| 研究課題/領域番号 |
19H02493
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
塚田 隆夫 東北大学, 工学研究科, 教授 (10171969)
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| 研究分担者 |
福山 博之 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40252259)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2020年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2019年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
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| キーワード | 多元系合金 / 融液内対流 / 相分離構造 / 過冷却凝固 / プロセス－構造相関 / プロセスー構造相関 / 融体内対流 / プロセス-構造相関 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
過冷却域に二液相分離域を有するCu基合金融体を過冷却凝固すると，二液相分離が誘起され，その相分離（凝固組織）構造に由来する新規な特性を有する材料の創製が可能である．本研究では，相分離構造に影響を及ぼす因子として融体内対流に着目し，対流制御が可能な静磁場重畳電磁浮遊技術，位相シフト干渉計や中性子CT等の計測技術，数値シミュレーションを融合し，多元系合金融体内対流と相分離構造との相関を解明する．さらに，多元系合金の相分離構造を俯瞰できるように，対流強度，温度・濃度場の変化速度，相分離駆動力等の影響因子を軸とするプロセス空間に相分離構造をマッピングし，プロセス－構造相関マップを作成する．
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| 研究成果の概要 |
静磁場重畳電磁浮遊技術，中性子CT技術を用いることにより，溶融Cu-CoおよびCu-Fe合金の過冷却凝固に伴う相分離構造に及ぼす静磁場強度，すなわち融体内対流の影響を明らかにした．電磁浮遊中の球形Cu-Co液滴を対象とした液滴内MHD対流の3次元直接数値シミュレーションを行い，過冷却凝固実験で観察された静磁場強度の増加に伴う相分離構造の著しい変化は，MHD対流の乱流－層流遷移に起因することを明らかにした．静磁場重畳電磁浮遊技術とレーザー周期加熱法を併用し，溶融Cu-Fe合金の熱伝導率の組成依存性を測定し，Fe組成が0 at%から20 at%にかけて熱伝導率が急激に減少することを明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
Cu基合金の多くは過冷却域に二液相分離域を有するため，過冷却凝固に伴い二液相分離特有のマクロ，ミクロ凝固組織構造が発現し，その構造に由来した新奇な電気的，磁気的あるいは機械的特性を有する新材料の創製が期待される．本研究は，Cu基合金の相分離構造の制御因子に関し，これまで研究がほとんど行われていなかった融体内対流を制御因子の一つとして捉え，対流構造や強度と相分離構造との関係を実験と理論の両側面から詳細に明らかにした点に学術的意義がある．
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