Thermal conductivity of alumino-borosilicate melts and establishment of its prediction method through the local structure evaluation

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鋼の連続鋳造用モールドフラックスの成分であるアルミノホウケイ酸(CaO-B2O3-Al2O3-SiO2)系の熱伝導度測定およびそのガラス化試料の局所構造解析を行った。また、第一原理計算を用いて構造単位の原子間の共有結合性の定量的評価を試みた。熱伝導度測定は昨年度に引き続き、1300~1500℃の温度において実施した。実験した全ての組成において温度の上昇に伴い熱伝導度が低下することが確認された。CaO濃度が高いほど熱伝導度が低くなる傾向が見られ、さらに光学的塩基度を評価したところ、光学的塩基度と熱伝導度の明確な負の相関が明らかになった。これら2つの事実は、溶融酸化物における熱伝導がフォノンの伝達によるということを示している。局所構造解析は、1500℃で溶融した試料を急冷しガラス化したものについてMAS-NMRにより測定を行った。それにより、各試料についてB及びAl原子の各配位数の存在比やSiの架橋酸素数についての情報を得ることができ、これらの情報を元に、第一原理計算により、各結合の電子分布の平均位置から共有結合性を評価し熱伝導度値との比較を行った。今年度の新たな組成においても、平均の共有結合性と熱伝導度に正の相関関係を確認することができたが、新たに、網目構造の重合度DPおよびその共有結合性のばらつきSLを組み合わせたDP/SLを指標とすることにより、熱伝導度と構造の関係を定量的に評価することができた。また、CaO-B2O3-Al2O3-SiO2系が含む4成分のいずれかから成る2元系もしくは3元系に対してもDP/SLによる熱伝導度評価が適用できることが判明した。