微小重力下でのフッ化物ガラス合成における微結晶生成抑制効果の研究

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ガス浮遊装置を使って非接触で凝固した場合微結晶が生成するかどうかを検討した。ZBLANガラスは結晶化温度とガラス転移点の温度が近すぎ、結晶化しやすいので、冷却速度を大きくする必要があるが、ガス浮遊装置では大きい冷却速度を達成することは困難であった。ZBLANガラス融液に漬けた金属棒を引き上げて融液からファイバーの引き上げ実験を行った。地上実験で得られたファイバーは白濁し、微結晶生成がみられた。ファイバー引き上げ装置は10m落下塔実験に対応できるように設計した。微小重力下ではファイバー引き上げが行えたが、落下塔制動時の4gのために引き上げられたファイバーは融液浴に浸されてしまった。ごくわずかなファイバーの評価では微結晶はみられなかった。微小重力下では金属棒先端にZBLANガラス融液を付着させて引き上げるが、融液内に対流はないため融液は動かず、そのために核の生成が抑制されるものと考えられた。微小重力の核生成に及ぼす影響を明らかにするために微小重力下で融液を銅板に接触させ、急冷する実験を行った。この実験では、ネオジウムをドープしたZBLANガラスを試料として使用した。地上で急冷したガラスのラマン分光分析では、ジルコニウム-フッ素結合のピークが微小重力下で急冷したガラスよりはるかに大きかった。これは、結晶が生成した場合は、ジルコニウム-フッ素結合のラマンピークが大きくなることから、微小重力下では微結晶の生成が抑制されることが明らかになった。微小重力下では融液内の対流は抑制されるので、生成したばかりの核のEmbryoは互いに衝突して成長することはなく、その結果、核生成が抑制されることがわかった。