超音波を付与したナノ強化材分散融液の凝固による機能性複合材料の開発

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19560220
• Research Institution: Toyama National College of Maritime Technology
• Principal Investigator: 義岡 秀晃 Toyama National College of Maritime Technology, 商船学科, 准教授 (80259845)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八賀 正司 富山商船高等専門学校, 商船学科, 教授 (80123305) ; 多田 幸生 金沢大学, 工学部, 准教授 (20179708)
• Keywords: 凝固 / 複合材料 / 超音波 / 結晶成長 / ナノ材料

Research Abstract

本研究は,超音波の定在波を利用して母材中にナノ粒子あるいはナノ繊維が周期的に分散配列した異方性の強い機能複合材料の製造法を開発することを目的としたものである.計画の初年度である本年度は具体的な材料開発のための調査研究と基礎実験を中心に行い,以下の成果を得た.
(1)複合材料として顕著な機能を発現させるため,母材として低融点で小粘性係数の6Nylon樹脂とSn系合金を,強化材としてガラス繊維,アルミナ粒子等を選択し,それらの基礎物性を調査した.超音波定在波による音響放射圧を利用して複合組織のパターン形成を目論む本手法において,特に材料融液の音速に関するデータは不可欠となる.高温融液の音速測定法を確立し,試料融液の音速の温度依存性に関する基礎データを得た.
(2)試料融液や超音波ホーン素材等の音速分布を考慮して,効率良く音響エネルギーを伝播させるための超音波の投入方法を明らかとし,それを踏まえて複合材料の形成に有効となる金型設計を行い,金型,加熱・冷却系,超音波制御系,測定系からなる射出成形システムを構築した.
(3)超音波定在波中に浮遊する微粒子の運動に対して力学モデルを展開し,音圧振幅,周波数,母材と混入物の諸物性等の操作条件と混入微粒子の配列構造,分布状態との関係について解析した.比較的大きな音速をもつ金属質に対しては,比較的大きな音圧振幅によって重力下での微粒子配列化が可能になることが明らかとなった.