難加工性合金の高速形状制御単結晶化技術における動的接触角の速度依存性の実験的検証

本研究では、濡れ性の低い系におけるμ-PD法（Dewetting μ-PD法）における、形状制御性に関する従来のμ-PD法からの特異性について検討を実施する。Dewetting μ-PD法は、近年開発された表面張力を利用した形状制御単結晶育成法であり、従来は機械加工が不可能とされた難加工性材料をシングルプロセスで高速に線材化することが可能な手法である。Dewetting μ-PD法では、従来法と異なり結晶の径が正の引下げ速度依存性を有すること等の特徴が見られることから、前進接触角の速度依存性が影響していると予想される。本研究では、静的角度条件の測定を通じた理論値と結晶育成試験を通じて実現される結晶径から予測される値のずれを比較し、前進接触角およびその速度依存性を検証する。2022年度は、従来測定されてこなかったPt等の高融点純金属における気液固三重点のGrowth angleの実測を当初の計画通りテトラアーク引上げ法を用いて実施し、当該パラメータを用いたメニスカス形状の計算を実施した。Pt等の高融点金属の結晶育成を行い、画像解析からGrowth angleを推定し、Growth angleがいずれも10°未満であることを明らかにした。これは、線径を穴径に漸近させるための必要条件である接触角との角度和条件に対して、Growth angleがほとんど寄与していないことを意味しており、接触角が増大する要因の必要性を明らかにするものであった。またDewetting μ-PD法における結晶径の正の速度依存性に対して、融液と坩堝壁面の満たす境界条件の観点から検討を行った。結晶育成時の投入電力量の制御から予測される固液界面位置の上昇に対して線径が増大する傾向が得られ、理論的に予測される固定端条件での挙動と一致したことから、境界条件が実験的に推定可能であることが明らかとなった。

本研究では、濡れ性の低い系におけるμ-PD法（Dewetting μ-PD法）における、形状制御性に関する従来のμ-PD法からの特異性について検討を実施する。Dewetting μ-PD法は、近年開発された表面張力を利用した形状制御単結晶育成法であり、従来は機械加工が不可能とされた難加工性材料をシングルプロセスで高速に線材化することが可能な手法である。Dewetting μ-PD法では、従来法と異なり結晶の径が正の引下げ速度依存性を有すること等の特徴が見られることから、前進接触角の速度依存性が影響していると予想される。本研究では、静的角度条件の測定を通じた理論値と結晶育成試験を通じて実現される結晶径から予測される値のずれを比較し、前進接触角およびその速度依存性を検証する。2022年度は、従来測定されてこなかったPt等の高融点純金属における気液固三重点のGrowth angleの実測を当初の計画通りテトラアーク引上げ法を用いて実施し、当該パラメータを用いたメニスカス形状の計算を実施した。Pt等の高融点金属の結晶育成を行い、画像解析からGrowth angleを推定し、Growth angleがいずれも10°未満であることを明らかにした。これは、線径を穴径に漸近させるための必要条件である接触角との角度和条件に対して、Growth angleがほとんど寄与していないことを意味しており、接触角が増大する要因の必要性を明らかにするものであった。またDewetting μ-PD法における結晶径の正の速度依存性に対して、融液と坩堝壁面の満たす境界条件の観点から検討を行った。結晶育成時の投入電力量の制御から予測される固液界面位置の上昇に対して線径が増大する傾向が得られ、理論的に予測される固定端条件での挙動と一致したことから、境界条件が実験的に推定可能であることが明らかとなった。