| 研究課題/領域番号 |
20K05122
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 |
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研究代表者 |
川人 洋介 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭技術開発プログラム), プログラム長 (70379105)
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| 研究分担者 |
伊藤 元雄 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(高知コア研究所), グループリーダー代理 (40606109)
嶋根 康弘 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究プログラム), 准研究副主任 (40638251)
松井 洋平 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭技術開発プログラム), 特任技術副主任 (90756199) [辞退]
鄭 美嘉 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭技術開発プログラム), 特任研究員 (00846438)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | レーザ溶接 / セラミックス / マントル物質 / レーザその場溶岩生成 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、レーザ加熱によるマントル物質の溶融挙動の解明に基づき、高出力レーザを用いた簡易的新セラミックス溶接法の創出に挑戦する。今年度は下記の研究課題について実施した。
①マントル物質の一体化機構の解明：レーザを用いたセラミックス溶接技術を念頭に、マントル物質のあらゆる物質を一体化する機構について解明するため、マントル物質（マントルゼノリス：ペリドット）に高出力レーザを照射し、溶融・再凝固時の物性の変化について微細部Ｘ線回折（XRD）測定にて評価を実施した。XRD測定結果から、試料ペリドットの組成はMg1.8Fe0.2(SiO4)と判明し、レーザ照射後にはFeOの存在の可能性も新たに確認できた。また、レーザ照射によって、単結晶が微細化し、結晶面が異なる方向に向いた複数の結晶子から成る多結晶体に変化することがわかった。これらの結果、本接合において注目すべき元素が酸素であることが判明した。
②セラミックスの局所溶融部を生成するその場溶岩生成手法の設計：更なるレーザ加熱時の局所溶融部の挙動を明確化するため、表面張力対流（マランゴニ対流）を考慮し、光粒子を60個から2万個に増加させることでビームプロファイルを現実に近づけ、光と物質との相互作用に影響する光粒子の影響半径を最適化し、さらにプログラムをOpen-MPによる並列化を行い、JAMSTECが所有するスーパーコンピューター（地球シミュレーター）で400万粒子の数値計算を行った。計算速度が26倍になり、キーホールを形成する液相挙動が詳細に明らかにになり、溶接池の前方および後方に液相部が飛散することがわかった。
③高出力レーザを用いた新セラミックス溶接の可能性探索：汎用的で広い分野におけるセラミックス溶接を実現するためには、①および②の知見に基づき所定の溶接位置に局所溶融部を形成できる接合治具を設計した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
マントル物質の一体化機構の解明、セラミックスの局所溶融部を生成するその場溶岩生成手法の設計および高出力レーザを用いた新セラミックス溶接の可能性探索の研究課題を概ね遂行できているため。
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| 今後の研究の推進方策 |
高出力レーザを用いた新セラミックス溶接の可能性探索を実施する。
汎用的な（レーザ溶接のように誰でも使える）セラミックス溶接を実現するためには、これまでに研究を実施してきたマントル物質の一体化機構の解明の知見およびセラミックスの局所溶融部を生成するその場溶岩生成手法の設計に基づき所定の溶接位置に局所溶融部を形成する溶接法の可能性を探索する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナの影響で研究・接合治具の発注が遅れたため、次年度使用額が生じた。
次年度が最終年度なので、早期に接合治具を発注し、所定の研究目標に向けて研究に取り組む。
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