2012 Fiscal Year Annual Research Report
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23656480
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
宮原 広郁 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90264069)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成田 一人 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50404017)
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| Keywords | 結晶成長 / グラファイト / 優先成長 / 過冷度 |
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| Research Abstract |
結晶性の高いグラファイトは比較的安価にもかかわらず，軽量，高硬度，高ヤング率，高熱伝導特性，高電気伝導特性等の特徴を有することからその利用価値は極めて大きい．しかし，安価なグラファイトは多くの不純物を含むだけでなく，結晶化率が低いとカーボン本来の結合力を発揮できず，機械的性質及び機能性が低下する．本研究では溶融状態のFe合金からグラファイトを晶出させ，高速度でかつ安価に生産できるプロセスの構築を試みた．
母材として1kgの純Fe金属及びグラファイトの原料としては過共晶組成となるように数十gの低純度炭素を用い，アルミナ製ルツボに充填した後，Ar雰囲気の高周波溶解炉において溶融させ，冷却させることによりグラファイトを晶出させた．溶融状態から液相線以下への冷却により，溶融Fe表面にグラファイト結晶を晶出することができたが，このとき，グラファイトの晶出量はFe-C平衡状態図における過飽和度と溶融状態-結晶生成温度差の関係から推定できた．続いて，炭化物を生成させないようにFe-C-Si系合金を用い，球状化剤によりグラファイト形状のオニオンタイプへの変化を試みた．Mgを含む添加物により溶融Fe内の黒鉛は小型の球状グラファイトへ変化した．しかしながらその変化量は添加量のおよそ30%程度であったので，Sを含む添加物を用いたところ球状グラファイトの生成量は増加した．生成された結晶は冷却中で成長し，初晶Fe間隙に阻まれ，その大きさは1mm以下でありその場での回収は困難であった．したがって，球状グラファイトを入手するためには母相を溶出してグラファイト表面を清浄に化学研磨する必要があると考えられた．過共晶組成から得られるグラファイトの結晶性は高く，高熱伝導特性及び高電気伝導特性等必要とする機能性部品に十分利用できると考えられた．
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