超音波による粉体焼結プロセスのオンラインモニタリング

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650711
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 井原 郁夫 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (80203280)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 相澤 龍彦 東京大学, 先端科学技術研究所センター, 教授 (10134660)
• Keywords: 超音波 / 紛体焼結 / プロセスモニタリング / 高温 / プラズマ焼結 / 高温センサー / 波動伝播シミュレーション

Research Abstract

プラズマ焼結プロセスのオンラインモニタリングを実現するための高性能高温超音波プローブの開発を行った.得られた主な結果は以下のとおりである.
(1)高温超音波プローブの設計
高温場でのパルスエコー計測に適した超音波プローブの開発のキーポイントは,高温環境に耐え,かつ,優れた超音波伝播特性を有するバッファーロッドを設計することである.本研究では必要条件を満たすバッファーロッド材料として微粒子・高密度のアルミナを採用した.これにより超音波減衰の少ないパルスエコー計測が実現できた.次に,差分法を用いた波動伝播シミュレーションによりバッファーロッド内での超音波伝播挙動を系統的かつ詳細に調べ,アルミナバッファーロッドの最適幾何形状を決定した.傾斜角1.5度のテーパロッドを採用することでとTrailing echoesの無い(SN比の高い)パルスエコー計測が実現できた.
(2)高温超音波プローブの製作と評価
上記のシミュレーション結果に基づいて高密度アルミナ製テーパロッドを作製し,その超音波伝播特性を調べた.常温での結果はシミュレーションによる予測とよく一致し,超音波プローブとしての有効性が確認された.このアルミナバッファーロッドを用いた超音波プローブを既存のプラズマ焼結装置に設置したところ,少なくとも1000℃での高温計測が可能であることが確認された.次に,さらなる超音波伝播特性の向上とそのSelf-reference化を図るために,アルミナプラズマ溶射によりバッフアロッド表面を被覆し,その高温材料特性を調べた.
以上のように,本年度の研究により高性能な高温超音波プローブの開発がほぼ終了した.

Research Products

• [Publications] I.IHARA,C-K.JEN,and D.RAMOS FRANCA: "Materials Evaluations in Molten Metal Using a Focused Ultrasonic Sensor"Proc.of The Second International Symposium on Eco-Materials Processing & Design. (2001)
• [Publications] 井原郁夫,阿曽浩,古口日出男,Cheng-Kuei Jen: "苛酷環境用超音波センサーの開発-波動伝播シュミレーションによる設計支援-"第21回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集. 133-134 (2000)
• [Publications] 井原郁夫,阿曽浩,古口日出男,五十嵐龍太郎,Cheng-Kuei Jen: "溶融金属の清浄度評価のための高温超音波センサーの開発"日本非破壊検査協会平成12年度秋季大会講演概要集. 207-208 (2000)