新しい溶融加工教材「金属粘土」とその強度評価を組み合わせた理工融合教育素材の創成

• Project/Area Number: 19650229
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Science education
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 田島 俊造 Hiroshima University, 大学院・教育学研究科, 教授 (40136130)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 裕之 広島大学, 大学院・工学研究科, 助教 (90284158)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2009: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2008: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2007: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 溶融加工 / 金属加工 / 教材 / 金属粘土 / 圧縮強度 / 歪みゲージ / 材料試験機 / ガス炉 / デジタルテスター / 銅粉末 / スズ粉末 / 焼結

Research Abstract

本研究は,新しい溶融加工教材としての金属粘土とその強度評価を組合せた理工融合教育素材を創成しようとするもので,初年度に金属粘土の基礎研究を行い,その評価と強度測定方法の確立を次年度以降に行うことを目的としている。金属粘土の調製は純銀,純銅粉末および銅とスズの混合粉末に界面活性剤および分散剤として,ヘプタンとステアリン酸,イソプロピルアルコールとポリカルボン酸アンモニウム塩などの組合せで行っている。その結果,粘土の基本性質としての可塑性と保形性を多少とも併せ持つ特性を得ている。平成20年度は,金属粘土の調製と焼結の基礎実験を行い,安価な歪みゲージによる簡易式材料試験機の設計・製作を行っている。これは材料の弾性を利用して歪み量から荷重を算出するもので,4点支持構造が再現性や安定性に優れることを見出して採用,教材としての基礎実験を行っている。平成21年度は,本試験機の実用性を高めるため,電源および出力電圧測定法の簡易化と高精度化の両立を容量の大きい乾電池とデジタルテスターを用いる手法で試みている。本機は市販機と比べて信頼性や感度では劣るが再現性では同等の性能を有しており,非常に安価(一式数万円程度)なので教材機として十分に実用になる性能である。金属粘土は純銀ではガス炉により焼結できるが材料が高価で教材向きでない。教材として有利な銅粉では,純銅だけでなくスズによる合金化を含めて検討しているが,ガス炉による焼結では酸化の問題を回避するのが困難であり3%水素を含む還元ガスを用いる電気炉が必要である。この焼結法の簡易化には,ガスバーナーレベルで安全かつ雰囲気を管理できる手法の確立が求められる。