凝固過程のミクロ/マクロ複合モデリング

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05239106
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 大中 逸雄 大阪大学, 工学部, 教授 (00029092)
• 研究分担者: 中山 恒 東京工業大学, 工学部, 教授 (50221461) ; 塚田 隆夫 東北大学, 反応化学研究所, 助教授 (10171969) ; 林 勇二郎 金沢大学, 工学部, 教授 (30019765) ; 長島 昭 慶応大学, 理工学部, 教授 (80051514)
• キーワード: 凝固 / 融液成長 / ミクロ伝熱 / 物質移動 / 相変化 / 組織制御 / 機能材料 / 物性値

研究概要

1.凝固に重要な影響を及ぼす融点近傍の熱物性値に関しては、まず昨年度に開発した微粒子散乱法測定装置により、凝固点近傍における水およびヘキサデカンの粘性挙動の測定を行った。水による測定では過冷却域の測定が可能であることを示した。さらに、高温融体を測定するために装置を高温用に改良した。高温融体測定の予備的実験として溶融KNO_3の測定を行った結果、この装置が高温融体の測定にも適用できることを示すことができた。
2.Y系酸化物超伝導体などの包晶反応凝固機構を昨年度に引き続き実験的に明らかにして、基本的なモデルを提案した。さらに、本凝固機構にも関連する固液界面での異物質の挙動を透明物質を利用して観察し、温度勾配、溶質濃度、凝固形態と異物質の界面への捕捉条件を実験的に求め、その機構を有る程度明らかにした。
3.Bi-Sn系合金の凝固実験を行い、過冷却と壁面冷却による結晶成長過程での組織と組成をEPMAによる反射電子像の撮影と線分析とにより追求した。そして、これらのミクロ組織の形成機構を融液組成および初期過冷却分布などと関連づけた動的な状態変化として明らかにした。
4.平成5年度に開発したCZ酸化物単結晶育成に関する総合熱解析モデルに3次元熱応力解析モデルを付加することにより、本系に関するマクロモデルの構築を達成すると共に、これにより操作条件-固液界面形状-熱応力の関係を明らかにした。また、マクロモデルの妥当性を検討するために、LiNbO_3単結晶育成実験を行い、系内の温度分布に関するデータを採取した。
5.直径数十から100μmの微小金属柱の凝固形成過程を支配する過冷却と凝固進行をハンダ球を用いた基礎実験により調べた。これにより、凝固進行をシミュレートする動的解析モデルの確立に必要な基礎データを得、更に冷却速度と金属組織の関連を見いだした。

研究成果

• [文献書誌] Hideyuki Yasuda,Itsuo Ohnaka,Yasuo Matsunaga and Yuh Siohara: "Faceted Peritectic Reaction of Organic Alloy" U.S.Japan cooperative Science Program Seminar on “Solidification Processing for the 21st Centry". 63-70 (1994)
• [文献書誌] 大中逸雄・安田秀幸・矢野達郎: "有機物合金のファセット成長" 日本機械学会熱工学講演会講演論文集. 15-47 (1994)
• [文献書誌] 長島 昭、他2名: "凝固点近傍における融液挙動の微粒子散乱による光学的観察(第1報)" 第31回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 304-306 (1994)
• [文献書誌] 長島 昭、他2名: "凝固点近傍における融液挙動の微粒子散乱による光学的観察(第2報)" 第15回日本熱物性シンポジウム講演論文集. 426-429 (1994)
• [文献書誌] 長島 昭、他2名: "凝固点近傍における融液挙動の微粒子散乱による光学的観察(第3報)" 日本機械学会熱工学講演会講演論文集. 34-36 (1994)
• [文献書誌] 長島 昭、他2名: "凝固点近傍における融液挙動の微粒子散乱による光学的観察(第4報)" 第32界日本伝熱シンポジウム講演論文集. (発表予定). (1995)
• [文献書誌] A.Nagashima、他2名: "Optical Observation of Viscous Behavior of Melts by Micro-Particle Dispersion Method(1st Report)" 4th Asian Thermophysical Properties conference. (発表予定). (1995)
• [文献書誌] K.Kakinoki et al.: "Transition of flow mode in a model CZ melt" J.Chem.Eng.Japan. 27. 790-794 (1994)
• [文献書誌] W.Nakayama and H.Gho: "Modeling of Rapid Solidification of Microscale Solder Balls" Proc.Inter Pack95. (発表認可済). (1995)
• [文献書誌] 中山恒、郷宏行: "ハンダマイクロブリッジ形成過程の熱工学モデル" 日本機械学会熱工学講演会論文集. 38-40 (1994)
• [文献書誌] K.Fujioka,W.Nakayama,and Y.Sugino: "Numerical Simulation of Thermal History for Czochralsk:Growth of Silion Single Crystals" Heat Transfer Japanse Research. 22. 416-433 (1993)
• [文献書誌] W.Nakayama: "COOLING of ELECTRONIC SYSTEMS Infrormation Processing and Heat Transfer Engineering" Kluwer Academic publishers, 33 (1994)