2013 Fiscal Year Annual Research Report
大型試料ガス浮遊炉の開発とBaTi2O5ガ ラス準安定相形成機構解明
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25289234
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
依田 眞一 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 専任教授 (00344276)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 大型ガラス形成 / 準安定相 / 国際研究交流」韓国 / ガス流形態数値計算 |
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| Research Abstract |
BaTiO系酸化物の大型試料の作製のため、ガス浮遊炉での試料浮遊溶融に際して資料上部の圧力を負圧にするための装置の設計、開発を行った。負圧制御に際しては、試料浮遊のためのガス流量と試料上部を負圧にするためのガス吸入とが可変可能となるようにした。この装置設計・開発を行った後、アルミナ、ジルコニアの真球試料を作製し（４，５，６，７，８，９，１０ｍｍ）、負圧制御による浮遊可能性の確認実験を実施した。なお、アルミナ、ジルコニアの２種類の試料を作製したのは、両者で密度の相違が約５０％ほど異なるためである。この個体試料を用いて機能確認試験を実施した。その結果、直径４ｍｍから１０ｍｍまでの個体試料が十分に浮遊可能であることが確認できた。この結果をもとに特許の申請を行った。
この結果をもとに現存する１本のレーザーで４ｍｍ直径のBaTiiO系酸化物試料の溶融浮遊実験を実施した。直径３ｍｍ程度までは負圧付加なしでガラス試料（浮遊凝固でない場合には結晶体が生成する）が作製できたが、４mm直径ではガス流量が増加するため（ガス流量が増加すると試料の一部しか溶融出来ないことが判明した。これをもとに、CO２レーザーを購入した。CO2レーザー２本を用いた実験を行ったところ、流量が増加した状態でも、直径６ｍｍほどまでは試料の完全溶融が可能であることが明らかとなった。しかし安定浮遊は個体試料ほど容易ではない。これは、試料がレーザー照射部分から溶融することにより重心位置がずれることにより浮遊が不安定になるためである。このため、試料の溶融状態をCCDで観察し、溶融し始める時に流量を微小制御することから何とか克服したが、この作業は試行錯誤で容易ではなかった。これまで結果として直径６ｍｍまでのガラス試料の製造に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度の予定では、負圧付加装置の設計／開発を行い、個体試料による性能確認試験を実施し、５ｍｍ直径（従来は３ｍｍ程度）のレンズ型ガラス準安定試料の作製までを予定していた溶融試料の安定浮遊は僅かなパラメーターで不安定化することから、現状５mm程度しかで来ていない．このため、ノズル形状の見直しを含めてなお、早々に６mm以上の安定浮遊を達成し、目標である８mmを目指す．なお、本システムが有効であることは、個体試料で実証出来たことから、この結果を基に特許申請を行った（特許庁識別番号：平成２５年１１月１９日、識別番号：５１３２８８３３３)。
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| Strategy for Future Research Activity |
２本のレーザーでは８ｍｍ直径の溶融は困難で有ることが予想されるため、他の現存するレーザーを追加して実験を実施する。なお、ガス流試料ホルダーの形状も大型試料作製に合致する形態に改良する必要があり、このため試料ホルダー部でのガス流の数値計算を実施し、大型溶融試料に最適化したガス試料ホルダーの作製を行い８ｍｍ直径のガラス試料の作製を目標とする。８ｍｍ試料が作製された後は、ガラス化転移温度及び結晶化転移温度の計測を実施し、準安定相が生成されていることを確認する。なお、実用化に最も近いLaTiZrO酸化物についても併せて実験を行うことを予定している。６ｍｍ直径のガラスの形成でも画期的な事から、積極的に国際会議での報告を予定している。
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