21世 紀COEプ ログラム 博士課程3年

平 成16年9月17日
氏名
21世
紀COEプ
ログ ラ ム
篠田
健太郎
拠 点 ：大 学 院 工 学 系 研 究科
応 用 化 学 専 攻 、 化 学 シ ステ ム 工学 専攻 、
化 学 生命 工 学 専 攻 、 マ テ リアル 工 学 専 攻
“化 学 を 基 盤 とす る ヒ
平 成16年
ふ りがな
しのだ
氏
篠田
名
所属機関名
ュー マ ンマ テ リアル 創 成 ”
度 リサ ー チ ・ア シ ス タ ン ト報 告 書
けんたろ う
生
年
健太郎
東京大学大学院
工学系研 究科マテ リアル工学専攻
〒113-8656
所在地
文 京 区 本 郷7-3-1
電 話03-5841-7099
申請時点での
学年
研究題 目
博士課程3年
溶射素過程の計測 ・解析に基づ く溶射 プロセス設計
指導教官の所属 ・氏名
工学系研究科
吉田豊信教授 ・小関敏彦助教授
月
日
氏名
Ⅰ
研 究 の 成 果(1000字
篠田
健太郎
程 度)
(図表 も含 めて分か りやす く記入のこと)
こ れ ま で 開 発 し て き た 実 験 装 置 を 元 に 計 測 実 験 を 行 っ た 。 主 要 な 結 果 ・考 察 を 以 下 に 述 べ る。
ジル コニ ア の粘 性
μ=0.0037exp(6100/T)と
求 め られ 、 融 点3000Kに
ル コ ニ ア の 密 度 に は570Okg/m3の
Pasに
お い て0.028Pasと
な っ た。 こ こ で 、 ジ
値 を 用 い た 。こ の 値 は ア ル ミ ナ の 磁 点2323Kで
の 値0 .069
比 べ て か な り小 さ く 、 動 粘 性 係 数 に 換 算 す る と 、 ジ ル コ ニ ア は4.9×10-6m2/sで
ミナ は1.5×10-5m2/sと
な り 、3倍
アル
も違 うこ とが わ か っ た 。 す な わ ち い っ た ん 溶 融 させ て し ま
え ば 、 ジ ル コ ニ ア の 方 が 容 易 に 篇 平 す る の で あ る。Fig.1に
両 者 の 計算 結 果 の 比 較 を示 す 。 ジ
ル コニ ア の 方 が 実 際 に 高 い 扁 平 度 を 示 して い る の が わ か る。
界 面接 合 様 式
得 られた冷卸速度 とスプラット厚か ら熱伝達係数及びその逆数である接触熱抵抗の値を導出
した と ころ 、 それ ぞ れ 、3×104-3×105W/m2K及
び3×10-6-4×10-5m2K/Wと
な っ た。
ミ リメー トル か らセ ンチ メー トル の オ ー ダー で あ るス プ ラ ッ トクエ ン チ ン グ にお い て は基 板
の熱伝 導率 が凝 固組 織 に 影 響 を及 ぼす との 報告 がな され て い るが 、上 記 に 見 られ る よ うに 、溶
射 プ ロセ ス に お い て は 界 面 の 接 触 状 態 が 予期 され る ほ ど良 くな く、今 後 の 凝 固組 織 制 御 の た め
に は接 触熱 抵 抗 の支 配 因 子 を探 る こ とが 非 常 に重 要 とな る。現 在 の と ころ 、粒 子 −基 板 間 に空
気 の層 が あ る と考 えて い る。基 板 表 面粗 さ と界 面接 合 の 関係 に関 して は 、基 板 表 面 の微 細 な粗
さは粒 子変 形 後 期 の縁 に お け る フ ィ ンガ ジン グ(Bussmannの
定 義 に 従 い 、 ス プ ラ ッ ト本 体 か
ら2次 液 滴 が 飛 散 しサ テ ライ ト状 に2次 ス プラ ッ トを形 成す る場 合 をス プ ラッ シ ン グ 、
スプ ラ
ッ ト本 体 が揺 らい だ縁 を持 つ こ とを フ ィ ンガ リング と呼 ぶ)に は影 響 を及 ぼ ず が 、衝 突 初 期 の
変 形す な わ ち篇 平 率 に は ほ とん ど影 響 が な い こ とが わ か っ た。これ は最 近 の 数 値 計算 結 果 とも
一 致 してい る。近 年 の 溶 射 プ ロセ ス は高 速 小粒 径 が主 流 で あ り、扁 平 率 換 算 で 見 れ ば 速 度 が そ
の支 配 因 子 とな る。 しか しな が ら、セ ラ ミ ック溶 射 に関 す れ ば 、応 力 緩 和 機 構 と して縦 割 りの
ク ラ ックが 入 る た め 、過 度 に厚 み の な い ス プ ラ ッ トを必 要 とはせ ず 、篇 平 率 に して3程 度 も あ
れ ば十 分 で あ る。そ の た め、低 速 セ ラ ミック溶 射 の 場 合 、速 度 は重 要 因 子 とは な らな い。Ti溶
射粉 末 の 場 合 、基 板 との接 合 強 度 が溶 射 粉 末 サ イ ズ に比 例 し、通 常40MPa程
120μmの
Mpaま
粉 末 を 使用 した 際 に は200
で 向 上 した とい う研 究 報 告 が あ
った の に対 し、セ ラ ミ ック の 場 合 、応
力 緩 和 機 構 と して の ク ラ ッ クが ど う作
用 す るか は 体 積 収 縮 問 題 と併 せ 、 今 後
検 討 して い か な くて は な らな い 。
度 の付 着 強 度 が
氏名
II学
篠田
健太郎
術 雑 誌 等 に 発 表 した論 文(掲 載 を 決 定 され た もの を含 む.)
共 著 の 場 合,申 請 者 の役 割 を 記 載 す る こ と.
(著者,題 名,掲 載 誌 名,年
月,巻
号,頁
を記 入)
学 術 雑 誌 と学 会 等 の プ ロシ ー デ ィ ン グ な ど を 以 下 の よ うに 区別 して 記 入 す る こ と.
(1)学
術 論 文(査 読 あ り)
(2)学
会等 の プ ロシーデ ィング
(3)そ
の 他(総
(1)
説 ・本)
Kentaro Shinoda,
system
of
spraying
(2)
Yoichi Kojima,
for
deformation
yttria-stabilized
conditions",
and -Toyonobu Yoshida,
and
zirconia
Journal
of Thermal
effects
in the proceedings
available
on CD.
of International
on
measurement
solidification
droplets
Kentaro Shinoda, Atsushi Yamada, Toshihiko
"In
situ
measur
ement
of
sprayed
supercooling
"In-situ
Spray
under
Technology
Koseki,
phenomena
plasma
に投 稿 中。
and Toyonobu Yoshida,
ceramics
particles
splat
Thermal Spray Conference,
and
morphology",
May 2004,
氏名
III学
名,発
表 した 学 会 名,場 所,年
月 を記 載)
Shinoda,
Atsushi
Yamada, Toshihiko
Koseki,
and Toyonobu
measurement of spray
ed ceramics particles
and supercooling
morphology",
International
上記国際会議にて Japanese
篠田
健太郎
会 に お い て 申 請 者 が 口頭 発 表 も し くは ポ ス タ ー 発 表 した 論 文
(共 同研 究 者(全 員 の 氏 名),題
Kentaro
"In situ
篠田
健 太 郎 、"YSZ単
Thermal
Spray
Organizing
Conference,
Committee Awards
Osaka,
Yoshida,
effects
on splat
May 2004.
受賞。
一溶 射粒 子 の急速 変形 ・
急 速 凝 固 過 程 の そ の 場 計 測"、東 京 大 学COE
合 詞 シ ン ポ ジ ウ ム 、 東 京 大 学 、2004年6月
。