小林郁夫研究室 ―研究室紹介 #22―

金属分野
材料コース・ライフエンジニアリングコース
研究室：大岡山キャンパス・南8号館207号室
准教授 小林郁夫

骨などの硬組織に接合して用いるインプラント材料の弾性率は、骨のそれ（10～30 GPa）に近いことが求められています。これは生体骨とインプラント材料の間の弾性ミスフィットに基づく応力遮蔽（stress shielding）による骨形成障害を防止するためです。多くの生体用金属材料の中で、純チタンの弾性率はもっとも低く、およそ100 GPa です。これにニオブなどの元素を添加したβ型チタン合金（図1）では、その結晶構造に由来して、およそ80 GPa まで低下することが知られています。当研究室では、チタンよりもさらに弾性率の低いマグネシウムの実用化に向けた取り組みを進めるとともに、チタン合金の多孔質化、単結晶化と方位制御など、様々なアプローチによって生体金属材料弾性率のさらなる低減を進めています。Ti-Zr-Nb合金単結晶ではおよそ40 GPaという低弾性率を達成しました。

近年、次々と開発・導入された新しい医療技術や新しい医療機器には、高度な機能性をもつ新しい生体材料が求められています。先端付近に電極のついたカテーテルを心臓内に挿入し、不整脈の原因となっている心筋組織を焼灼して不整脈を治す、カテーテルアブレーションという治療法が注目を集めています。このカテーテル電極には、強さ、延性、加工性などの力学的特性に加え、電気伝導性、X線透視下での視認性（図2）など、様々な機能性が求められています。当研究室ではジルコニウムとハフニウムを主成分とする新しい合金を開発し、アブレーションカテーテルに必要とされる特性評価を行っています。

航空宇宙用、高速車両用、建築用ならびに電子機器用の軽量で高強度・高靭性のアルミニウムの開発や、強度と高導電率をかねそなえた新しい銅合金の開発を進めています。これらの合金では、時効析出現象を利用して強度を高めることが有効です。時効した試料は、電子顕微鏡観察、3次元アトムプローブ、熱分析、電気伝導率測定、硬さ測定などの手段で、多角的に評価しています。

また、高強度マグネシウム合金の開発を目指し、マグネシウム粉末と遷移金属粉末を利用した粉末冶金法によってマグネシウム基複合材料（図3）を開発しています。マグネシウムと遷移金属との反応を利用して、軽量で高強度な複合材料の開発に成功しました。