融体液滴浮遊による耐火金属の熱物性計測

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350344
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 依田 眞一 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, (NASDA)・宇宙科学研究本部宇宙環境利用科学研究系, 教授 (00344276)
• 研究分担者: PARADIS Paul?Francois 独立行政法人宇宙航空研究開発機構(NASDA), 宇宙科学研究本部ISS科学プロジェクト室, 招聘研究員 (10344277)
• キーワード: 無容器プロセッシング / 静電浮遊法 / 高融点金属 / 密度 / 定圧比熱 / 表面張力 / 粘性係数 / 過冷却

研究概要

本研究は、耐火金属等の液体状態の熱物性値(密度、熱膨張率、比熱、表面張力及び粘性係数)を静電浮遊法による無容器プロセッシングで計測するものである。研究対象とする耐火金属は2,000℃以上の融点を持ちかつ液体状態では化学的活性に富むため、坩堝を用いた従来の測定法では測定が困難である上、不純物の混入が避けられないことからデータの信頼性が低い。無容器プロセッシングを用いればこれらの問題が解決される上、融点以下の過冷却状態の物性値も測定するととが可能となる。無容器プロセッシングを具現化する方法としては、他にガス・音波・磁場・電磁等がある。本研究で採用する静電浮遊法は技術的に最も困難であるが、浮遊によって試料に与えられる擾乱が最も少なく物性測定に最適な方法である。
本研究では、これまでに開発していた静電浮遊炉に回転制御機構を付加し、浮遊試料の回転を制御することによりより高精度に熱物性値を測定することを可能にした。ハフニウム(融点2504K)、ロジウム(融点2336K)、ルテニウム(融点2607K)の上述のすべての熱物性値の計測に、タンタル(融点3290K)およびレニウム(融点3453K)については密度の計測に成功した。また、これまでに計測したチタン、ジルコニウム、ニオブ及びハフニウムのデータと剛体球モデルによる理論計算とを比較したところ結果は良く一致した。これは、採用したモデルの妥当性と測定データの信頼性の高さを示すものと理解される。これに加えて、加圧雰囲気下で酸化物(ネオジウム添加50%酸化カルシウム-50%アルミナ、チタン酸バリウムおよびビスマス鉄酸化物)の浮遊溶融および融体の密度計測にも成功し、無容器プロセッシングによる物性測定の適用範囲を拡大した。

研究成果

• [文献書誌] T.Ishikawa, P.-F.Padradis, T.Itami, S.Yoda: "Thermophysical properties of liquid refractory metals: comparison between hard s phere model calculation and electrostatic levitation measurements"JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. Vol.118, No.17. 7912-7920 (2003)
• [文献書誌] T.Ishikawa, P.-F.Padradis, T.Aoyama, S.Yoda: "Thermophysical Properties Measurements of Molten Hafnium Using an Electrostatic Levitation Furnace"Proceedings of the 23^<rd> Japan Symposium on Thermophysical Properties Nov.25-27, 2002, Tokyo. 23. 24-26 (2002)
• [文献書誌] P.-F.Paradis, T.Ishikawa, S.Yoda: "Thermophysical Property Measurements of Supercooled and Liquid Rhodium"International Journal of Thermophysics. 24. 1121-1136 (2003)
• [文献書誌] P.-F.Paradis, T.Ishikawa, T.Aoyama, S.Yoda: "Importance of sample rotation control for containerless material processing on the ground and in microgravity"Journal of Japan Society. of Microgravity Application.. 20. 218-225 (2003)
• [文献書誌] T.Ishikawa, P.-F.Paradis, J.Yu, Y.Arai, N.Koshikawa, S.Yoda: "Electrostatic levitation method for containerless material processing in microgravity"the journal of space technology and science. 18. 8-16 (2003)
• [文献書誌] P.-F.Paradis, T.Ishikawa, S.Yoda: "Noncontact density, measurements of tintalum and rhenium in the liquid and undercooled states"Applied Physics Letters. 83. 4047-4049 (2003)
• [文献書誌] P.-F.Paradis, T.Ishikawa, S.Y oda: "Non-Contact Measurement Technique of the Vapor Pressure of High Temperature Solid and Liquid Materials"European J.Phys.Appl.Phys. 22. 97-101 (2003)
• [文献書誌] P.-F.Paradis, T.Ishikawa, S.Y oda: "Thermophysical Properties of liquid and supercooled ruthenium measured by non contact methods"J of Materials Research. 19. 590-594 (2004)
• [文献書誌] T.Ishikawa, P.-F.Paradis, S.Yoda: "Thermophysical properties measurements of refractory metals using an electrostatic levitation furnace"Proceedings of the 24^<th> Japan Symposium on Thermophysical Properties, Okayama. 24. 348-350 (2003)
• [文献書誌] P.-F.Paradis, J.Yu, T.Ishikawa, S.Yoda: "Contactless Density Measurement of Liquid Nd-Doped 50%CaO-50%Al_2O_3"J.Am.Ceram.Soc.. 86. 2234-2236 (2003)