画像支援による高熱伝導率傾斜機能基板材料の開発

• 研究課題/領域番号: 10123205
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 太田 弘道 茨城大学, 工学部, 助教授 (70168946)
• 研究分担者: 横田 仁志 茨城大学, 工学部, 助手 (70252260) ; 友田 陽 茨城大学, 工学部, 教授 (90007782)
• 研究期間 (年度): 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円); 1998年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: 傾斜機能材料 / 有限要素法 / パーコレーション / 熱伝導率

研究概要

傾斜機能材料の組織構造のモデル化を行い、コンピュータによるシミュレーションを実施し、そのモデルを用いた有限要素法による物性値の予測を行った。組織構造のモデル化を行うにあたって共晶接合法めような相変態を利用した作成法を想定して拡張体積率の概念を導入し、分散相の核成長過程を考慮した方法を検討した。核生成と成長過程の条件を仮定し、計算ステップ毎の分散相の配置を求めた。有限要素法で計算をするために四角形要素に分割し、分散相の要素数を全体の要素数で割って分散相の体積分率を求めた。体積分率の時間変化は、初期には体積分率の増加率は小さく中期には大きく増加し終期には飽和していくものであった。分散相の配置から体積分率60%程度でパーコレーションが生じていた。次に有限要素法を用い各モデルの熱伝導率を計算した。計算には汎用の有限要素法プログラムを用い、分散相と母相の熱伝導率比を100として定常熱伝導と非定常熱伝導について計算を行った。定常熱伝導は離れた各面の温度を別々に一定に保ち定常状態における試料中の熱流束を求め、有効熱伝導率の値を求めた。非定常熱伝導は試料の片面に短時間で一定の熱量を与え、反対面の平均温度応答曲線からt_<1/2>法によって見かけの熱拡散率を求め、この値から見かけの熱伝導率を導出した。低体積分率では熱伝導率は小さいが、パーコレーション領域を過ぎると急激に値が増加した。また、低体積分率の場合には見かけの熱伝導率と有効熱伝導率との間には差がほとんどなかったが、パーコレーションが生じる体積分率60%付近から、見かけの熱伝導率は有効熱伝導率よりも小さくなった。このことは、非定常測定法の一つであるレーザーフラッシュ法による測定においては特にパーコレーション領域では組織形態によって問題があることを示唆していると思われる。