塵集合体の焼結・圧密による構造進化

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塵集合体が空隙を失い強度を獲得していく過程として、圧密と焼結に着目して、サイズ0.1〜数10μmの粒子からなる集合体についての2つの実験を行ってきた。昨年度行った衝突速度10m/sまでの直接衝突による粒子集合固体,すなわち二水石膏の圧密実験結果を整理して欧文査読雑誌に投稿し受理された。前年度、シリカ粒子について、焼結体の強度がネックサイズの2乗(つまり断面積)ではなく約1乗に比例して大きくなることが示された。この原因を理解するために、直径5mmのガラス粒子2個を、それぞれ焼結温度570℃、600℃、630℃とし、この温度の維持時間を1時間弱から120時間まで変化させることで、サイズの異なるネックを成長させた。また、600℃の場合について、焼結後に引張強度を測定した。焼結時間が4時間までの短いときには引張強度がばらつくが、焼結時間が長くなると、ネックサイズの2乗に比例することがわかった。ネック断面を顕微鏡観察すると、強度がばらつく短時間焼結試料の方は、断面がでこぼこであるのに対し、長時間焼結試料は断面が滑らかであった。さらに、ネックサイズと加熱時間の関係からも、630℃では焼結機構として粘性流動が卓越していると推察されるのに対して、600℃では、最初は拡散が卓越するが、時間が長くなると粘性流動が効いており、570℃では今回の実験条件の範囲内では拡散が支配的であると推察された。以上により、ネック断面の構造は、焼結機構によること、したがって、焼結環境や時間によって、焼結体の強度が異なると示唆される。