2014 Fiscal Year Research-status Report
複合化技術を利用した環境対応型高温用鉛フリーはんだの開発と熱･電気伝導の理論予測
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26420740
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
佐々木 元 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30192595)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉尾 健次郎 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90294545)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 鉛フリーはんだ / 複合材料 / 微細組織 / 機械的性質 / 熱・電気伝導 / 短繊維 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温なまりフリーはんだを得る為、Zn-10Al 合金をベースとし、DV-Xα法により、各種元素の添加の効果を計算し、優れた強度を持つ事が予想されるZn-10Al-2Sn合金を提案した。また、更なる機械的性質の向上を目指し、0～10vol%のステンレス鋼繊維を含有した Zn-10Al-2Sn 合金基複合材料を溶融撹拌法により作製した。繊維体積率の増加に伴い、相対密度は、99%から89％まで減少した。0～10vol% ステンレス繊維強化複合材料の引張強度は、44.0MPaから68.0MPaへと繊維体積率の増加に伴い、向上した。一方、伸びは、繊維体積率とは無関係に、25％のほぼ一定の値を示した。また、繊維体積率の増加に伴い、複合材料の熱膨張係数は減少した。繊維含有による引張強度の向上、熱膨張係数の抑制は、理論的予測値に比べ小さかった。これは、繊維周りの母相合金の塑性変形と気孔の影響が多いと考えられる。一方、化学気相成長炭素短繊維(VGCF)と同じ(002)面を持つグラファイトシートを使用して滴下試験を行い、Zn-10Al-2Snはんだ合金とグラファイトとの濡れ性及び反応性を調査した。その結果、1023K、アルゴン雰囲気下での、グラファイトシートとZn-10Al-2Sn合金の接触角は大きく、濡れにくい系であることが分かった。また、接触角は時間とともに減少した。 これは、界面反応により生成したAl4C3の影響が大きいと考えられる。また、熱･電気伝導を予測する理論、シミュレーションの開発を行った。シミュレーションには強化材、分散材の形状、大きさ、分布状況を反映させたモデルを利用し、非定常の熱伝導方程式、電位分布に基礎方程式を基に、それを有限体積法により拡張させ、理論値と実測値の対応関係が定量的に一致するようなシミュレーションを開発した。
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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
本年度は、プロセス方法として溶融撹拌法および放電焼結法、強加工法を実施するとしていたが、強加工法についてはプロセス装置の設計から行う必要があり、実施に多大な困難があることが分かった。その為、溶融撹拌法について詳細に検討することとした。また、本年度、溶融撹拌法に多大な時間を費やしたので、放電焼結法の検討はできなかったが、次年度行うこととした。その他については概ね、計画通りに実施できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度実施できなかった放電焼結法について、次年度、実験を実施することとした。また、次年度、炭素繊維、ステンレス繊維以外についても検討するとしていたが、炭素繊維、ステンレス繊維について当初目標としていた仕様にまだ、達していない為、他の繊維についての実験は実施せず、炭素繊維、ステンレス繊維を用いたプロセス条件の最適化も行い、特性向上を目指すこととした。
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| Causes of Carryover |
本年度、放電焼結を実施できなかったので、実験に必要なボールミルの購入を見合わせた。また、購入予定であった電気炉についても、今年度は試料サイズが小さかったので研究室に所有の電気炉を用いた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に放電焼結を実施予定なので、ボールミルを購入する予定である。また、試料サイズも大きなものが必要となるので、研究室の既存の電気炉では容量不足となる。その為、次年度、電気炉を購入する予定である。
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Research Products
(3 results)
