2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19K22040
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
竹田 修 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60447141)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | 溶融酸化物 / 密度 / 表面張力 / 懸滴法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高融点純酸化物の代表格であるMgO（融点2977℃）やCaO（融点2899℃）は、工学的観点からは製錬におけるスラグの主成分、ガラスやセラミックの重要成分であり、理学的観点からは地球内部のマントルを形成する主成分であるにも関わらず、融点の高さから純物質の熱物性は未だに実測値が無い。現状では、低温でも溶融する混合物の熱物性値から外挿して推定されている。本研究は、無容器測定を実現する浮遊帯域溶融炉（Xeランプ四楕円型帯域溶融炉）を用いて、懸滴法によって高融点純酸化物の熱物性（密度、表面張力）を直接測定することを目標とした。
令和2年度は、2500℃前後の測定として、予定していた酸化物のうちY2O3（融点2439℃）について、3000℃近傍の測定としてMgO（融点2977℃）について、表面張力の測定に成功した。その他の酸化物については、協力会社と相談しながら焼結試料の作製を試みたが、焼結丸棒が大きく曲がったり、膨らんで崩壊したりし、測定に耐えうる十分な密度と強度を有し幾何学的均一性がとれた焼結試料ができなかった。原因を目下究明中だが、原料酸化物が大気中の二酸化炭素と反応し、炭酸塩（あるいは水酸化炭酸塩）となり、それが焼結中に分解することで、試料中に二酸化炭素が放出され、不規則な気泡ができたことが考えられる。
融点直上におけるY2O3の密度は、酸素分圧の影響をあまり受けず、10-6～1 atmの間で4.1 g cm-3であった。Y2O3の表面張力は、酸素分圧の増大とともに僅かに上昇し、10-6 atmで690 mN m-1、1 atmで740 mN m-1であった。融点直上におけるMgOの密度は、酸素分圧3.5 atmで2.4 g cm-3であった。MgOの表面張力は、酸素分圧3.5 atmで710 mN m-1であった。
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