2019 Fiscal Year Research-status Report
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19K04990
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
鈴木 進補 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10437345)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 液体金属 / 自己拡散 / 相互拡散 / 不純物拡散 / 固有拡散 / 原子半径 / 熱力学的因子 / Darkenの式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体金属の拡散を支配する因子の影響を定量的に明らかにし、拡散係数予測式を構築することを目的とし，以下の項目について，シアーセルと試料の安定密度による実験を行い，知見を得た．
(1) 易動度、熱力学的因子Φis、原子半径比および温度の影響：Sn合金(SnSb, SnIn, SnBi)とSnからなる拡散対とし，各合金に不純物元素を5at.%添加した．拡散温度及び拡散時間を773 K，16200 s（Bi及びSb添加），973 K，10800 s（In及びSb添加）として拡散実験を行った．二体分布関数の文献値と温度依存を考慮した原子半径を剛体球モデルの式に代入し，得られた拡散係数を再現可能である．
(2) 溶質に対する溶媒元素の原子半径比(rs/ri)と熱力学的因子による拡散係数（不純物拡散，トレーサー拡散）の整理：液体Sn中のCuの不純物拡散実験を拡散温度573K，拡散時間28800sで行い．rs/ri >1の検討をした．取得したDisは，(rSn/ri)ΦiSnに比例することを仮定した際の推測値より21 %小さかった．従って， rs/ri >1では，不純物拡散係数が(rs/ri)Φisに比例する式を補正する必要がある．
(3) 相互作用（熱力学的因子）による影響を，1)トレーサー拡散と固有拡散の関係，2)固有拡散と相互拡散の関係：SnXPbY (X+Y=100)として，中間組成がX=25(Pb-rich)およびX=75(Sn-rich)の二種類の相互拡散実験を拡散温度773 K，拡散時間 9000 sで行った．同時に，中間セルに同位体124Sn 及び 207Pbを濃化させた試料を用い，固有拡散実験も行った．Sauer-Freise法を用いて相互拡散係数の濃度依存性を解析した．固有及び自己拡散係数とDarken，熱力学的因子から求めた相互拡散係数と，測定値の差異について検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定していた実験を実施できている．
【研究実績の概要】(2)で説明した通り，rs/ri >1の場合， 自己拡散係数を比例定数とし，(rSn/ri)ΦiSnに比例する式から求めた値より21％小さくなった．申請時に予想していたよりも詳細な検討が必要であるとわかった．これにより，むしろ不純物拡散幻想について新たに興味深い知見が得られるものと期待できる．
【研究実績の概要】(3)で述べた通り，固有及び自己拡散係数とDarken，熱力学的因子から求めた相互拡散係数と，測定値の差異が見られ，申請時に予想していたよりも詳細な検討が必要であるとわかった．これにより，むしろ新たに相互拡散現象について興味深い知見が得られるものと期待できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，申請時の計画通り，拡散実験およびデータ解析を進めていく．ここで，初年度課題となった，rs/ri >1の場合の不純物拡散の(rSn/ri)ΦiSnからの差異，相互拡散のDarkenの式による予測式からの差異に着目して，その原因の究明および予測式の構築を試みる．相互拡散係数で用いるPbの自己拡散係数は，文献値を利用しており，本研究で用いている装置と異なるため，ここで，機種差が原因となっている可能性もある．そこで，Pb同位体自体の密度差を利用した安定密度配置による自己拡散実験を行う．また，引き続き不純物拡散係数の温度依存性について剛体球モデルを用いて検討する．
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Research Products
(5 results)
