溶融Siの表面張力および溶融Siによる珪化物の濡れ性の測定

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10750527
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 藤井 英俊 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (00247230)
• キーワード: 表面張力 / 接触角 / シリコン / 酸化珪素 / 窒化ホウ素 / 微小重力 / 浮遊液滴振動法 / 静滴法

研究概要

電磁浮遊液滴振動法および静滴法を用いて溶融Siの表面張力を測定するとともに、静滴法の場合には溶融Siによる種々の基板の濡れ症の測定を行った。電磁浮遊液滴振動法では、地下無重力実験センターの落下塔を用いて微小重力環境で測定を行った。この際、クワドラポールを形成するコイルとダイポールを形成するコイルを組み合わせることで液滴の形状を自由に変形させる手法を確立し、液滴形状を球形に制御しながら表面張力を測定した。これにより融点以下の1460Kから1880Kまでの幅広い温度域で表面張力を測定が行え、非常にバラ付きの少ない結果を得ることができた。これは、静滴法などの他の手法では表面張力の値を算出する際に得られた映像を実スケールに変換する必要があるが、本手法では液滴の振動数のみから計算できるため、その必要がないからである。また、上述の手法を用いることで液滴の変形がどのように液的の振動に影響を及ぼし、その結果得られる表面張力値がとのような変化するかについても検討を行った。
溶融SiとSiO_2との間の真の接触角は、SiとSiO_2の界面でSiOのガス相が発生するため、みかけの接触角と異なっていた。このことに対して十分な配慮し検討すると真の値は80゜以下であり、見かけの値より15゜以上小さいことがわかった。また、溶融SiとBNとの接触角は約115゜であった。この系は接触角の経時変化はなく、その値も90゜より大きいため、静滴法で表面張力を測定するのに優れた組み合わせてあることがわかった。得られた表面張力値はほぼ浮遊液滴法で得られたものとほぼ同じであったが、バラ付きは大きかった。
本年度、これらの研究の成果として、学術論文7報、国際会議発表論文1報を報告した。

研究成果

• [文献書誌] H.Fujii: "Effect of Gas Evolution at Solid-Liquid Interface on Contact Angle between Liquid Si and SiO_2"Journal of Materials Science. 34. 3165-3168 (1999)
• [文献書誌] H.Fujii: "Application of Wetting Research to Joining and to Production of a Composite Material: Good-wetting and Poor-wetting"Science and Technology of Welding and Joining. 3・4. 187-193 (1999)
• [文献書誌] K.Nogi: "Surface Tension Measurments of Molten Silicon in Microgravity Environment"20^<th> Jpn symp. Thermophysical Properties. 268-271 (1999)
• [文献書誌] K.Nogi: "Effect of Droplet Distortion on Surface Tension in Electromagnetic Levitation Method"ISIJ International. 40. S144-147 (2000)
• [文献書誌] H.Fujii: "Analysis of Surface Oscillation of Levitated Droplet in Microgravity"Space Forum. 6(in press). (2000)
• [文献書誌] Y.Asakuma: "Equilibrium shape of a Molten Silicon Drop in an Electromagnetic Levitator in Microgravity Environment"Metallurgical and Materials Transactions A. 31A(in press). (2000)
• [文献書誌] H.Fujii: "Surface Tension of Molten silicon Measured by Electro magnetic Levitation Method under Microgravity"Metallurgical and Materials Transactions A. 31A(in press). (2000)
• [文献書誌] H.Fujii: "Analysis of surface Oscillation of Droplet under Microgravity for the Determination of its Surface Tension"Acta Materialia. 48(in press). (2000)