2018 Fiscal Year Research-status Report
An application to teaching materials of heating and melting experiments using microwave oven
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17K01062
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
二宮 純子 大分工業高等専門学校, 一般科理系, 准教授 (60632726)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 崇寿 大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (30508867)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光の干渉 / 教材 / 酸化皮膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子レンジの出力の違いによって，金属加熱融解を行うための照射時間は異なる．一般家電に使用される500W～1000Wの電子レンジを用いて，マイクロ波照射 時間を系統的に変化させ昇温速度を調べたところ，加熱容器（ムライトるつぼ）は急激な温度変化に耐えられず破損しやすい．そこで，耐熱るつぼ（チタン酸アルミナるつぼ）を用いた場合，昇温速度が遅くなり，合金の酸化皮膜形成を観察する650℃以上にするためには 加熱時間を長くする必要があった．また，急激な温度変化による衝撃をうけるため，繰り返しの使用には耐えられなかった．るつぼは消耗品であるため，安価なムライトるつぼを用いた実験方法の確立が教材開発には適当であると判断した．熱衝撃を緩和するため，耐火煉瓦を用いて加熱装置の改良を試みた．
アドヘア液を用いてターンテーブル型・フラット型などの機種の違いに応じた家庭用電子レンジの加熱ムラを調べた結果，フラット型は設置場所により加熱ムラが大きく，実験結 果にばらつきが生じる原因になった．しかし，高温になった加熱装置を電子レンジ庫内から取り出す場合，フラット型では設置場所が固定されているためターン テーブル型に比べ安定しており，安全性が高い．電子レンジは機種による昇温速度・加熱ムラといった特性を調査た上で金属融解の加熱装置として用いる必要がある．
Sn-Zn合金の干渉色は，分光器を用いて発色している金属酸化皮膜のスペクトルを測定した結果，観察される干渉色とそのスペクトル分布がほぼ一致すること を確認した．今後は，Microsoft Excelを使って，金属膜の膜厚と屈折率を入力すると，観察される干渉色とそのスペクトル分布がグラフ表示される「スペクト ラムシミュレータ」を作製する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
家庭用電子レンジの機種の違いによる加熱ムラと昇温速度の測定実験は，計画通りに進めることができた．金属融解の加熱装置の改良を検討しているが，安全性・簡便性・コスト面における課題がある．合金の干渉色は分光器を用いてスペクタクル分布図を試作することができた。Microsoft Excelを使って，金属膜の膜厚と屈折率を入力すると，観察される干渉色とそのスペクトル分布がグラフ表示される「スペクトラムシミュレータ」は、進行中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属融解では1000℃以上の高温になるため，電子レンジの耐久性と安全面に配慮した加熱装置が必須である．グラファイトるつぼは，熱膨張が少なく，耐熱温度に優れ，金属に濡れないことから金属溶解炉などに使用されている．今後は，電子レンジによるグラファイトるつぼの昇温速度，金属融解実験への適用について調査する予定である．
金属膜の膜厚と屈折率を入力すると，観察される干渉色とそのスペクトル分布がグラフ表示される「スペクトラムシミュレータ」作製のため、SEMを用いた金属の酸化被膜の膜厚測定を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
二宮が学外へ内地研究へいたために次年度使用額が生じた．今年度は，当初の計画書の研究2年目に則って研究を進めていく予定である．
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