純度な白金材料を製造することができる。一般的な金属バルク体の平均粒径は小さくても約10μm程度とされていた。

今回の技術で製造した白金材料（左）と同材料のEBSD像（右）。EBSDとは結晶構造を持つ材料に電子線を照射して、材料表面で生じる後方散乱回折を解析することで材料の結晶情報（結晶系、粒径、配向性など）を調べる手法だ［クリックで拡大］ 出所：田中貴金属工業

今回の技術を開発した背景

　貴金属を含む金属材料では、結晶粒サイズを小さくすればするほど、各金属の特性が高まることが知られている。近年鉄鋼や非鉄金属では、強加工により大きな塑性ひずみを与えたり再結晶組織を形成したりすることで結晶粒径のナノサイズ化を実現している。

　金属材料は強加工により一時的に加工硬化する。一方、純度の高い貴金属材料では、数時間〜数日で結晶を構成する原子で再配列が発生する他、新たな結晶粒の核生成と成長も起き、材料の硬さが低下（軟化）する現象などが生じる。これらの理由から、強加工により結晶粒を微細化することは困難だった。

　そこで田中貴金属工業では、製造プロセスを最適化することにより白金材料で結晶粒径をナノサイズに制御しながらバルク化することに成功した。同技術で製造された白金材料は硬度と強度が一般的な白金よりも向上する。

　硬度と強度が向上する理由は、白金材料全体において高密度で小角粒界や大角粒界あるいは転位などの格子欠陥が存在するからだ。高純度な白金で高い機能を発現する新規材料として、エレクトロニクス産業や宇宙航空分野など、幅広い産業への適用が期待される。

今回の技術で製造した白金材料と他の材料との硬さ試験結果（左）および3点曲げ強度（右）の比較［クリックで拡大］ 出所：田中貴金属工業

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