局所溶融化・マイクロメルトグロース法による規則性単結晶多結晶材料の創製

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重力鋳造法を始めとした溶融状態からの素材の加工成形法は,特に複雑形状の大型製品の製造に用いられるが,金属製品の小型化に伴い,高速の成長速度でかつ緻密に制御される新たな材料加工プロセス法の開発が望まれている背景から,本研究では,落下中または冷却媒体中で種々の溶融合金を核生成・凝固させ,粒径の均一な微粒子を作製するとともに,得られた粒子の組織,過冷度および粒径分布を調査し,装置パラメータとの関連性を評価することにより,マイクロサイズ粒子の凝固技術を確立することを目標とした.まず,試料加熱部,ピエゾアクチュエータ,真空廃棄系をもつ均一液滴噴霧器について,Sn-20mass%Bi合金粒子のアスペクト比および粒子径分布に及ぼす操作パラメータの影響について調査した.溶融金属を一定速度で押し出すノズル部と振動伝達シャフト間の距離は1mm以下の臨海値以下では気泡の混入,振動の伝達不良,溶湯の供給不足により,均一な粒子が得られない事を明らかにした.続いて,ピエゾアクチュエータの設定周波数を変化させたところ50Hz以下では球状の試料内にアスペクトが3.0を越えるワーム状の粒子が混在するため,100Hz程度の高い周波数が必要であることを示した.さらに,ノズル径が0.3mmを越えると表面張力と重量のバランスがくずれ,アスペクト比1.5を越える楕円状になることを示した.また,溶融Sn合金を凍結したところ,本装置で得られる粒子の冷却速度は冷却媒体としてシリコーンオイルを用いると7.5～8.4K/sの極めて速い冷却となり,このとき試料外部から内部に向かって結晶が成長することを明らかにした.さらに,純水を用いると組織は共晶が多くなり,SnおよびBiがファセット系合金であることから,状態図におけるCoupled Zoneの領域が広くなることに起因する可能性を見出した.