2014 Fiscal Year Research-status Report
純度7Nレベルの超高純度アルミニウムを目標とする帯溶融精製法の高精度・高能率化
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25420794
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| Research Institution | Hiroshima Kokusai Gakuin University |
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Principal Investigator |
李木 経孝 広島国際学院大学, 工学部, 教授 (10136129)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 真彦 広島国際学院大学, 工学部, 准教授 (70341188)
中村 格芳 広島国際学院大学, 工学部, 准教授 (80412295)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 帯溶融精製 / 超高純度 / アルミニウム / 残留抵抗比 / ＧＤＭＳ分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
純度7N（99.99999％）レベルの超高純度アルミニウム材を安定的に精製する技術の開発を目的として、純度6N～7Nレベルの帯溶融精製実験を行い、各溶質の濃度分布の高精度分析から精製メカニズムを明らかにするとともに、溶融域移動制御機構を取り入れた精製システムを構築して、帯溶融精製法の高精度・高能率化を行う。
これまでに、純度5Nの高純度アルミニウム（18×18×900mmの角柱）を素材として、溶融幅およびパス回数と精製効果の関係を調べ、少ないパス回数で高い精製効果が得られる溶融幅が明らかとなっている。また、帯溶融過程のシミュレーション計算プログラムを用いて、適正な精製条件を明らかにしている。
本年度は、精製メカニズムの解明において、既に得られた純度7Nレベルの試料を長手方向に細分化し、各部分のMg、Si、Fe、Cu等のk<1元素及びTi、V、Cr等のk>1元素の濃度をGDMSで高分解能分析し、精製条件と精製効率の関係から純度7Nレベルに至る精製メカニズムを考察した。さらに、目標の材質（溶質組成、純度）に応じた適正な精製条件について考察を加えた。
帯溶融精製システムの構築において、これまでの温度分布測定から得れた結果と溶融幅変化及び真空度変化にもとづいて高周波出力を制御して溶融幅を一定に保つ溶融域移動制御を構築する計画を進めた。
この前段階として、簡便に温度分布を可視化できる赤外線サーモグラフィと温度定量性に優れた熱電対温度計測装置を用いて溶融域の温度分布を高精度に測定し、温度分布と精製効果の関係について調査した。さらに、有限要素法解析ソフトウェアCOMSOL Multiphysics を用いて、溶融中の試料温度を伝熱解析して、二つの測定結果と比較した。
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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
精製メカニズムの解明において、既に得られた純度7Nレベルの試料を長手方向に細分化し、各部分のMg、Si、Fe、Cu等のk<1元素及びTi、V、Cr等のk>1元素の濃度をGDMSで高分解能分析し、精製条件と精製効率の関係から純度7Nレベルに至る精製メカニズムを考察し、帯溶融過程シミュレーション結果と併せて精製メカニズムを明らかにした。さらに、目標の材質（溶質組成、純度）に応じた適正な精製条件選定の指針を明らかにした。
帯溶融精製システムの構築において、これまでの温度分布測定から得れた結果と溶融幅変化及び真空度変化にもとづいて高周波出力を制御して溶融幅を一定に保つ溶融域移動制御を構築する計画を進めた。
この前段階として、簡便に温度分布を可視化できる赤外線サーモグラフィと温度定量性に優れた熱電対温度計測装置を用いて溶融域の温度分布を高精度に測定し、温度分布と精製効果の関係について調査した。さらに、有限要素法解析ソフトウェアCOMSOL Multiphysics を用いて、溶融中の試料温度を伝熱解析して、二つの測定結果と比較した。
この結果から、加熱用の高周波コイルの形状（軸方向長さ、コイル密度など）により、溶融域の温度分布や最高温度が影響を受けること等、実用化に貢献できる事実が明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は3カ年計画であり、平成25年度実施事項： 1) 帯溶融精製の諸条件の検討、2) 精製材の分析・評価、平成26年度実施事項： 精製 3) メカニズムの解明、4) 帯溶融精製システムの構築については、ほぼ目標を達成している。したがって、当初計画に従って、次のように進める。
平成27年度実施事項：
帯溶融精製の適正化において、本研究で明らかになった適正な精製条件を、構築した精製システムに適用し、純度5Nの高純度アルミニウムを素材として精製実験を行い、純度7N（99.99999％）レベル、すなわち、残留抵抗比100,000以上のアルミニウムを安定的に精製する技術を確立する。
研究総括において、3ヵ年の研究成果を統合し、純度7N（99.99999％）レベルに至るアルミニウム帯溶融の精製メカニズムを解明する。さらに、目標の材質（溶質組成、純度）に応じた適正条件の指針を明らかにし、高精度で高能率な帯溶融精製システムを確立する。
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| Causes of Carryover |
帯溶融精製システムの構築において、溶融幅変化及び真空度変化にもとづいて高周波出力を制御して溶融幅を一定に保つことができる溶融域移動制御プログラムを作成し、これが運用できるように現有の帯溶融精製装置を改造する計画であった。この計画において、熱画像センサの信号を制御用ＰＣに接続するためのインターフェースが不要となったこと、さらに、ＧＤＭＳ分析に要する経費が節約できたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本計画の取りまとめにおいて、精製試料の不純物濃度分布をさらに高分解能で計測する計画であり、このＧＤＭＳ分析に要する経費に充当する予定である。
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Research Products
(3 results)
