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難加工性合金の高速形状制御単結晶化技術における動的接触角の速度依存性の実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 22K20473
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

村上 力輝斗  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (30963665)

研究期間 (年度) 2022-08-31 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードマイクロ引下げ法 / 接触角 / Growth angle / メニスカス / 濡れ性 / 形状制御 / 合金線材 / 単結晶育成 / マイクロ引き下げ法 / 形状制御凝固
研究開始時の研究の概要

濡れ性の低い系におけるマイクロ引き下げ法(Dewetting μ-PD法)は、近年開発された表面張力を利用した形状制御単結晶育成法であり、従来は機械加工が困難とされた難加工性高融点材料をシングルプロセスで高速に線材化することが可能である。本手法ではしばしば、結晶径が正の引下げ速度依存性を示すことによって、数百mm/minの引下げ速度においても形状制御性を維持することが可能となる。従来の濡れ性の比較的良好な系におけるμ-PD法では見られないこの特徴に対し、本研究では、前進接触角の速度依存性の観点から検証を行い、新物質探索や新たな工業手法としての適用可能性を探る。

研究成果の概要

濡れ性の低い系におけるマイクロ引下げ法(Dewetting μ-PD法)は、近年開発された表面張力を利用した高速な形状制御単結晶育成法であり、従来は機械加工が不可能とされた難加工性材料をシングルプロセスで高速に線材化することが可能な手法である。本手法では、従来法と異なり結晶径が引下げ速度に対して正の依存性を有する等の特徴が見られることから、前進接触角の速度依存性が影響していると予想された。本研究では、Growth angleの実測を通じて前進接触角の影響を裏付け、さらに理論値と結晶育成試験から予測される値のずれを比較することで、前進接触角およびその速度依存性が系によって異なることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

濡れ性の低い系におけるマイクロ引下げ法(Dewetting μ-PD法)によれば、IrやRuといった融点が2,000℃を超える合金の単結晶長尺線材をシングルプロセスで製造することができる。工業的な水準として、線径0.8 mmに対して±10 μm以下の形状制御性が求められてきたが、Dewetting μ-PD法では従来の結晶育成法における形状制御の指針が適用できないことが課題であった。本研究によって、Growth angleと前進接触角の速度依存性を考慮することにより、目的の線径を得るための結晶育成条件の最適化を行うことが可能となった。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 8件) 産業財産権 (10件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] The University of Tennessee(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of crystal growth rate and pressure on shape controllability in the dewetting micro-pulling-down method2024

    • 著者名/発表者名
      Murakami Rikito、Oikawa Katsunari、Kamada Kei、Itoi Shiika、Yoshikawa Akira
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 629 ページ: 127565-127565

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2023.127565

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-toughness/resistivity ruthenium-based refractory alloy wires2023

    • 著者名/発表者名
      Murakami Rikito、Kamada Kei、Umetsu Kenichi、Yoshioka Takashi、Oikawa Katsunari、Kido Junji、Yoshikawa Akira
    • 雑誌名

      International Journal of Refractory Metals and Hard Materials

      巻: 114 ページ: 106235-106235

    • DOI

      10.1016/j.ijrmhm.2023.106235

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Ru-Mo-W合金結晶の作製と超臨界水および無機酸に対する耐食性評価2024

    • 著者名/発表者名
      村上力輝斗,山口大聡, 糸井椎香, 鎌田圭, 吉川彰
    • 学会等名
      2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Single crystal growth of Ru-Mo-W-Re alloy wire by the dewetting micro-pulling-down method2023

    • 著者名/発表者名
      Rikito Murakami, Shiika Itoi, Kotaro Yonemura, Kei Kamada, Akira Yoshikawa
    • 学会等名
      The 32nd Development of Materials Science in Research and Education
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental investigation of shape control criteria for wire fabrication of alloys by the dewetting micro-pulling-down method2023

    • 著者名/発表者名
      Rikito Murakami, Katsunari Oikawa, Kei Kamada, Akira Yoshikawa
    • 学会等名
      20th edition of the International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of shape control criteria for wire fabrication of alloys by the dewetting micro-pulling-down method2023

    • 著者名/発表者名
      Rikito Murakami, Katsunari Oikawa, Kei Kamada, Akira Yoshikawa
    • 学会等名
      20th edition of the International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Luminescence and scintillation properties of Tb,Ce co-doped (Gd,La)2Si2O7 for radiation imaging2023

    • 著者名/発表者名
      Rikito MURAKAMI, Shunsuke KUROSAWA, Masao YOSHINO, Takahiko HORIAI, Akihiro YAMAJI, Yasuhiro SHOJI, Kei Kamada, Yuui YOKOTA, Akira YOSHIKAWA
    • 学会等名
      9th International Symposium on Optical Materials
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal growth of long Ru-Mo-W alloy single crystal wires by the dewetting micro-pulling-down method equipped with a continuous feeding system2023

    • 著者名/発表者名
      Rikito Murakami, Shiika Itoi, Kotaro Yonemura, Kei Kamada, Akira Yoshikawa
    • 学会等名
      The 11th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ru-Mo-W-Re合金結晶線材のDewetting マイクロ引き下げ法による育成および評価2023

    • 著者名/発表者名
      村上力輝斗,糸井椎香,米村虎太朗,鎌田圭, 吉川彰
    • 学会等名
      2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Effect of impurity Zr contamination on properties of Ru-Mo-W alloys grown by the dewetting micro-pulling-down method2023

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yonemura, Rikito Murakami, Shiika Itoi, Kei Kamada, Takahiro Horiai, Takashi Hanada, Akihiro Yamaji, Masao Yoshino, Hiroki Sato, Yuji Ohashi, Shunsuke Kurosawa, Yui Yokota, Akira Yoshikawa
    • 学会等名
      The 11th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relationship between resistivity and composition of Ru-Mo-W system and single crystal wire grown by the dewetting micro-pulling-down method2023

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yonemura, Rikito Murakami, Shiika Itoi, Kei Kamada, Takahiro Horiai, Takashi Hanada, Akihiro Yamaji, Masao Yoshino, Hiroki Sato, Yuji Ohashi, Shunsuke Kurosawa, Yui Yokota, Akira Yoshikawa
    • 学会等名
      The 32nd Development of Materials Science in Research and Education
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Ruthenium-Based Alloy Wire for Highly Efficient OLED Vacuum Deposition2023

    • 著者名/発表者名
      Rikito Murakami, Kei Kamada, Kenichi Umetsu, Shiika Itoi, Hiroaki Yamaguchi, Takashi Yoshioka, Katsunari Oikawa, Junji Kido, Akira Yoshikawa
    • 学会等名
      The Minerals, Metals & Materials Society 2023 Annual Meeting & Exhibition
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 濡れ性の低い系でのマイクロ引き下げ法における合金線材の形状制御凝固(1)2022

    • 著者名/発表者名
      村上 力輝斗,及川 勝成,鎌田 圭,吉川 彰
    • 学会等名
      結晶成長学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 濡れ性の低い系でのマイクロ引き下げ法における合金線材の形状制御凝固(2)2022

    • 著者名/発表者名
      村上 力輝斗,及川 勝成,鎌田 圭,吉川 彰
    • 学会等名
      結晶成長学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [産業財産権] 製造装置及び結晶成長方法2023

    • 発明者名
      村上力輝斗、吉川彰、鎌田圭、山口大聡、糸井椎香、庄子育宏
    • 権利者名
      村上力輝斗、吉川彰、鎌田圭、山口大聡、糸井椎香、庄子育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-075899
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 処理装置および方法2023

    • 発明者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井椎香
    • 権利者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井椎香
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-195964
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 金属部材および製品2023

    • 発明者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 権利者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-208246
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 金属部材および製品2023

    • 発明者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 権利者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-208247
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 金属部材および製品2023

    • 発明者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 権利者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-208249
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 金属部材および製品2023

    • 発明者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 権利者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-208251
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 金属部材および製品2023

    • 発明者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 権利者名
      村上 力輝斗、吉川 彰、鎌田 圭、糸井 椎香、庄子 育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-208252
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [産業財産権] 組成物、及び、抵抗発熱体2023

    • 発明者名
      村上力輝斗、吉川彰、鎌田圭、山口大聡、糸井椎香、庄子育宏
    • 権利者名
      村上力輝斗、吉川彰、鎌田圭、山口大聡、糸井椎香、庄子育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 化合物、被膜、容器材料および管材2022

    • 発明者名
      村上力輝斗、吉川彰、鎌田圭、山口大聡、糸井椎香、庄子育宏
    • 権利者名
      村上力輝斗、吉川彰、鎌田圭、山口大聡、糸井椎香、庄子育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [産業財産権] 超臨界流体または亜臨界流体用耐食部材2022

    • 発明者名
      村上力輝斗、吉川彰、鎌田圭、山口大聡、糸井椎香、庄子育宏
    • 権利者名
      村上力輝斗、吉川彰、鎌田圭、山口大聡、糸井椎香、庄子育宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-198275
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-09-01   更新日: 2025-01-30  

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