2013 Fiscal Year Annual Research Report
回転法を利用した高温高粘性浮遊試料の表面張力・粘性係数計測
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24360086
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
石川 毅彦 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (00371138)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 純平 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (90373282)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 浮遊 / 高温融体 / 粘性係数 / 表面張力 |
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| Research Abstract |
本研究は、浮遊させた高温融体を回転させ、変形する挙動を観察することによって試料の表面張力および粘性係数を測定する方法を構築するものである。現在、浮遊法においては、浮遊融体を振動させることによって表面張力・粘性係数を計測する手法が確立されている。この方法を用いて多くの金属融体の熱物性データが取得されている。しかし、液滴振動法では高粘性試料では原理的に振動が発生しないため、数十ミリパスカル秒程度の低粘性のものにしか適用できない。一方、回転によって変形させる方法では、粘度の高い試料に適用可能であり、金属ガラス・準結晶など高粘度の材料の熱物性測定が可能となる。特に粘性係数は、ガラス化や準安定相生成過程の研究に必要な基礎データである。
浮遊液滴は、回転が無い状態では真球形状となるが、回転させると遠心力によって扁平していく。この時点では、試料は回転軸対称であるが、回転数が臨界値を超えると非軸対称（葉巻型）に形状が遷移することが理論的・実験的に確認されている。この遷移過程を詳細に捉えて粘性係数を計測する手法を確立するのが本研究の目的である。また、臨界の回転数および試料の形状から表面張力が算出できる。
平成２５年度は、前年度の低粘度試料（Zr)での表面張力測定結果を基に、より粘度の高い試料について、回転法による表面張力測定を試みた。NbNi、Zr系合金について浮遊溶融させた後、試料を回転させ、非軸対称形状に移行する回転数の計測し、この回転数から、表面張力値を算出した。いずれの試料においても、液滴振動法では測定が困難な、深い過冷却状態（粘度が高い状態）の表面張力値が測定でき、本手法の有効性が確認できた。遷移過程の観察においては、融点の低いZrCuAl系合金の観察が高速度カメラでは光量が足りないため困難であることが明らかとなったが、電極下方から背景光を導入することで対処した。
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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
当初の予定通り、計画２年目で表面張力測定法の構築が達成された。粘性係数測定システムに関しては、試料からの発光が少なく（光量を必要とする）高速度カメラで測定が困難となる技術課題に直面したが、装置の改造でこの問題を解決している。
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| Strategy for Future Research Activity |
粘性係数測定法を構築するためには、非軸対称形状への移行する遷移過程の詳細観察が必要と考えているが、今年度実施した実験では、この基点を捉えることが難しく、遷移過程の詳細観察データの蓄積に若干手間取っている。平成２６年度に繰り返し実験を行って、データの蓄積をはかる予定である。
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Research Products
(7 results)
