蒸気爆発を応用した急冷凝固法による金属微粒子の生成に関する研究

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本研究は、超急速熱移動現象である蒸気爆発を応用し、アモルファス(非晶質)金属を含む急冷金属微粒子の製造を行うための基礎研究である。平成13年度は、前年度に引き続き蒸気爆発発生位置が両液体の温度条件によって変化する特性を利用し、低温液体内に高温部と低温部を任意に作ることによりこの爆発発生位置の制御及び、圧力波の測定による分類を試みた。実験では、高温融体として溶融スズ、溶融鉛、溶融亜鉛、低温液体として水を使用した。その結果、溶融スズと溶融鉛を用いた実験では、この低温液体中に設けた温度急変域を通過した直後に自発的に蒸気爆発が発生することが確認された。特に、水面下10cmより深い位置に温度急変域を設定することにより均一水温の条件に比べてほぼ一様な粒度分布となることが分かった。爆発で得られた微粒子径は、溶融スズの方が溶融鉛より小さいことがわかった。この爆発位置による粒子径の変化は水深80cmについても大きな違いはないことが示された。一方、水温が均一条件でかつ、自由液面近傍で蒸気爆発が発生する場合には完全な微粒化が生じる前に自由液面との干渉で空気巻き込みが生じて微小粒子が得られにくいことが解明された。また、爆発発生時の高速カメラによる様相観察と圧力測定によると、溶融金属の微粒化は圧力波形の第一ピークと第二ピーク間で特に進行していることが明らかとなった。この圧力ピーク間の時間は、深い水深で発生するときには一定値に漸近する傾向がみられた。蒸気爆発後に得られた粒子の形状として、溶融スズ、溶融鉛いずれについても複雑に入り組んだ形状(フレーク状)で凝固していることが判明した。