レーザー蒸発・凝縮機構による機能性粒子の作製プロセス

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レーザー蒸発・凝縮機構を利用して超微粒子作成実験を行い,微粒子の生成機構や試料の溶融・蒸発過程の解析およびその結果を基にしたプロセスの最適操作設計について検討し,以下の知見を得た。1.微粒子の成長過程は金属・酸化物試料を問わずブラウン凝縮機構で表わすことができ,また生成粒子径も零囲気圧力によって容易に制御できることが確認された。生成微粒子の粒度は対数正規分布に従い,幾何標準偏差が1.3以下の比較的粒度のそろった球形粒子が得られた。2.レーザーパワー密度の違いによる蒸発量への影響を調べ,その結果溶融プール生成後の蒸発速度はパワー密度に依らず一定となることが明らかとなった。3.試料内での伝熱・蒸発現象を解析することを目的として,非定常熱伝導の有限要素解析を行った。その結果,固体試料は高い熱伝導度のために熱拡散速度が大きく,溶融域形成までにはある程度の時間を要するが,粉体試料の場合には熱拡散率を固体試料の1%以下に押さえることができ,局所的な溶融域の短時間での形成がシミュレートされ,実験結果とも良い一致を示した。また効率的な溶融域の形成に必要な試料内部での温度制御法を各種条件下でシミュレートした。4.固体試料表面のCo_2レーザーエネルギーの吸収率は1%以下であるが,粉体試料表面の場合にはその表面形状に応じて約3%まで向上されることが実験的に示された。また試料形状を変化させてレーザーを反復照射させれば約5%まで吸収率を向上させることが可能となった。5.熱伝導の異なる数種の試料充填溶器を用いて外部へのエネルギー消失速度と蒸発量の関係を実測し,試料の有効熱伝導度との相関関係を得た。