日本金属学会会報

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2019年11月 1 日発行（ 毎月 1 回 1 日発行）

金属素描〜マグネシウム〜

表彰 受賞者紹介（秋）

特集「金属および酸化物の高温融体物性」

講義ノート 焼結の基礎̶理論的背景から実際まで̶

Ⅱ．焼結緻密化の速度論

58

MTERE2 58（11）593〜710（2019）https://jim.or.jp/

Vol.58 No.11 ISSN 1340-2625

2019https://www.jim.or.jp/journal/m/（←まてりあ記事オンライン）

https://www.jim.or.jp/journal/m/

2019
Vol.58
No.11

マグネシウム

金属素描

No. 6

表彰

第17回学術貢献賞受賞者 ………………………595
第42回技術開発賞受賞者 ………………………597
第17回功労賞受賞者 ……………………………599
第29回奨励賞受賞者 ……………………………600
第 9 回まてりあ賞受賞者 ………………………601
第16回村上記念賞受賞者 ………………………602

安藤大輔 ……………………………………………………………………593
第16回村上奨励賞受賞者 ………………………602
第67回論文賞受賞者 ……………………………603
第31回若手講演論文賞受賞者 …………………605
第33回優秀ポスター賞受賞者 …………………606
第 2 回高校・高専学生ポスター賞受賞者 ……609
第17回 World Materials Day Award 受賞者 …610

特集「金属および酸化物の高温融体物性」
企画にあたって 齊藤敬高 柴田浩幸 中島邦彦 須佐匡裕 福山博之 田中敏宏 …………611
溶融金属の粘度の現状 小畠秀和 Elke Sondermann J äurgen Brillo…………………………612
落下型熱量計による酸化物融体の熱量測定 菅原 透 ……………………………………616
静磁場印加電磁浮遊法による溶融金属の熱物性測定と熱力学的過剰量
福山博之

渡邉

学………………………………………………………………………………………622

アルミノケイ酸塩融体の物性(粘度，モル体積，表面張力)と非架橋酸素濃度の相関 助永壮平 柴田浩幸 …………………………………………………………………………………627
朱 鴻民 ……………………630
高温融体の広粘度域測定技術の開発 竹田 修 盧
ホウケイ酸塩融体の熱伝導率 西 剛史 太田弘道 ……………………………………………634
静電浮遊法による超高温下における熱物性測定 石川毅彦 ………………………………637
溶融金属の粘度と熱力学諸量との関係 高平信幸 ……………………………………………641
溶融酸化物の熱伝導度 森田一樹 青木穂高 ……………………………………………………645
幸 須佐匡裕……………………………649
シリケート融体の超音波速度と吸収係数 林
高温融体物性を特徴づける輸送係数としての拡散係数 小林能直 ……………………653
国際宇宙ステーションにおける溶融金属/酸化物間の界面張力 渡邉匡人 …………657
溶融金属の表面張力における温度および雰囲気酸素分圧依存性 小澤俊平 ………662
最大泡圧法による高粘性ガラス融体の密度測定 徳永博文 ………………………………667
高温融体の界面物性 中本将嗣 鈴木賢紀 田中敏宏……………………………………………669
高温融体の粘度，濡れ性および交流電場特性 齊藤敬高 中島邦彦 ……………………673
講義ノート

焼結の基礎―理論的背景から実際まで―

．焼結緻密化の速度論

吉田英弘 …677

焼結緻密化の理論的な背景から実際の事例まで，最近のトピックスを交えながら概説．

本会記事

会告 ………………………………………………684

会誌・欧文誌11号目次 …………………………705

支部行事 …………………………………………698

次号予告 …………………………………………706

掲示板 ……………………………………………698

行事カレンダー …………………………………707

2019年秋期講演大会記録………………………702

追悼 ………………………………………………710

新入会員 …………………………………………704
まてりあ・会誌・欧文誌の投稿規定・投稿の手引・執筆要領，入会申込書，刊行案内はホームページをご参照下さい．
https://jim.or.jp/
今月の表紙写真

航空機の短時間微小重力環境で観察した酸化物融体と溶融鉄のコア・シェル液滴形成過程(文献(7))．（a)酸化物量が少ない
場合．（渡邉匡人 658頁 図 1(a)より改変）

表紙デザイン北野玲

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）
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6
41 乃木坂ビル 3F FAX 03
3475
5619 E
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O

1

No. 6

マグネシウム(Magnesium)
東北大学

安

藤

大

輔

元素名Magnesium，原子番号12，質量数24.31，電子配置[Ne]3s2，密度1.738 Mg･m－3(293 K)，結晶構造最密六方晶(室温～融点)，融点932 K，沸点1376 K．地殻存在量4.7 wt(MgO 換算)【写真】(a) Mg ク
ラウン(日本マグネシウム協会写真提供)，(b)高純度精製 Mg 結晶(東洋サクセス試料提供)，(c) LPSO 型 Mg 合金素材，(d) LPSO 型 Mg 合金(Mg97Zn1Y2)の金属組織 SEM 像((c), (d)ともに熊本大学 山崎倫昭氏写真提供)．
マグネシウムと聞いて思い浮かべるものは中学時代の化学実験で，マグネシウムリボンに火をつけると白く美しい閃光を放ち燃えあがる姿であろう．この閃光は 1980 年代までカメラのストロボに用いられてきた．その印象から『マグネシウムは燃えやすく，危ない金属で構造用材料には使えない』というレッテルが貼られている．しかしながら，このように火をかざすだけで燃えあがるのは，薄膜や粉末の場合だけであり，バルク体はそう簡単に燃えることはない．もちろん一旦燃えてしまうと水や CO2 で鎮火が出来ないのも事実である．一方で，現代では合金開発が進み，難燃性マグネシウム合金も誕生している．このコーナーではマグネシウムの新しい一面をご紹介したい．
マグネシウムは構造用金属材料において最軽量で，その密度は鉄の約 1 / 4 であり，軽金属の代表であるアルミニウムと比べても 2 / 3 である．そのため，次世代軽量構造用材料として注目されてきた．現在，マグネシウム合金はモバイル
電子機器の筐体に採用され始めている．読者のスマートフォ
ン，ノートパソコンにも必ずマグネシウム製部品が入っていることだろう．
マグネシウム製部品の多くは鋳造やダイカストといったニ
アネットシェイプ成形で作られる．その理由は，マグネシウ
ムの結晶構造が最密六方晶であることに由来する変形異方性のために，二次加工性，特に室温での成形性が低いことが挙げられる．さらに，室温では底面すべりの臨界分解せん断応力(CRSS)が非底面すべりに比べて著しく小さく，底面すべりが活発に生じ，強底面集合組織を形成し，より異方性が強くなってしまう．さらに，変形双晶が形成され，変形が二重双晶内部に局所化し，一様伸びが小さくなることも報告されている．
これらの課題を解決するために，レアアース添加により底ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

面すべりと非底面すべりの CRSS 比を小さくすることで底面集合組織化を抑制し成形性を向上させる研究がなされてきた．その結果，圧延板材を温間プレス成型した自動車のイン
ナードアパネルが製造されている．今後はさらに大型の輸送機器の車体に適用し，軽量化による燃費向上が望まれている．また，レアアースフリーで同様の効果を有するように押出加工プロセスで結晶粒微細化，弱集合組織化を得る(1)という改善案も検討がなされている．
新しいトピックとしては，熊本大学の河村能人教授らにより日本発の新合金として KUMADAI マグネシウム( LPSO
型耐熱合金，レアアースフリー不燃合金)が開発されたことであろう．特に，LPSO 型マグネシウム合金は，周期的な積層変調と濃度変調がシンクロした新奇な長周期積層構造(LPSO 構造)を強化相とした高強度・高耐熱マグネシウム合金である．LPSO 型マグネシウム合金の詳細な特性については参考文献(2)を読んでいただきたい．また，マグネシウムに機能性を付加しようという試みで，準安定な体心立方晶をス
カンジウム添加で得て，チタン合金のようにマルテンサイト
変態による超弾性・形状記憶能(3)を持ち，熱処理による組織制御可能な合金も開発されている．日本発信の技術や新合金が多いマグネシウムの今後の展開から目が離せない．

文献( 1 ) T. Nakata, C. Xu, R. Ajima, Y. Matsumoto, K. Shimizu, T. T.
Sasaki, K. Hono and S. Kamado: Mater. Sci. Eng., A712
(2018), 1219.
( 2 ) 河村能人，相澤一也，古原忠，東田賢二「LPSO 型」グネシ
ウム合金の材料科学」日経 BP コンサルティング．
( 3 ) Y. Ogawa, D. Ando, Y. Sutou and J. Koike: Science, 353(2016), 368
370.

次号

金属なんでもランキング No. 6

比熱



O

3

～(公社)日本金属学会年度支部長，支部事務所のご案内～
.

北海道支部

.

北陸信越支部

支

部

支

部

長

三浦誠司
(北海道大学大学院工学研究院

支部事務所

長

教授)

北海道大学大学院工学研究院材料科学部門内福元謙一(福井大学附属国際原子力工学研究所

支部事務所

教授)

〒9308555 富山市五福3190

/%
FAX 0117066345

富山大学大学院理工学研究部

Email: jim_hokkaido＠eng.hokudai.ac.jp

/%
FAX 0764456839
Email: matsuda＠eng.utoyama.ac.jp

.

東北支部

支

部

長

今野豊彦
(東北大学金属材料研究所

支部事務所

教授)

.

関西支部

支

部

長

 0222152124

保田英洋(大阪大学大学院工学研究科

東北大学金属材料研究所
FAX 0222152126
%

支部事務所

Email: chie＠imr.tohoku.ac.jp(一財)大阪科学技術センターニューマテリアルセンター
 0664435326

.

関東支部

支

部

長

支部事務所

FAX 0664435310%

Email: nkansai＠ostec.or.jp

伊藤公久(早稲田大学基幹理工学部

教授)

教授)

東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専

.

中国四国支部

支

部

長

攻

清水一郎
(岡山理科大学工学部

 0358417107

支部事務所

Email: nakaya＠wood3staff.t.utokyo.ac.jp

教授)

岡山大学工学部機械システム系学科
 0862518027

FAX 0862518266%

Email: takemoto＠mech.okayamau.ac.jp

.

東海支部

支

部

長

松村康志
株 技術開発研究所(大同特殊鋼

支部事務所

所長)

.

九州支部

支

部

長

名古屋大学工学研究科マテリアル理工学専攻内
 0527893372

高島和希(熊本大学大学院先端科学研究部

支部事務所

Email: tokai＠numse.nagoyau.ac.jp

教授)

熊本大学大学院先端科学研究部
/%
FAX 0963423713
Email: mine＠msre.kumamotou.ac.jp◇◇活発な全国 8 支部活動 ◇◇本会の全国にある支部では，毎年様々な講演会・講習会（講演大会，本多光太郎記念講演会，セミナー，談話会），研究会，見学会などを実施しており，活発な活動を続けております．今後も皆様の積極的なご参加をお待ちしております．尚，行事のご案内は，会告，ホームページで行っておりますので，ご確認下さい．

（写真中国四国支部行事より）表彰 (公益社団法人日本金属学会)～2019 年 9 月 11 日(水) 岡山大学津島キャンパスにおいて，下記の方々が受賞されました．
皆様，おめでとうございます．～

第 17 回

日本金属学会学術貢献賞贈呈式(9 名)

［構造不規則系金属関連材料の物性構造相関に関する研究］
山形大学学術研究院 教授

臼(2019 年 9 月 11 日)

杵

毅

君

受賞者は，構造が不規則な金属関連材料の物性評価と精密構造解析において多くの研究業績を挙げてきた．特に，液体合金の金属非金属転移並びに深い共融点と液体構造との相関，アモルファス合金・金属ガラスの力学特性と不均一構造，相変化材料における結晶非結晶転移メカニズム，室温高イオン伝導ガラスならびに金属酸化物・カルコゲン化
物の液体及びガラス状態の機能と秩序構造，などに関する幅広い基礎理学的研究が高く評価されており，液体・非晶質金属分野の学術の発展に大きく貢献した．
［金属の表面改質と生体材料への応用に関する研究］名古屋大学未来材料・システム研究所

教授

興

戸

正

純

君

受賞者は，水溶液，溶融塩，有機溶媒中における表面改質技術に関して多くの業績を挙げ，そこで培った手法を発展させ生体材料の新たな表面改質法の開発に結び付けた．材料
表面の親水性がタンパク質吸着性，細胞接着性といった一連の生体反応に作用することを系統的に示し，骨伝導性との相関を明らかにした．チタン合金，ポリマーなどの超親水化法と保持法を見出した．この手法は生体材料に用いられるあらゆる固体人工物に展開でき，新たなインプラント材料の開発とその学術の発展に貢献した．
［鉄鋼生産プロセスに関与する酸化物の熱物性・特性に関する研究］
東京工業大学物質理工学院 教授 須

佐

匡

裕

君

受賞者は，主に鉄鋼生産プロセスに関与する酸化物の熱物性・特性に関して実験的・理論的研究を行ってきた．特に，鋼の連続鋳造で用いられるモールドフラックスに関して
は，その溶融状態を含めて，熱伝導率や屈折率の値を測定している．さらに，フラックスの反射率および透過率を結晶化率，酸化鉄濃度，結晶粒径に対して系統的に測定するとともに，結晶化がフラックス自体の，熱伝導と輻射を含めた見かけの熱伝導率に与える影響を明らかにし，緩冷却に有効なフラックスの設計指針を提案している．
［鉄鋼材料とその製造プロセスに関する研究］
岡山大学

特任教授

瀬

沼

武

秀

君

受賞者は，鉄鋼材料ならびにその製造プロセスに関する研究開発に従事してきた．特に組織制御の分野では，コンピュータを活用して組織材質を予測する組織材質予測技術の開発の萌芽期に先導的研究を行い，世界的な潮流を作り，この技術開発の発展に大きく寄与した．その後も超微細粒鋼の研究，ヘテロ組織制御の研究，析出強化最大化の研究，連続焼鈍における窒化や脱炭，超急速加熱の研究，ホットスタンピング技術の研究などを通し，材料ならびにプロセス開発の基盤の充実に貢献してきた．
［材料構成組織の局所的な力学特性評価に関する研究］
熊本大学大学院先端科学研究部

教授

高

島

和

希

君

受賞者は，金属材料を構成している微視組織からマイクロメータサイズの微小試験片を切り出し，局所的な力学特性を評価できる試験法を世界に先駆けて開発してきた．これまでこの試験法を利用し，鋼のマルテンサイト，Ti 合金，先進 Mg 合金など複雑で階層的な構成組織を有する材料について，組織要素レベルでの変形挙動及びメカニズムを解明し，大きな業績をあげている．これらの成果は，マルチスケール的な材料強化設計の基盤構築へ繋がるもので，金属材料の力学物性分野の学術発展に大きく貢献した．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan［結晶粒超微細化の基礎研究と実用化に関する研究］
兵庫県立大学大学院

教授

鳥

塚

史

郎

君

受賞者は， 1996 年に開始した超鉄鋼プロジェクトで，結晶粒径 1 ミクロン以下のバル
ク超微細粒鋼創製のための基礎研究を中心的に行い，結晶粒微細化技術の基礎を確立した．応用研究として，超微細粒組織線材の量産化技術を開発し，高強度精密部品の代表である M1.7 マイクロねじの製造技術を確立し，スマートフォンに採用された．結晶粒微細化による高強度化に伴う延性低下を克服し，高強度かつ高成形性の材料開発に成功し実用化に達するなど，結晶粒超微細金属材料の基礎研究とその発展に大きく貢献した．
［金属材料の腐食科学に関する研究］
東京工業大学物質理工学院

教授

西

方

篤

君

受賞者は，金属材料の腐食・防食の分野の基礎研究において多くの成果を挙げ，この分野の発展に大きく貢献した．特に，長期暴露試験により行われていた大気腐食の研究分野
において，薄膜電解液下でも金属材料の腐食速度を直接測定できる電気化学測定システムを確立した．これにより薄膜水下で起こる腐食現象を速度論的に解析できるようになった．さらに，このシステムは実大気環境における腐食モニタリング手法としても適用可能であり，今後，鋼構造物等の環境劣化モニタリングへの応用も期待される．
［自動車向け高強度機械構造用鋼に関する研究］
株 技術開発本部室蘭技術研究部
日本製鉄

部長

根

石

豊

君

受賞者は，自動車向け高強度機械構造用鋼の研究開発に取り組み，熱間軽圧下時の結晶粒粗大化機構の解明と粗大化抑制可能な棒鋼精密圧延技術の確立，調質処理省略型高靱性棒鋼の開発，冷間加工時の延性破壊予測技術の確立，軸受鋼の転動疲労き裂発生，進展過程の解明および介在物制御による高強度化技術の確立等の研究成果をあげ，製造工程における熱処理等の簡省略化，自動車部品の高強度化・軽量化を実現し，部品製造コストの削減や二酸化炭素排出量の削減等に貢献している．
［アルミニウム合金のナノ時効析出組織に関する研究］
富山大学大学院理工学研究部

教授

松

田

健

二

君

受賞者は，高分解能透過型電子顕微鏡法を駆使したアルミニウム合金，マグネシウム合
金，銅合金およびその複合材料中に現れる各種時効析出物の構造解析を詳しく行ってきた．特に AlMgSi 系合金においては，ナノオーダーの析出物を低加速電圧での高分解能観察法を採用することで電子線照射によって，ダメージを受けやすく観察が困難な GP ゾーンや初期生成物，さらに新種の SiAlMg 3 元系の中間相を本合金中に複数見出すとともに，b″相がそれらと同じく 3 元系の Si リッチな化合物であることをいち早く報告して，
AlMgSi 系合金の核生成段階から中間相への時効析出過程の理解に対する新しい方向性を提示した．

◇



◇

◇

表

彰

第 42 回1.

日本金属学会技術開発賞贈呈式(5 件，23 名)(まてりあ 58 巻 1 号)

フッ素添加中性塩水溶液を用いたステンレス鋼の電解式表面改質法

株 ケミカル山本

広島工業大学工学部
機械システム工学科社長

教授(2019 年 9 月 11 日)

広島工業大学工学部機械システム工学科
教授・共同研究機構産学連携推進センター
センター長

山本

正登

君

王

栄光

君

産業技術総合研究所
製造技術研究部門
素形材加工研究グループ

土取

功

君

株 ケミカル山本

部長

研究グループ付

佐藤
2.

直子

君

中井

誠

電気自動車用高耐摩耗性銀めっき膜の開発

君(まてりあ 58 巻 1 号)

株
DOWA メタルテック
金属加工事業部磐田技術センター

株
DOWA ハイテック
めっき加工部株
DOWA メタルテック

センター長

製造部長

代表取締役社長成枝

宏人

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

君

宮澤

寛

君

菅原

章

君




3.

株 スチール研究所
JFE スチール
棒鋼・線材研究部

株 スチール研究所
JFE スチール
棒鋼・線材研究部

株 スチール研究所
JFE スチール
棒鋼・線材研究部

主任研究員

主任研究員

部長

今浪
4.

(まてりあ 58 巻 2 号)

部品製造工程を革新する冷間鍛造用肌焼鋼 JECFの開発

祐太

君

岩本

隆

君

西村

公宏

君

(まてりあ 58 巻 2 号)

電気抵抗率を制御できる新しい抵抗体用複合材料の開発

株 開発本部鈴木合金

株 開発本部鈴木合金

株 開発本部
鈴木合金

主任

主任

常務取締役

勝山

浩道

君

浜野

島根大学学術研究院
理工学系

大輝

君

春井

眞二

君

東北大学未来科学技術共同研究センター
シニアリサーチ・フェロー

島根大学
准教授

北川



裕之

名誉教授

君

和久

芳春

君

表

彰

5.

(まてりあ 58 巻 2 号)

ろう材不要の新ろう付技術“MONOBRAZE
”の開発

株 UACJ R&D センター

研究企画部研究企画室

乳源東陽光 UACJ
精箔有限公司株 UACJ 板事業本部

深谷製造所品質保証部

株 UACJ 板事業本部

深谷製造所製品部

研究員

副総工程師

主査

主査

黒崎

友仁

君

村瀬

崇

君

寺山

和子

君

石

雅和

株 UACJ R&D センター
第一研究部

株 UACJ R&D センター

研究企画部

株 UACJ 自動車部品事業本部


上席主幹

主幹

部長

戸次

洋一郎

君

第 17 回

二宮淳司

君

日本金属学会功労賞

新倉昭男

贈呈式(2 名)君

君

(2019 年 9 月 11 日)［学術部門］2 名［Pd 代替水素分離膜材料の開発に関する研究］
物質・材料研究機構経営企画部門

部門長

西

村

睦

君

受賞者は，一貫して合金における水素と材料の挙動解明に関する研究を続け，特に水素の拡散透過において優れた業績を挙げ，当該分野を先導してきた．早くから体心立方金属のバナジウム(V)が持つ高い水素透過度に着目し，それを保ちつつ水素脆化を抑える添加
元素の探索，加工性などを精査するとともに，水素解離触媒性を付与し，かつ割れの生じない表面被覆法について検討し，既存の Pd 合金の数倍の性能を持つ安価な水素分離膜材料を開発した．近年は水素分離デバイス開発に他機関とともに取り組み，結晶構造に起因する機能の活用を実践することで，学術の発展に貢献している．
［形状記憶合金の材料設計に関する研究］
東京工業大学科学技術創成研究院

教授

細

田

秀

樹

君

受賞者は，金属間化合物や形状記憶合金の物性予測や材料開発に長年取り組み，特に，生体に安全な元素からなる Ni フリー生体用形状記憶・超弾性合金を提唱し，超弾性挙動，相安定性や組織形成などの基礎物性から生体適合性等まで幅広く研究を行い本分野の開拓に尽力してきた．さらに，医療 CT や MRI 造影性も兼ね備える AuCuAl などの第三世代生体用形状記憶合金の提唱や磁性形状記憶合金樹脂複合材料などの材料設計にも注力するなど，当該材料の設計に関する研究に大きく貢献した．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

第 29 回

日本金属学会奨励賞贈呈式(7 名)(2019 年 9 月 11 日)［物性部門］［新規カルコゲナイド相変化材料の開発とその実用化研究］
産業技術総合研究所ナノエレクトロニクス研究部門 主任研究員

齊

藤

雄

太

君

受賞者は，Te を含むカルコゲナイド材料の相変化メモリ応用を目指した研究に従事してきた．主な業績として，(1)高耐熱性遷移金属相変化材料の開発と，放射光実験及び第一原理計算による電子状態の解明，(2)相変化材料/基板界面での相安定性に着目した高配
向カルコゲナイド薄膜作製技術の確立，(3)構造解析と理論計算に基づく超格子型カルコ
ゲナイド材料の可逆的抵抗変化機構の提案，などが挙げられる．現在は，広範な層状カル
コゲナイド材料の基礎・応用の両観点から研究展開しており，今後の更なる発展が期待される．

［組織部門］［電子顕微鏡を用いた磁性材料の組織解析に関する研究］
九州大学大学院工学研究院 学術研究員

中

島

宏

君

受賞者は，透過電子顕微鏡を用いた独自の観察手法の開発と機能性磁性体における磁気ドメイン構造，結晶学的微細構造及び物性の解明に取り組んできた．主な業績として，(1)実空間と逆空間の両方で磁気構造の解析が可能な小角電子回折の電子光学系の構築，(2)電気磁気効果を示すフェライト磁性体における磁気渦構造の観察と形成機構の解明，などが挙げられる．現在は，透過電子顕微鏡を用いて，磁性体，誘電体，有機無機複合材
料，触媒ナノ粒子のナノスケールでの微細構造や電気・磁気的物性の観測に取り組んでおり，今後の更なる展開が期待される．
［高温変形の微視的メカニズムに関する研究］
物質・材料研究機構若手国際研究センター

ICYS 研究員

増

田

紘

士

君

受賞者は，電子顕微鏡を用いた微視組織観察によって，様々な金属材料における超塑性・クリープなどの高温変形の素過程解明に取り組んできた．主な業績として，(1)粒界
すべりおよび転位・拡散緩和現象の直接観察，(2)超塑性変形中の動的組織変化機構の解析，(3)粒界すべり現象の三次元イメージング，(4)室温クリープ現象の素過程の分析，などが挙げられる．現在は，研究対象をセラミックス材料にまで広げて，より広範な結晶塑
性の研究に取り組んでおり，今後の更なる展開が期待される．

［力学特性部門］［Ni 基超合金の組織と鍛造に関する研究］
東北大学大学院工学研究科

助教

上

島

伸

文

君

受賞者は，Ni 基超合金の組織と鍛造に関する研究を行ってきた．主な業績として，(1)Ni 基超合金の鍛造における組織形成 DB 取得とそのモデル化，(2)非整合化により軟化させた Ni 基超合金の流動応力のモデル化と，FEM 解析による鍛造プロセス開発 などが挙げられる．現在は，粉末冶金法で作製された Ni 基超合金の流動応力・鍛造後組織のモデ
ル化や，非単調負荷時の流動応力の転位密度ベースでのモデル化に取組んでおり，今後のさらなる発展が期待される．

［材料化学部門］［高酸素腐食促進試験法の開発およびコンクリート埋設鉄筋腐食に関する研究］
物質・材料研究機構構造材料研究拠点 独立研究者 土 井 康太郎

君

受賞者は，コンクリート構造物劣化の主要因である鉄筋腐食に関する研究に従事してきた．主な業績として，(1)鉄筋腐食を律速する酸素還元反応を加圧酸素ガスの供給により促進し腐食反応を底上げする高酸素腐食促進試験法の開発，(2)高酸素腐食促進試験法を用いたコンクリート埋設鉄筋の腐食メカニズムの検討，などが挙げられる．現在は，コン
クリートに付与される応力に着目し，応力と化学的要因の複合により促進される鉄筋腐食のメカニズム解明に取り組んでおり，今後の更なる展開が期待される．



表

彰

［材料プロセシング部門］［ナノ金属粒子の高温酸化を利用した自己治癒効果に関する研究］
東北大学大学院環境科学研究科 助教 丸

岡

大

佑

君

受賞者はナノ Ni および Co 粒子の高温酸化による Al2O3 基複合材料の強度回復現象を発見し，その自己治癒効果について研究を進めてきた．これまでにナノ金属粒子と基材との複合酸化層の成長モデルを提案し，強度回復プロセスとの関係性を明らかにした．また本
材料中への Y や Si の微量添加により，ナノ金属粒子の内部酸化抑制と強度回復発現の両立が可能であることを見出した．最近では自己治癒セラミックスの高温腐食過程や鉄鋼製錬プロセスに関する研究にも着手しており，今後のさらなる展開が期待される．

［工業材料部門］［水素化物超リチウムイオン伝導材料の開発と次世代エネルギーデバイスへの応用］
東北大学金属材料研究所 助教 金相 侖君

受賞者は，新規エネルギーデバイスの創出に向けた水素化物イオン伝導材料の研究に取り組んできた．主な業績として，(1)錯イオンの共存化による水素化物の超リチウムイオン伝導の実現，(2)超リチウムイオン伝導材料を固体電解質に用いた界面解析による，水素化物の低電位安定性の解明，(3)水素化物固体電解質の全固体電池への実装による，新規エネルギーデバイスの開発，などが挙げられる．現在は水素化物のイオン伝導機構の解明研究に取り組んでおり，今後の更なる展開が期待される．

第9回

日本金属学会まてりあ賞

贈呈式(3 編 7 名)

(2019 年 9 月 11 日)［第 9 回まてりあ論文賞］(2 編 6 名)
1.

次世代生体材料開発に向けた設計指針の構築

新居浜工業高等専門学校
環境材料工学科

大阪大学大学院
工学研究科

大阪大学大学院
工学研究科

大阪大学大学院
工学研究科

准教授

准教授

特任講師

教授

當代
2.

(まてりあ 56 巻 10 号)

光陽

君

石本

卓也

君

松垣

あいら

君

中野

合金化溶融亜鉛めっき鋼板皮膜を構成する FeZn 系金属間化合物の結晶構造と力学特性

京都大学大学院
工学研究科

准教授

教授

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

範彦

君

乾

晴行

君

(まてりあ 57 巻 4 号)

東北大学
金属材料研究所

岡本

貴由

君




［第 9 回まてりあ啓発・教育賞］(1 企画 1 名)
拡散接合(全 4 回)

(まてりあ 57 巻 9 号，10 号，11 号，12 号)

WELLBOND 代表

大橋

第 16 回修君

日本金属学会村上記念賞贈呈式(1 名)

［ナノ構造制御による先進金属材料の開発］
物質・材料研究機構

理事

宝(2019 年 9 月 11 日)

野

和

博

君

受賞者は，草創期のアトムプローブを金属材料のナノ解析に応用，アルミニウムやマグ
ネシウム合金の時効析出に関する先駆的な研究を行った．また，その手法をナノ結晶軟磁性材料や永久磁石材料の解析に巧みに応用し，高特性化のためのナノ組織制御法を提案した．さらに，FePt 薄膜のナノ構造を制御することにより熱アシスト磁気記録用 FePtC 系
ナノ粒子媒体構造の開発や新規ホイスラー合金のハーフメタル性を応用した低抵抗磁気抵抗素子開発など，ナノ構造を制御した先進的な金属材料の開発で先駆的業績を挙げた．

第 16 回

日本金属学会村上奨励賞

贈呈式(3 名)(2019 年 9 月 11 日)［金属材料工学を基軸とした生体骨・生体材料の機能化に関する研究］
大阪大学大学院工学研究科 准教授 石 本

卓

也

君

受賞者は，金属材料工学に基づき，生体内でのアパタイト/コラーゲンの優先配向化による骨の機能化機構の解明に取り組むとともに，異方性ひずみ・応力場を用いた骨機能の人為的制御を実現している．同時に，骨との機能的融合を可能とする新たな金属インプラ
ントの創製を目指し， 3D プリンタを駆使した金属材料の結晶集合組織制御とその機能解明に取り組んでいる．生体組織と生体材料の機能化を両輪とし，精力的に研究活動を推進しており，今後のさらなる飛躍と卓越した成果の創出が期待される．
［マルテンサイト鋼のミクロ組織と変形・破壊挙動に関する研究］
京都大学大学院工学研究科 准教授 柴

田

曉

伸

君

受賞者は，構造用金属材料のミクロ組織と変形・破壊挙動に関する基礎研究を継続的に行ってきた．特に鉄合金マルテンサイトのミクロ組織および結晶学的特徴の成因を解明したことはマルテンサイト変態の理解を大きく発展させたものとして高く評価されている．
近年は，マルテンサイト鋼の水素脆性について精力的に研究している．水素脆性におけるクラック発生・伝播挙動とミクロ組織の相関を明らかにするなど，水素脆性機構を基礎的に議論していく上で重要な成果を数多く挙げており，今後の更なる発展が期待されている．



表

彰

［ナトリウムを用いた新規結晶育成プロセスの開発］
東北大学金属材料研究所

准教授

森

戸

春

彦

君

受賞者は，ナトリウムをフラックスとして用いた新しい結晶育成プロセスの開発において優れた研究成果を挙げている．特に，自ら作成したナトリウムとシリコンの二元系状態
図をもとに，シリコン結晶の新しい精製プロセスや形態制御技術を開発した一連の成果
は，基礎と応用の観点から高い評価を受けている．近年は，独自に発展させた複合金属フラックス法により，次世代の機能性結晶として期待されているシリコンクラスレートの大型単結晶成長に世界に先駆けて成功し，今後も材料ならびに結晶工学分野において更なる活躍が期待される．

第 67 回

日本金属学会論文賞贈呈式(6 編 17 名)(2019 年 9 月 11 日)［物性部門］1 編(2 名)
1.

Influence of Atomic Size Factors on the Phase Stability of Laves Phase in NbCrNiAl and NbVNiAl Phase(Materials Transactions, Vol. 59, No. 4)

Diagrams

株 日本製鋼所

室蘭研究所

北海道大学大学院
工学研究院材料科学部門
教授

山野内

拓也

君

三浦

誠司

君

［組織部門］1 編(2 名)
2.

Analysis of Inhomogeneous Crystal Rotation in a Grain after Plastic Deformation of a Polycrystalline Low Carbon(Materials Transactions, Vol. 59, No. 3)

Steel

株 技術開発本部
日本製鉄
君津技術研究部

東京工業大学物質理工学院
材料系・材料コース

主幹研究員

教授

林

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

邦夫

君

尾中

晋

君




［力学特性部門］1 編(3 名)
3.

Effect of Elapsed Time Following Arc Welding on the Static Strength of Lap Fillet Joints in HighStrength Steel(Materials Transactions, Vol. 59, No. 9)

Sheets株 技術開発本部
日本製鉄
鉄鋼研究所

株 技術開発本部
日本製鉄
尼崎研究支援室

株 技術開発本部
日本製鉄
鉄鋼研究所

主幹研究員

富士本

博紀

主幹研究員

君

阪本

晃樹

君

巽

雄二郎

君

［材料化学部門］1 編(4 名)
4.

Corrosion Behavior of SnBearing Steel under Wet/Dry Cyclic Environments Containing Cl－(Materials Transactions, Vol. 59, No. 5)

株 技術開発本部
日本製鉄
鉄鋼研究所
材料信頼性研究部

株 技術開発本部
日本製鉄
鉄鋼研究所
材料信頼性研究部

主任研究員

部長

菅江

清信

君

上村

隆之

君

元

株
新日鐵住金

幸

英昭

元

君

株
住友金属工業工藤赳夫

君［材料プロセシング部門］1 編(2 名)
5.

Precipitation of Oxide Particles in Oxide Dispersion Strengthened (ODS) Ferritic Steels(Materials Transactions, Vol. 59, No. 10)

北海道大学大学院
工学研究院材料科学部門

北海道大学大学院
工学研究院材料科学部門

助教

客員教授

大野



直子

君

鵜飼

重治

君

表

彰

［工業材料部門］1 編(4 名)
6.

高純度フェライト系ステンレス鋼の酸化挙動に対する Ti 添加効果

株 技術開発本部
日本製鉄
八幡技術研究部株日鉄ステンレス
研究センター株日鉄ステンレス
研究センター株日鉄総研
ビジネスソリューション部

上席主幹研究員

室長

主任研究員

シニアアドバイザー

井上1.

(日本金属学会誌 82 巻 5 号)

宜治

君

平出

信彦

君

林

篤剛

第 31 回

日本金属学会若手講演論文賞

君

潮田

浩作

君

贈呈式(1 編 1 名) (2019 年 9 月 11 日)

Scanning Transmission Electron Microscopy Characterization of Nanostructured Palladium Film Formed by
Dealloying with Citric Acid from AlNPd Mother Alloy Film

(Materials Transactions, 60 巻 4 号)

JFE テクノリサーチ(株)(旧・東京理科大学基礎工学部材料工学科助教) 〇宇東京理科大学大学院基礎工学研究科材料工学専攻 河東京理科大学基礎工学部材料工学科







教授 石

部
本
黒

卓
明

司
純
孝

君
君
君



◇日本金属学会秋賞の概要◇（英語表記はホームページ 表彰関係 ご覧下さい）
学術貢献賞

各地域において金属学または金属工業に関する学術または技術の進歩発達に功労があった方に
授賞する．

技術開発賞

まてりあ“新技術・新製品”の著者で，創意あふれる開発研究を推奨する目的で，金属工学ならびにこれに関連する新技術・新製品などの独創的な技術開発に携わった技術者に対して授賞
する．

功労賞

日本金属学会賞に準ずる賞で，金属学または金属工学に関する学術または技術の進歩発展に功労があった方で，5 月末時点で45歳以上の各組織における定年までの方に授賞する．
部門学術部門 技術部門

奨励賞

金属材料工学ならびに関連分野で卓越した業績を挙げつつある 5 月末時点で 33歳以下の次世代を託する優れた若手研究者(工業技術部門は企業の研究者または技術者)に授賞する．
部門物性，組織，力学特性，材料化学，材料プロセシング，工業材料，工業技術

まてりあ論文賞

日本金属学会会報「まてりあ」に掲載した論文で，学術または科学技術上優秀で且つ金属及びその周辺材料に係る分野の進歩発展に顕著な貢献をした論文に対し授賞する．

まてりあ啓発・教育賞

日本金属学会会報「まてりあ」に掲載した記事で，まてりあ記事の特徴を活かし，金属及びその周辺材料に係る啓発や教育に顕著な貢献をした記事に対し授賞する．

村上記念賞

村上記念会からの寄付を基に金属工学の分野における先駆的研究および開発に格段の功績を挙げた方に授賞する．

村上奨励賞

村上記念会からの寄付を基に金属工学の分野で卓越した業績をあげつつある 5 月末時点で 40
歳以下の若手研究者に授賞する．

論文賞

前年 1 ヵ年の会誌または欧文誌に掲載された論文の中から特に優秀な論文に対して授賞する．
部門物性，組織，力学特性，材料化学，材料プロセシング，工業材料

若手講演論文賞

35歳以下の春秋一般講演発表者またはポスター発表者で，会誌または Materials Transactionsに掲載された学術上または技術上特に優秀な論文に対して授賞する．

優秀ポスター賞

ポスターセッション発表者を対象に，優秀なポスターおよび発表者に対して授賞する．本賞の贈呈は各大学，研究所に委託しこれを行う．

高校・高専
ポスター賞

高校生・高専(3 年生以下)学生の優秀なポスターおよび発表者に対して授賞する．本賞の贈呈は各学校に委託しこれを行う．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




第回

優秀ポスター賞受賞者 名(2019年 9 月12日授賞発表)(五十音順)

1

Ti6Al4V 合金の Dwell 疲労特性改8

マルテンサイト鋼の超音波接合にお善に向けた疲労き裂進展加速因子の解明

ける接合界面形成機構（P137)（P94)

東京大学 大槻龍矢君，南部将一君

九州大学 青木佑真君，東北大学 小山元道君，
九州大学 田中將己君，津o兼彰君

2TiNbO 合金の連続冷却中に生じる

9

Ni マイクロメッキ接合における接合b 相相分離と冷却速度の関係（P202)

部の高温信頼性（P138)

名古屋大学 石黒雄也君 ，塚田祐貴君，

早稲田大学 小野寺

小山敏幸君

中川将嘉君，和田佳子君，飯塚智徳君，

3

熱物性顕微鏡を用いた PbTeSb2Te3

巧君，

巽

宏平君

10

Ir 添加 Pt/Pd(111)表面の酸素還元系化合物の熱浸透率分布測定（P12)

反応特性（P124)

茨城大学 伊藤俊亮君 ，太田弘道君，東北大学 楠木啓介君 ，工藤大輔君，

池田輝之君，西轟

直人君，和田山智正君

11

引張歪制御 Pt/PtZr(111)表面系の剛史君，真山知大君，

株式会社ベテル 羽鳥仁人君，粟野孝昭君，

大槻哲也君
4

不均一温度場における第二相粒子の粗大化挙動の解析（P72)

酸素還元反応特性（P125)

北海道大学 犬伏晴紀君，大野宗一君

東北大学 工藤大輔君 ，千田祥大君，
金子聡真君，轟

直人君，田邉匡生君，

和田山智正君5

NiV 固溶体および Ni3V 規則相にお12

ZnO 結晶の室温塑性変形挙動における光環境の影響（P95)

ける拡散（P52)
大阪府立大学 井上大輔君，

名古屋大学 小石川直生君，

仲村龍介君，金野泰幸君，沼倉大島

宏君

優君，中村篤智君，横井達矢君，

松永克志君

6

微細な第 2 相が CrSi2 の熱電特性に

Mo 中 間 層 を 導 入 し た Nd Fe B /Mo / a Fe 積 層 薄 膜 の 微 細 構 造 解 析

及ぼす影響（P253)
長岡技術科学大学 上村

13

海君，

馬場将亮君，武田雅敏君（P20)
九州大学 古賀詩悠君，板倉西田

賢君，

稔君，赤嶺大志君，村上恭和君，

山形大学 小池邦博君，加藤宏朗君

7[111]銅単結晶の繰り返し変形によ14

2 プロパノールの脱水素反応およる変形帯の形成と発達（P97)

びメタネーション反応におけるホイスラ

東京工業大学 梅田侑暉君，ー合金の触媒特性（P129)

藤居俊之君，宮澤知孝君，東北大学 黄金崎琢也君 ，小嶋隆幸君，

名古屋大学 荒井重勇君

亀岡

聡君，蔡

安邦君

表

彰

15

Ca2AlMnO5＋d の Sr お よ び Fe 置 換

23

Mg2Ni のアセチレン選択水素化反による酸素吸蔵特性変化（P2)

応特性（P127)

北海道大学 齋藤陸央君 ，國貞雄治君，

東北大学 附田良太君，亀岡

坂口紀史君

物質・材料研究機構 西村東北大学 蔡16

低炭素マルテンサイト―ベイナイ

24

聡君，

睦君，

安邦君

タングステンのレーザ積層造形法

ト複合組織鋼の脆性―延性遷移挙動による緻密体作製と集合組織形成（P189)（P172)

九州大学 坂巻

巧君 ，吉田恭一朗君，

森川龍哉君，田中將己君，

大阪大学 藤當

翼君 ，石本卓也君，

孫

世海君，上田良夫君，中野貴由君

25

水素を用いた Sm Fe 磁歪薄膜およ神戸製鋼所 名古秀徳君，難波茂信君

17

超微細粒 Al のせん断変形による組織と方位の変化（P82)

び酸化防止コーティング膜に対する応力

東京工業大学 櫻木智仁君，

制御と基板応力が熱力学的挙動に及ぼす

松谷亮輔君，尾中影響（P241)晋君

東海大学 常盤蓮君 ，山口健吾君，

松村義人君，内田ヘルムート貴大君
18

FePt/(Fe, FeCo)ナノコンポジット

26

周産期における骨配向性ならびに試料の Co 組成による磁気特性と磁区構

骨力学的機能の変化（P164)

造の変化（P23)

大阪大学 中村郁仁君 ，小笹良輔君，

東北学院大学 佐藤匠君，

中川史崇君，土井正晶君，嶋

19

中野貴由君
敏之君

MgO の( 100 )/[ 001 ]小傾角粒界に27

マグネシウムの対応粒界におけるおける転位偏析構造（P80)

粒界エネルギーと粒界凝集エネルギーの名古屋大学 春原光希君 ，中村篤智君，

相関（P219)

東京大学 栃木栄太君，幾原雄一君，

神戸大学 馬場鷹人君，

名古屋大学 横井達矢君，松永克志君

原子力機構 山口正剛君，
神戸大学 池尾直子君，向井敏司君

20

微細周期構造に依存した骨芽細胞

および骨基質配向化挙動（P162)
大阪大学 竹花諒君 ，松垣あいら君，

株式会社キャノンマシナリー 川原公介君，

28

Pd 箔 型 触 媒 の NO ＋ CO 反 応 特 性（P126)
東北大学 林謙汰君 ， 亀 岡 聡 君 ，

蔡

安邦君

29

TiMoAl 合金の機械的性質に及ぼ

二宮孝文君，沢田博司君，
大阪大学 中野貴由君

21

パルス磁場によるマルテンサイト

変態の時間依存性の検出（P190)

す時効熱処理の影響（P197)

大阪大学 田中順也君 ，田中雅也君，

現 東京工業大学 林

福田隆君，福井工業大学 掛下知行君，大阪大学 鳴海康雄君，萩原政幸君

建太君，

野平直希君，
現 ユニプレス株式会社 木村啓吾君，
東京工業大学 田原正樹君，細田秀樹君

22

層状半導体 InSe の低温液相成長と光学特性（P36)
東北 大学 唐Fe Ni C 合金における薄板状マル

テンサイトのバリアント結合則（P48)

超君 ， 佐藤陽平 君，

渡辺克也君，大崎淳也君，田邉匡生君，小山

30

東京工業大学 菱田真由子君，
篠原百合君，稲邑朋也君

裕君

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




31

Ti 表面でのリン酸カルシウム初期

39

Bi フラックス法による a Mn 単結形成過程の速度論的解析（P175)晶の作製と格子間炭素（P148)

東京医科歯科大学 樋地あかり君，

東北大学 宮島袋将弥君，陳瞭君，山根久典君

鵬君，蘆田茉希君，

塙

隆夫君

32

亜鉛欠乏飼料投与下でのコラーゲ

40

金属材料の積層多形（ Polytype )構ンおよびアパタイト結晶配向化（P163)

造に対する ANNNI モデルを活用した第大阪大学 福島一原理計算解析（P62)

大路

33

涼君 ，石本卓也君，

東北大学 宮川博君，中野貴由君

ホロコーン・フーコー法による41

拓君，森口晃治君

3D 積層造形ポーラスステンレス鋼

FeGa 磁歪合金の磁区構造観察（P8)の圧縮挙動に及ぼす規則セル構造の影響

大阪府立大学 藤林征宏君，（P224)

大迫明弘君，川口惇史君，石井悠衣君，

首都大学東京 室野香菜美君，

沼倉

北薗幸一君，

宏君，原田

研君，森

茂生君

東京都産業技術研究センター 大久保34

Fe C Cu S 模擬スクラップ鉄における鋳造冷却速度の及ぼす銅分布状態へ

42

智君

金属粉末レーザ積層造形法（SLM)

で 製 造 さ れ た AlSi10Mg 合 金 の 特 性 評の影響（P150)

価（P205)

東京工業大学 藤原健弥君，

香川大学 柳瀬裕太君，松本洋明君，

小林能直君

香川県産業技術センター 宮内

創君，

横田耕三君
35

YSZ 転位における酸素拡散の分子動力学解析（P182)
名古屋大学 藤原聡一郎君，

広島大学 山口匡訓君 ，上里裕紀君，

圧痕周辺での結晶方位の変化対数角による回転角度成分の解析（P64)
東京工業大学 古谷玲君，

服部夏美君，宮澤直己君，尾中37

ニッケル水素化物電池用の高容量

AB5 型水素吸蔵合金開発（P249)

横井達矢君，中村篤智君，松永克志君

36

43

宮岡裕樹君，小島由継君

44

Fe2MnGa への炭素侵入による結晶構造と磁気特性への影響（P6)
東北学院大学 油井翔太郎君，

晋君

応力負荷異方性共培養モデル構築

による細胞・骨基質配向化挙動解明

岡田宏成君

45

In situ XRD 測定を用いた Mg Y 

Nd 合金における引張変形中の活動すべ（P165)り系に及ぼす析出粒子の影響の評価

大阪大学 松坂匡晃君 ，松垣あいら君，（P214)

中野貴由君

兵庫県立大学 吉川友貴君，
平田雅裕君，岡井大祐君，足立大樹君

38

Ti Ni 基合金のマルテンサイト変態・逆変態サイクルに伴う変態温度変化と不適合性の関係（P47)
東京工業大学 丸田彩佳君，
篠原百合君，田原正樹君，細田秀樹君，
稲邑朋也君



表

彰

第回高校・高専学生ポスター賞受賞者(最優秀賞件

優秀賞件)(2019年 9 月11日発表)

最優秀賞

5.
1.

後天性高血圧ラットにおける骨アパ

化学反応による金属の表面積変化に関する研究(HSP7)

タイト配向性変化(HSP5)

栃木県立栃木高等学校

尼崎稲園高等学校1，大阪大学2梅山智行君 ， 川 村 陽 大 君 ， 小 林 一 葵

近藤陽香君1 ，小笹良輔君2 ，中野貴由

君，橋本涼太君，須藤優君(指導教員)

君2 ，牧野浩三君1 ，牧野浩三君1 (指導教員)

6.

植物色素によるアルミニウムの着色(HSP8)
新居浜工業高等専門学校

優秀賞
2.

鈴木美紗君 ，乙島あいな君，矢野優希

高度競技用モデルロケットの制作(HSP1)

君，真中俊明君，當代光陽君，日野孝紀

岡山県立玉野高等学校

君，藤岡章太君，吉良真君，真中俊明君

森下加奈巳君，井上凪沙君，家村 琴(指導教員)

君，塩川智愛君，藤田学君(指導教員)

7.

笑顔と喜びをうむ「ものづくり」に挑戦(HSP10)3.

外部電源なしでネオジム磁石を用い

松江工業高等専門学校

金属パイプ抵抗率を測定する方法

原(HSP3)

君，高橋優大君，新野邊幸市君(指導教札幌日本大学高等学校員)

上原昂大君 ， 小 泉 泰 央 君 ， 宮 本 悠 史

8.

君，石黒駿斗君，中原雅則君(指導教員)
4.

佑希 君 ， 石 田 歩 夢 君 ， 岡 本 瑛 主

自動展開式テントの機構の考察(HSP12)

金属樹と電流の関係について

岡山県立岡山一宮高等学校(HSP4)

赤松克真君 ， 関 岡 空 己 君 ， 高 生 啓 輔

大阪府立天王寺高等学校

君，御船凌羽君，矢延隆斗君，末廣弘毅

山口 快君，奥本大貴君，角村 仁

君(指導教員)君，塩田悠介君，三木孝馬君，尾o祐介(指導教員)◇～

日本金属学会◇◇

第回「高校生・高専学生ポスター発表」のご案内～

2020年春期(第166回)講演大会において，若い学生に金属および材料学分野に対して興味や理解を高めてもらうため「高校生・高専(3 年生以下)学生ポスター発表」のセッションを開催
いたします．
金属および材料学分野に興味があり，本講演大会でポスター発表していただける生徒がおられましたら，奮ってご応募下さい．(詳細は本号会告694頁に掲載)
申込締切日年月日(水)ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan第回 World Materials Day Award(日本金属学会)受賞者(2019年 9 月11日)
IOMMMS(International Organization of Materials, Metals and Minerals Societies)では，国際連携活動の一環として，「材料に関する知識とその重要性を社会や若者に啓発する活動」に貢献があった学生を顕彰しております．

World Materials Day Award ～Winner(優秀賞)

Congratulations!!

～

(1 件)

「青銅鏡作製を通じた状態図と力学特性の学習」
新居浜工業高等専門学校 植松みずき 君，高橋凪 君，今村海斗 君，塩崎瑛博 君，高橋直哉 君

部門賞
第 2 部門賞(2 件)「あかがねの町新居浜と別子銅山の歴史」
新居浜工業高等専門学校 塩崎瑛博 君，高橋直哉 君，今村海斗 君，植松みずき 君，高橋凪 君「動け

私のものづくり」
愛知教育大学 神谷幸佑 君，高橋彩夏 君，直井綾香 君，松村貴広 君

第 3 部門賞(2 件)「ステンレス電解研磨と加熱着色法の研究」
岡山県立水島工業高等学校 中島泰輝 君「南京錠を壊して脱出せよ～そのとき何が起こったのか～」
仙台高等専門学校 戸巻洋平 君，島遼翔 君，板坂紗花 君，大津壮陽 君，那須川錦 君

Winner

新居浜工業高等専門学校

第 3 部門賞

第 2 部門賞

新居浜工業高等専門学校

岡山県立水島工業高等学校

第 3 部門賞

第 2 部門賞

愛知教育大学

仙台高等専門学校

第 1 部門社会における材料の重要性を示すホームページ．
第 2 部門学園祭やキャンパスオープンデー等での該当する展示物，作品等．
第 3 部門その他(材料教育プロジェクト，青少年対象の材料実験等)



表

彰

企画にあたって齊 藤 敬 高1
柴 田 浩 幸
 中 島 邦 彦2
))須 佐 匡 裕 福 山 博 之 田 中 敏 宏

本年 9 月11日～13日に岡山大学での本会秋期(第165回)講
演大会において，材料プロセシング分野(第 6 分野)に関する日本鉄鋼協会との共同セッション「高温溶融体の物理化学的性質(Physicochemical Properties of High Temperature
Melts )」が初めて開催されました．まず，この誌面を拝借して，本共同セッションの立ち上げにご尽力賜りました関係
各位および本会と日本鉄鋼協会に御礼申し上げます．
ご存知のように，金属材料は生産性と反応性を確保するため，基本的に高温下の溶融体(溶融金属・スラグ・塩等)を介して，大量に製造されています．これらの金属生産プロセスにおける高温下の諸現象の深い理解と製品に新たな価値を付与するための研究および開発には，粘度，密度，表面張力，
界面張力，濡れ性，熱伝導率，比熱，放射率，電気伝導率，拡散係数，活量係数といったような，高温溶融体の物理化学的性質の高精度かつ系統的なデータ取得および推算が必要不可欠です．また金属のみならず，同じく高温溶融体が介する
材料プロセシングとして，SiC や Si, AlN 等の半導体産業における融液成長やガラス産業，高レベル放射性廃棄物のガラ
ス溶融固化処理等においても，上記の物理化学的性質はプロセスの最適化のためのインフラとも言える基礎的知見となります．
このような背景から，現在国内においては様々な研究グループが本会をはじめとして，日本鉄鋼協会，日本熱物性学会，資源・素材学会等において活発に研究成果を発表し，切磋琢磨を行なっているため，同分野における日本の世界的優位性は高い水準を保っていると言えます．しかしながら，毎
年春秋に開催される本会および日本鉄鋼協会の講演大会においては，研究者や技術者がそれぞれの学協会に分散している感が否めず，例えば 10 年後に同分野を牽引すべき人材の確保を考えると不安を抱かざるを得ません．そこで，本共同セッションを提案し，関連の研究者を一堂に会せしめることによって，両学協会の材料プロセシング分野の拡充と発展を目指したいと考えております．
この特集「金属および酸化物の高温融体物性」では，共同

セッション「高温溶融体の物理化学的性質( Physicochemical Properties of High Temperature Melts)」の prospective
speakers とも言うべき，国内第一線の研究者および技術者に最新の研究成果を紹介頂くとともに，関連する本会会員の皆様に本共同セッションへの参加および聴講を促すべく，企画させて頂きました．更には，近年下火になりつつある本会の高温冶金分野における学会活動の活性化を期待したいと考
えております．
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
齊藤敬高
2005年 九州大学大学院工学府博士後期課程修了
同年 日本学術振興会特別研究員
2008年 カリフォルニア大学バークレー校客員研究員
現職
2009年 7 月専門分野融体物理化学◎酸化物融体の流動特性を中心に高温融体物性の測定および測定手法の開発を行なっている．特に近年は，固体や気体が介在した多相融体の物性評価に注力している．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

齊藤敬高

柴田浩幸

中島邦彦

須佐匡裕

福山博之

田中敏宏

九州大学大学院工学研究院1)准教授 2)教授(〒8190395 福岡市西区元岡744)
東北大学多元物質科学研究所教授
東京工業大学大学院物質理工学院教授
大阪大学大学院工学研究科教授
Preface to Special Issue on ``Thermophysical Properties of Molten Oxide and Metal''; Noritaka SaitoHiroyuki Shibata, Kunihiko
Nakashima, Masahiro Susa, Hiroyuki Fukuyamaand Toshihiro Tanaka(Department of Materials Science and Engineering, Kyushu University, Fukuoka. Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University, Sendai. 
Department of Materials Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, Tokyo. Division of Materials and Manufacturing Science, Osaka University, Osaka)
2019年 6 月21日受理[doi:10.2320/materia.58.611]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan溶融金属の粘度の現状
小 畠 秀 和 Elke Sondermann1) J äurgen Brillo
2)

合金の粘性測定を行うとともに，航空機を利用した微小重力

.

は じ

め

に

下で，液滴振動法による粘性測定を行った．さらに， X 線
イメージングによる溶融合金における相互拡散係数の測定を溶融金属および合金の粘性や拡散係数は，鋳造，溶接や凝行ったので，これらの成果について紹介する．

固など溶融状態を経由するプロセスでの物質移動現象を支配

. 溶融金属および合金の粘性測定

する物性値である．これらプロセス中の物質移動現象をシミュレーションする場合，凝固に伴い融液の温度や組成が変化する．そのため，これらの変化に応じて物性値がどのように

るつぼ回転振動法による粘性測定

変化するのかといったデータが必要になる．高温容器の耐熱

筆者らは，るつぼ回転振動法(8)で地上での溶融合金の粘性性や試料と容器との反応などの問題によって，測定温度範囲測定を行った．また，航空機を利用した微小重力環境下でのが限られるといった問題があったが，近年測定法の改善によ

液滴振動法による粘性測定を行ったので，その実験について

り高温で溶融状態にある金属(1)や合金(2)のデータが蓄積され

紹介する．

つつある．

20 27 g の金属あるいは合金試料を内径 16 mm ，高さ 30

これまで提案されている多くのモデルでは，粘性や溶融合

mm のアルミナるつぼ内に充填し，黒鉛容器にセットした．

金の流動の活性化エネルギーを混合のエンタルピーまたは過この黒鉛容器をワイヤーに固定し，高真空系に接続された黒剰ギブズエネルギーで記載しようとする試みがなされている

鉛炉内に設置した．ターボ分子ポンプを用い10－6 mbar 以下が(3)(7) ，溶融合金の粘性の温度，組成依存性を完全に記述

まで炉内を排気した後，純度99.999の Ar ガス(400 mbar)

できる統一的なモデルは提案されていない．どのようなモデに置換した．純金属(Al, Cu, Ni, Fe)の融点で補正した放射

ルが溶融合金の粘性の組成，温度依存性を予想するのに最適温度計を用いて試料温度をモニタリングしながら，試料を液なのかを明らかにするためにも，高温で溶融状態にある金属

相線温度より 300 K 高温で保持し完全に溶融させた．そのおよび合金の粘性を測定することが重要である．また，容器後，電磁モーターを使って，るつぼの回転振動を励起させ，を用いた粘性測定では，試料と容器との反応が測定結果に影

振幅と周期を振動系の回転軸に固定したミラーから反射した響を与えている可能性がある．そのため浮遊法など無容器法

レーザー光の位置を検出することで振動の減衰緩和時間を測での測定結果との比較も必要である．

定し， Roscoe の融体の運動方程式を数値解析で解くことで原理的には浮遊液滴の表面振動減衰過程の緩和時間を調べることで，電磁浮遊法を使った非接触での粘性測定は可能である．しかし，地上での実験では試料を浮遊させるために大きな電磁力を加える必要があるため，常に液滴の振動が励起される．そのため，電磁浮遊法を使って地上で高温融体の粘性を測定することは難しい．
そこで筆者らは，るつぼ回転振動法を用いた地上での溶融粘性を求めた(7)(8)．


航空機を利用した微小重力環境下での液滴振動法による粘性測定

著者らはドイツで微小重力実験のために開発された電磁浮
遊装置 TEMPUS(9)(10) を用いて非接触で溶融金属および金属の粘性測定を行った．装置の詳細については，すでに文献

弘前大学 地域戦略研究所准教授(〒0300813 青森市松原 213)
ドイツ航空宇宙センター1)研究員 2)主任研究員
Viscosity and Interdiffusion Coefficient of Liquid Alloys; Hidekazu Kobatake, Elke Sondermann, J äurgen Brillo(Institute ofRegional Innovation, Hirosaki University, Aomori. German Aerospace Center, K äoln)Keywords: viscosity, inter diffusion coefficient, levitation, Xray radiography
2019年 7 月10日受理[doi:10.2320/materia.58.612]



特

集

( 10 )に記載されているので，その概略についてのみ記載すダンスが変化する．試料半径の時間変化が小さいとき，式る．図に微小重力実験に使用した電磁浮遊装置の回路の概( 2 )は次のように線形化される．

略図を示す．微小重力での電磁浮遊装置には，同軸で平行に

I0
Da(t)
(t)＝|Y0(r)|＋|Y1(r)|･U0a

配置した 4 極の位置決め用コイルと，2 極の加熱用のコイル(3)が組み込まれている．微小重力環境下では，地上に比べてここで，Y0(r)と Y1(r)はそれぞれ電気抵抗に対して独立な100分の 1 程度の交流磁場で試料を安定に浮遊させることがインピーダンスの逆関数である．実際のデータ解析では，測可能である．

定した電気信号 I0/ U0 に対して，関数 y ＝ A exp ( Bt )＋ C を

この TEMPUS の浮遊用のコイルには，無容器での電気

フィッティングすることで処理することができる．浮遊液滴

抵抗率および熱膨張測定用に開発された“Sample Coupling

中の流れが層流かつ液滴表面の変形が無視できるほど小さい

Electronics ( SCE )”の電気回路が組み込まれている(10) ．

時，融体の粘性は液滴振動の減衰時定数によってSCE では， TEMPUS の加熱コイルの交流電場( U0 )，交流h＝電流( I0)，電場と電流の位相差(f)，交流電場と電流の角振動数(v)を測定する．これら高周波加熱用コイルの電気的信号は，コイル内で浮遊する試料の比電気抵抗 r と試料の半径(a)を使って以下の複素関数で表される．
I0 －if1
1＋
e ＝U0
Zcap(v) Zcoil(v)＋Zsample(v, r, a)

(1)

3 M
20p at(4)と表される(11)．ここで M は試料の質量である．


X 線イメージングによる溶融合金の相互拡散係数測定

X 線イメージング技術を使う事で，溶融合金の相互拡散係数のその場測定を試みた(12)(14) ．著者らは Au Al 系溶融

ここで， Zcap ( v )＝( ivC )－1 は高周波回路の静電容量( C )，合金に対して相互拡散係数の測定を行った．直径 1 mm，長に由来するインピーダンス， Zcoil ( v )＝ R ＋ ivL は試料を浮さ約 15 mm のロッド状に成形した試料を高純度のグラファ

遊させていないときのコイルのインピーダンス， Zsample ( v,

イトシアーセル中に挿入した．試料を均質化させるため，拡r,a)はコイルの中で導電性の試料が浮遊することで生じる散係数測定を始める前に Mo ヒーターで加熱し，試料を完全インピーダンスであり， L と R はそれぞれコイルのインダに溶融させ一定時間保持した．著者らが使った装置では，3クタンスと電気抵抗を示す．この複素関数で表される試料のつの組成の異なる試料に対して同時に相互拡散係数を測定す

インピーダンスは，試料の比電気抵抗および半径によって決ることができる(図)．試料を完全に溶融させた後，シアー

まる値であるため，誘導加熱コイルの U0, I0, f, v を測定す

セル下部をスライドさせ，相互拡散を開始した．測定中の温ることで決定できる．また Zsample(v, r, a)は，試料径の関数

度は熱電対で測定した．

でもあるので，試料の表面振動を励起し，試料径を周期的にX 線イメージングで得られる試料を透過した X 線の強度変化させれば，その振動周波数から表面張力，その振動減衰

プロファイル I(pixel, t)は，以下の手順に従って濃度プロフの緩和時間から粘性が決定できる．

ァイルへ変換できる．画像上のピクセル座標は，あらかじめ実験では加熱用コイルにパルス電流を流すことで，微小重長さの分かっているスケールを用いて位置座標へと換算す

力で浮遊させた溶融金属試料の表面振動を励起する．その表る．一方，照射した X 線の強度を I0 とした時，セルを透過

面振動の周波数(vr)と振動の緩和時間(t)は以下の式を用いした X 線の輝度は I，ランベルト・ベールの法則に従って Iて表すことができる．

＝ I0 exp(－ md)，と減衰する．ここで m は吸収係数， d は試( )－tDa ( t )＝expcos(vrt)at(2)

料の厚みである．この透過した X 線の強度は以下式を用いて濃度に変換することができる．

ここで Da(t)は表面振動による金属試料の半径の時間変化を示す．金属液滴の表面振動によって，加熱コイルのインピー

図2
図1

TEMPUS に搭載されている電磁浮遊装置の電気回路の概略図．浮遊用の高周波回路(～ 150 kHz )と試料加熱用の高周波回路(～ 375 kHz)から構成
されている．図は文献(18)に加筆．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

相互拡散係数の測定に用いたシアーセルの X 線イメージ像．個々のキャピラリーには組成の異なる溶融 Al Au 試料が封入されており，セルの下部をスライドさせることで相互拡散を開始することができる．

[ II(x(,reft))/ln II ((refx, t))]cA(x, t)＝cAB(ref)＋ ln

AB

AB

AB′

×[cAB′(ref)－cAB(ref)](5)

ここで， IAB ( ref )と I AB′( ref )は濃度が cAB ( ref ) , cAB′( ref )と既知の場所における輝度である．
今回のようにシアーセルを用いた実験では，セル中での拡散は一次元拡散とみなすことができる．この一次元拡散におけるフィックの法則の解はc(x, t)＝cAB＋

cAB′－cAB
erfc
2と与えられる(15) ．ここで erfc (( 4xDt)(6))は余誤差関数である． xは拡散方向における位置であり， x ＝ 0 が初期の拡散界面の位置に対応する．上式( 6 )をリアルタイムで取得した拡散
濃度プロファイルにフィッティングして相互拡散係数を求めることができる．

.

図3

溶融 Al Cu Si の粘性の組成依存性．個々の図はそれぞれ異なった 3 成分系の組成プロファイルに対応する．図は文献(16)に加筆．

図4

溶融 CrFeNi の粘性の組成依存性．Sato et al.(1)によって報告されている溶融 Fe Ni の粘性も合わせて示している．図中の実線( Cr20 at Fe Ni)および破線(FeNi)は Kozlov によって提案されたモデルによって計算された粘性の値を示す．
図は文献(17), (18)に加筆．

溶融合金の粘性モデル

溶融合金の粘性について，熱力学パラメータを用いたモデルが提案されている(3)(7)．Kozlov(3)らは N 成分から構成される溶融合金の粘性を混合のエンタルピー(DHmix)を使い，次式で表される．
N

ln h＝∑ xi ln hi－
i＝ 1

DHmix
3RT

(7)

ここで xi と hi はそれぞれ i 成分のモル分率と粘性であり，Rは気体定数である．
一方， Kaptay(4) は複数の 2 成分系の溶融合金の粘性デー
タから経験的に得られたパラメータ(a＝0.155)と混合のエンタルピーを用いて，

h＝

hNA
exp
V

(∑ x E RT－aDH )
N
i＝i i

A,i

mix

(8)

と表される．ここで h はプランク定数，NA はアボガドロ定
数，V はモル体積，EA,i は i 成分の流動の活性化エネルギーである．
また Brillo と Schick(5) は特に金属間化合物を生成する異原子間の相互作用が強い系に対して，以下のモデルを提案している．
Nh＝∑ xi ln hi,∞ exp
i＝ 1

H
(DRT
)
mix

(9)

ここで hi,∞ は高温で漸近する i 成分の粘性である．


粘性の測定結果と熱力学データを用いたモデル化

著者らが測定した AlSiCu(16)および CrFeNi(17)系溶融
合金の粘性の測定結果を図，に示す．AlCuSi 系合金の粘性は，Alx(Cu50Si50)(1x)では，Kozlov のモデルでの計算値は実測値よりも高い値を示す． Al80x ( Cu20Si80 )( 1x )の組成領域においては， Kozlov および Kaptay のモデルを用 い た 計 算 値 は 実 測 値 よ り も 高 い 値 を 持 つ ． そ し て Cux( Al50Si50 )( 1 x )の組成範囲では， Kaptay のモデルによる計算値は実測値よりも低い値に偏移する．このような金属間



特

集

示す．実測値に比べて計算は高い値を示しており，粘性からStocksEinstein の式を仮定して拡散係数を求めると大きな誤差が生じることが分かる．今後，精度を高めた粘性測定
や，本稿で紹介した相互拡散係数測定などを進めながら，融体の粘性や相互拡散係数など物質移動を支配する物性値を予測できるモデルを検証していく予定である．

文

図5

X 線イメージング技術によって測定された溶融AL Au 合金の相互拡散係数の組成依存性．図中の実線は著者らが測定した Al Au 合金の粘性を用いて Stocks Einstein の式によって計算した拡散係数の値．

化合物を含む系では， Schick & Brillo によって提案されたモデルの方が良く実測値と一致する．
一方，溶融 Cr Fe Ni の粘性は Kaptay または Kozlov より提案されたモデルを用いて精度よく予測することが分かる．また， Sato(1) によって測定された 2 元系 Fe Ni 溶融合金に対しても， Kozlov によって提案されたモデルは精度よ
く粘性を再現できていることが分かる．
容器を用いた測定では，高温で試料と容器が反応するため，正確な粘性が測定できていない可能性が残る．そこで著者らは，溶融 CrFeNi 合金に対して航空機実験を利用した
微小重力環境下において液滴振動法による測定も行い，地上での測定データと比較した(18)．その結果の一例を図 4(b)に示す．微小重力環境下で測定された溶融 Fe Ni 合金の粘性は，地上で測定した溶融 Fe, Ni の粘性と Kozlov によって提案されたモデルを使って計算された推算値と誤差の範囲内で一致していることが分かる．このことから，溶融 CrFeNi
系の粘性の組成，温度依存性は， Kozlov のモデルを使って精度良く予測できることが確認できた．
しかし，溶融合金系では，純金属で測定できる温度領域
が，合金で粘性を測定した温度領域と異なる場合がある．そのため流動の活性化エネルギーを正確に決定する必要がある
が，高融点材料では，活性化エネルギーを決定するために十献( 1 ) Y. Sato, K. Sugisawa, D. Aoki and T. Yamamura: Meas Sci.
Technol., 16(2005), 363371.
( 2 ) 小久保宏紀，西 剛史，太田弘道，山野秀将日本金属学会
誌，82(2018), 400
402.
( 3 ) L. Ya. Kozlov, L. M. Romanov and N. N. Oetrov: Izv. Vyssch,uch,zav., Chernaya Metallurgiya., 3(1983), 711.
( 4 ) G. Kaptay: Proc. Of micro XAD 2003 Coference Section Metallurgy, University of Miskolc, (2003), 2228.
( 5 ) M. Schick, J. Brillo, I. Egry and Bengt Hallstedt: J. Mater. Sci.,
47(2012), 81458152.
( 6 ) M. Hirai: ISIJ Int., 33(1993), 251
258.
( 7 ) S. Seetharaman and Du Sichen: Metall. Mater. Trans., 25B(1994), 589595.
( 8 ) M. Kehr, W. Hoyer and I. Egry: Int. J. Thermophys., 28(2007), 10171025.
( 9 ) G. Loh äofer: Meas. Sci. Technol., 16(2005), 417425.
(10) G. Loh äofer and G. Pottlacher: High Tem. High Press., 40(2011), 237
248.
(11) H. Lamb: Hydrodynamics 6th ed, Cambridge University Press.,(1932).
(12) B. Zhang, A. Griesche and A. Meyer: Phys. Rev. Lett., 104(2010), 035902.
(13) A. Griesche, B. Zhang, E. Solorzano and F. G. Moreno: Rev.
Sci. Inst., 81(2010), 056104.
(14) A. Meyer and F. Kargl: Int. J. Micro. Sci. Appl., 30(2013), 30
35.
(15) E. L. Cussler: DiffusionMass Transfer in Fluid Systems,
Cambridge University Press, (2009).
(16) H. Kobatake, J. Schmitz and J. Brillo: J. Mater. Sci., 49(2014),
35413549.
(17) H. Kobatake and J. Brillo: J. Mater. Sci., 48(2013), 6818
6824.
(18) H. Kobatake and J. Brillo: High. Temp. High. Press., 47(2018), 465
477.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
小畠秀和
2005年 東北大学大学院理学研究科博士課程修了
主な略歴
2005年 4 月東北大学多元物質科学研究所 助手
専門分野熱物性計測法の開発，結晶成長◎浮遊法を使った溶融金属の熱物性計測とそのモデル化を行っています．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

分な温度範囲での計測が難しいという問題がある．そこで非接触法を組み合わせた過冷却や，超高温領域を含む広い温度範囲での粘性測定がモデル化にとって必要であると考えられる．


相互拡散係数測定結果
小畠秀和

Elke Sondermann

J äurgen Brillo

図に著者らが測定した溶融 Al Au 合金の相互拡散係数と StocksEinstein の式を仮定して計算した拡散係数の値をま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

落下型熱量計による酸化物融体の熱量測定
菅

原

透

落下型熱量計に組み込む熱量計はその仕組みの違いから等

.

は じ

め

に

温型と定温壁型とに大別できる．等温型熱量計( Isothermal
calorimeter)は室温付近で熱平衡状態にある固相と液相からマグマ，スラグ，ガラス融液はいずれも SiO2 を主成分となる熱量計に試料を投入し，試料の熱で溶けた固相の体積とする高温の酸化物融体である．それらの融体の物性測定実験

その固相の融解熱から試料の熱含量を求めるものである．等と物理化学の研究は学際的なものであり，幅広く応用できる

温型熱量計のうちのひとつである氷熱量計(ice calorimeter)

可能性をもっている．相平衡関係を熱力学的に解析するは 273.15 K で平衡共存している氷と水及び水銀からなり，

CALPHAD 法で構築される熱力学データベースは酸化物融

熱量計の中の氷の体積変化に応じて水銀が熱量計に出入りす

体が関与する温度組成範囲についても年々充実してきておることができる構造になっている． 273.15 K の氷熱量計にり，材料の組成設計や反応プロセスの予測，地球深部でのマ

高温の試料を投入すると氷が融解して水となる．このとき体グマの発生機構の考察など多方面に応用されている．また，積が減少するので，これを補う量の水銀が熱量計の外から流酸化物融体の熱力学量は高炉やガラス溶融炉，マグマ溜まり入する．したがって，熱量計の外から中に移動した水銀の質などの熱・物質移動の数値シミュレーションをする上でも必量から熱含量を決定することができる．氷熱量計では外の水須のものである．熱力学データを用いたそれらの種々の応用

銀 1 g の重量減少に相当する熱量は氷の融解熱，氷，水およ

計算や考察をする上で何よりも重要なことは，熱量測定実験

び水銀の密度から物理定数として求めることができ，270.49

により得られた確かな熱力学量をモデルに組み込むことであJ である(1) ．等温型熱量計の熱媒体には氷の他に融点が 300

る．本稿では落下型熱量計とその測定法について解説し，酸K のジフェニルエーテルを用いることもある．

化物融体に対する熱量測定の例を紹介する．

等温型熱量計を用いた落下型熱量計は 1940 年代から 60 年
代にかけて製作と改良がなされ(1)(7)，主に National Bureau.


落下法熱量測定

落下法熱量測定の概要

of Standard(現在の NIST)と U.S. Bureau of Mines(現在のUSGS)により多数の酸化物と金属に対するエンタルピーの測定がなされてきた(8)(9) ． 1970 年代から 90 年代にかけては

落下法熱量測定(Drop calorimetry)は上部の加熱炉で加熱

主に地球科学の分野でマグマの熱力学データの重要性が認識した試料を下部の熱量計に投入することで，その試料の加熱されるようになり，等温型熱量計を用いた落下法熱量測定が炉での温度(T)と熱量計の温度(Tr)の熱含量(HT－HTr)を求盛んに行われた(10)(22)．

めるものである．試料の温度 T を変化させながら同一試料

等温壁型熱量計(Isoperibol calorimeter)は恒温槽に設置しに対する測定を繰り返して HT－ HTr を温度の関数として明た容器中の水や銅ブロックに試料の熱を伝達させ，それらのらかにし，それを温度で微分することで試料の比熱(熱容量)

温度上昇を白金抵抗温度計などで測定する．熱含量が既知のを求めることができる．この測定をするための加熱炉と熱量標準試料を熱量計に投入して熱当量を求める比較法により測計 を 組 み 合 わ せ た 測 定 装 置 を 落 下 型 熱 量 計 ( Drop

定試料の熱含量を決定する(23)(25) ．等温壁型熱量計を用い

calorimeter)という．

た落下型熱量計もまたケイ酸塩メルトの熱含量の測定に用い秋田大学理工学部数理・電気電子情報学科准教授(〒0108502 秋田市手形学園町 1
1)
Drop Calorimetry for Oxide Melts; Toru Sugawara(Graduate School of Engineering Science, Akita University, Akita)
Keywords: silicate melts, calorimetry, enthalpy, heat capacity
2019年 6 月24日受理[doi:10.2320/materia.58.616]



特

集

られてきた(23)(26)(28)．


落下型熱量計の構造と特徴

流す．熱量計チューブの底部には，試料を入れる白金ルツボの形状にフィットするようにテーパー加工された銅製のブロックが置かれている．内側のガラス容器には溶存ガスを脱気

1990 年代の中頃から，加熱炉の内部にサーモパイルを用させた蒸留水470 mL と水銀90 mL が封入されている．測定いた双子型の熱量検出器を設置した高温熱量計や定量性を向はこの蒸留水を部分的に凍らせて行う．内側と外側のガラス上させた DTA 検出器を用いた示差走査熱量計(DSC)が市販

容器の空間は Ar ガスで満たされている．内側のガラス容器

されるようになった(29) ．そして酸化物融体に対する熱量測には内径 1 mm のガラス管が底部まで挿入され，底の水銀に定は落下法熱量測定からそれらの高温下での直接的な測定法接している．このガラス管の反対側は熱量計のすぐ右にあるに取って代わるようになった．筆者もかつてマグマのエンタ

水銀の入ったビーカーに繋がっている．このとき，熱量計にルピーの組成変化を明らかにする目的で高温熱量計による測入る水銀を通じて外界の熱が流入しないようにするために，定を行っていたが(30)(33) ，検出器周辺の輻射の影響のため

水銀を通すガラス管が氷浴でプレクーリングされる構造になに測定データのバラツキがやや大きく，マグマの成因を熱力っている．水銀の入ったビーカーは電子天秤の上に載せられ学的に考察するためには精度が不十分であると考えるようにており，水銀質量の時間変化がパソコンに表示，記録されなった(34) ．そして，古典的な落下法熱量測定であれば問題る．水銀の水位の変化で水銀にかかる浮力が変化しないようを解決することができると考え， 2005 年に装置を製作しに，ビーカー中の水銀への接触部はガラスのキャピラリー管

た．ここでは筆者が用いている落下型熱量計(図)の構造について述べる．
落下型熱量計は上部の加熱炉と下部の氷熱量計から構成される．加熱炉は架台に取り付けられたレールの上に設置されており，左に移動させることで熱量計の冷却操作や試料の回収をすることができる．
図に落下型熱量計の構造を示す．氷熱量計は内径3526mm，外径 50 mm ，長さ 176 mm の放熱板付きの銅製の熱量計チューブ，二重のガラス容器及びガラス容器と熱量計チューブを繋ぐ銅のフランジから構成されている．熱量計チュー
ブとフランジはいずれも銅の丸棒から切削加工により製作したものである．熱量計チューブは真空引きとガス置換ができるようになっており，測定中は結露を防ぐために Ar ガスを

図1

加熱炉と氷熱量計を組み合わせた落下型熱量計．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

図2

氷熱量計の構造．



にしている．氷熱量計は一度構築すれば基本的には半永久的氷の融解が完了し，この間の水銀重量の減量を DW とすに使用することができる．筆者は所属の変更のためにこの氷る．このとき試料の熱含量 DH は
t2

熱量計を製作して以来 2 度ほど分解，移設をしているが，( f(ddWt )dt)

DH＝270.49× DW－

装置の組み替え後も製作当初と同じ精度と再現性を保つことを確認している．

(1)

t1

により求まる．図 2 の氷熱量計では最高10 kJ 程度までの熱氷熱量計は真上にある加熱炉とジュラルミン製の管で接続含量を測定することができる．この DH から白金ルツボのされており，熱量計のすぐ上と加熱炉のすぐ下の 2 ヶ所に熱含量を差し引くことで， 273.15 K に対する温度 T の試料

シャッターを設置している．上部のシャッターは加熱炉の輻の相対エンタルピー HT－H273.15 が求まる．

射が熱量計に入ることを防ぐためのものであり，下部のシャHT－H273.15＝

ッターは熱量計内部の273 K の気体とその上部の室温の気体が混合しないようにするためのものである．

T
DH－
CPPt dT
a＋ 1
273.15f(2)

式( 2 )を温度 T の関数として求め，これを T で微分するこ

加熱炉は内径 35 mm のアルミナ炉心管と LaCrO3 の棒状とで試料の比熱 CP を求めることができる．ここで a は落下

発熱体を 6 本使用した縦型管状炉であり，最高で 1900 K ま

中の試料温度のわずかな低下や白金吊線の通電切断時の発熱

で の加熱 が可能 である ．試料は 高さ 30 mm ， 下部直 径 15の寄与等を補正するための補正係数であり，NIST の比熱標mm，上部直径20 mm のテーパー形状の白金ルツボに入れ，準試料である SRM720 ( a Al2O3 )(35) を用いて決定する．一四つ穴のアルミナ碍子管を用いて加熱炉中央の均熱帯

般に a は＋0.01から－0.01の間の大きさであり，温度が増加( 1200 °C において上下 2cm で± 1 °C 以内)に直径 0.2 0.3 mm

するほど低下する．この SRM720 に対する繰り返し測定にの白金線で吊るす．この吊線に 30 V を通電してショートさ基づく式( 1 )の DH の標準不確かさは 0.2である．測定させることで切断し，ルツボを真下の熱量計に投入することがれる HT － H273.15 およびその温度微分から求まる CP の合成できる．アルミナ碍子管の先端に R 熱電対を設置し試料上

拡張不確かさはそれぞれ0.5および1.0である．

部(試料の直上 4 cm )の温度を常時記録している．この熱電対の温度と白金ルツボ中の模擬試料の温度の関係を事前に繰り返し調べておき，実験時の落下直前の試料の温度を算出し
ている．



落下法熱量測定の方法

まず始めに熱量計全体を 34 L の氷浴に沈めて 273 K まで

.

落下型熱量計による酸化物融体の熱量測定の例



ガラス融体のエンタルピー，比熱とガラス転移温度

Eglass と呼ばれるグラスファイバーやフラットパネルディスプレイのガラス基板にはアルカリ土類酸化物を含むアル
ミノホウケイ酸塩ガラスが用いられている．それらのガラス冷却する．その後次の手順で測定を行う．(1)白金ルツボに材料の模擬組成である 75SiO2 6B2O3 10Al2O3 9MO ( M ＝酸化物の試料約 3 g を入れ，加熱炉の均熱帯に吊るして熱平

Mg, Ca, Sr, Ba, mol)組成のガラス試料に対して行った落衡に到達するまで保持する．例えば 1000 °C であれば 20 分程

下法熱量測定の結果(36) を図に示す．融液に対する熱量測度で平衡に達する．( 2 )( 1 )と並行して熱量計にドライアイ

定は液相温度よりも高い温度で行うことが基本であるが，ガスを詰めた銅管を入れて，熱量計の放熱板の周囲を氷結させラス形成物質の場合にはガラス転移温度( Tg )よりもやや高る．このとき熱量計は氷浴に沈められているため外から見る

い温度の過冷却メルトに対しても測定をすることができる．

ことはできないが，内部の氷の結晶量は水銀の質量から判断

落下法熱量測定は結晶化しやすい領域を避けながら幅広い温することができる．(3)熱量計が所定の結晶化度になったと度範囲に対して相対エンタルピーを精密に求めることができころで冷却を止め，水銀重量が安定するまで 10 分程度待つ．(4)加熱炉に吊るされた試料入りの白金ルツボの吊線を切断して熱量計に投入する．(5)試料を熱量計に投入すると天秤の水銀が減量を開始し， 10 分ほどで減量が完了する．
その後さらに15分程度待って測定を完了する．(6)加熱炉を左にスライドして試料を回収するとともに，次の測定に向けて氷浴に氷を補充する．以上の( 1 )～( 6 )の 1 回のサイクルに要する時間は約50分間であり，1 日あたり12回の測定が可能である．
測定データは次のように解析する．落下法熱量測定では試料投入 5 分前から投入後約 25 分までの水銀重量の時間変化を計測する．氷熱量計は氷浴に浸してあるものの外界に対してわずかに熱の流出入があるため水銀重量のベースラインが変化する．このときの重量の時間変化率を dW /dt とする．
試料を時刻 t1 に熱量計に投入し，時刻 t2 に熱平衡に達して



図3

ホウケイ酸塩ガラスとメルトの相対エンタルピーの温度変化の測定例(36)．点線はガラスを示す．

特

集




CaMoO4 のエンタルピーと熱容量高レベル放射性廃棄物はガラス固化されたのち地層処分されるが，廃棄物に含まれる核分裂生成物のうちのひとつであるモリブデンはケイ酸塩メルトに対して分相しやすい．分相をするとガラス固化体中で水溶性の高いモリブデン相の析出物となるため，ガラス固化体の化学的耐久性を低下させることになる．そこで筆者らは溶融ガラスに対するモリブデンの溶解挙動を定式化する目的で，モリブデンを含むホウケイ酸
塩系の相平衡実験を行うとともに CALPHAD 法による熱力学解析を行なった(40)．CALPHAD 法の解析ではメルトの構成成分に対する熱力学量が既知である必要があるが，モリブ
図4

ホウケイ酸塩ガラスとメルトの平均比熱の温度変化(36)．矢印はガラス転移温度を示す．

デンの主要な化学種のうちのひとつである CaMoO4 については DTA 測定による 1300 K までの比熱の値が報告されているのみで，熱力学データが十分ではなかった．そこで筆者
らは CaMoO4 を合成するとともに示差走査熱測定( 291 K る利点があり，メルトの比熱の温度依存性の理解に大きく役

906 K)と落下法熱量測定(10711885 K)を行った(41)．

立っている．図に示したアルミノホウケイ酸塩メルトでは測定された相対エンタルピー，熱容量と温度の関係をそれ

比熱は温度に依存せず一定であったが，これまでにアルミノ

ぞれ図と図に示す．モリブデン酸塩メルトは急冷をしてケイ酸塩メルトでは比熱が一般的に正の温度依存性を示

もガラス化することなく完全に結晶化するため，相対エンタ

し(14)(15)(21)(22) ，アルカリ元素に富むホウケイ酸塩メルトでル ピ ー の 温 度 変 化 か ら 融 点 ( Tm ) と 融 解 エ ン タ ル ピ ー

は比熱が負の温度依存性を示す(37)(38)ことが知られている．

(DHTm)を直接求めることができ，Tm ＝1744±5 K， DHTm

メルトとガラスでは比熱が異なるため Tg の前後で相対エ＝95.8±1.6 kJ･mol－1 と決定された．また融点以上の温度でンタルピーの傾きが変化することになるが，その変化が小さの相対エンタルピーの温度微分から CaMoO4 メルトの熱容いために図 3 から Tg を読み取ることは困難である．また，

量は180.6±5.1 kJ･mol－1 と求められた．

相対エンタルピーの変化の幅(400～ 2000 J･g－1)と比較して落下法熱量測定のばらつき(～±10 J･g－1)が小さいため，図CaMgSi2O6CaAl2Si2O8 系メルトの混合エンタルピー

3 から測定精度を評価することはできない．そこでガラス融

CALPHAD 法の熱力学解析では状態図を再現するように

液 に対 する 測定 では ，次 の式 ( 3 )に よる 平均 比熱 ( Mean

融体の混合の熱力学量が最適化されるが，混合のエンタルピ

heat capacity, Cm)を計算し，温度に対してプロットするこーに関する熱量測定データがあればモデルの内挿や外挿に対とが多い．

する信頼をより一層向上させることができる．また，メルト
Cm＝HT－H273.15
T－273.15(3)の混合エンタルピーの組成依存性に関する知見は，メルト構
造や化学結合の理解の精密化にも役立つ． 1980 年代から 90

平均比熱の温度変化を図 4 に示す．平均比熱は落下熱量測

年代にかけてカルベー型の検出器を用いた高温熱量測定装置

定の結果を拡大表現したものに相当し，測定値のばらつきのの開発と普及が進み，室温の試料を高温の熱量計に投入して程度を読み取ることができる．また， Cm と温度の関係のカ

エンタルピー変化を測定する「逆温度落下法熱量測定」が行ーブの不連続からガラス転移温度を読み取ることができる．

われるようになった．筆者もかつてその測定を行っていたこ

筆 者 らは ガラ ス につ い て入 力補 償 型 DSC を用 いた Step とがあるが(30)(33) ，測定誤差がやや大きいことに不満を感Scan 法による比熱測定を行い，図 3 の Tg 以下の相対エンじていた．メルトの混合エンタルピーは次に紹介する落下法

タルピーの測定値と組み合わせた解析をすることことでガラ

熱量測定(DC)と室温での溶解熱測定(SC)を組み合わせた方)を決定するようにしている．そのようにしスの比熱( CGlass
P

法( DC ＋ SC 法)によっても決定することができる(34) ．あるて得られた CGlassと落下熱量測定から得られたメルトの比熱P

組成 a のメルトが端成分 i の混合物であるとき，温度 T に)と相対エンタルピーを用いて，落下法熱量測定にお( CMeltP

おける組成 a のメルトの混合エンタルピー( H Melt
Mix,a,T )は落下

けるガラス転移温度を次式から求めることができる．

Glass
Melt
法熱量測定による相対エンタルピー(H Melta,T － H a,273 ， H i,T －Tg

f

HT－H273.15＝

Tf

CGlassdT ＋P

273.15

CMelt
dT
P

(4)

Tg

落下法熱量測定では試料が急冷されるため，ガラスの Tg
は線膨張測定や DTA 測定から求めた値よりも 0～40 K 程度
高くなる傾向がある(39)．

H Glass
i,273 ) と 298 K に お け る ガ ラ ス の 混 合 エ ン タ ル ピ ー(H Glass
Mix,a,298)と次の関係がある．
Glass
Melt
Glass
H MeltMix,a,T＝H Mix,a,298＋(H a,T －H a,273)
Glass－∑xi(H Melti,T －H i,273 )(5)i

ここで， H Glass
Mix,a,298 は 298 K におけるガラスのフッ化水素酸

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




図5

CaMoO4 の相対エンタルピーの温度変化(41)．

図7

CaMgSi2O6 CaAl2Si2O8 系メルトの混合のエンタ
ルピー．黒丸は DC ＋ SC 法(42) ，白丸は高温熱量計を用いた逆温度落下法(43)による値．

称的な組成依存性を示すことを見出した． DC ＋ SC 法は 2
種類の熱測定を組み合わせた間接測定ではあるものの，落下
熱量測定と溶解熱測定のそれぞれを室温付近で高精度に行うことができるため，直接測定と比較してより精密にメルトの混合エンタルピーを測定することができる．

.

ま

と

め

エンタルピー変化はその変化の経路によらず最初と最後の状態のみで大きさが決まる状態量である．そのため，測定の工夫次第で高温物質の熱含量を室温付近で精密に求めることができる．落下型熱量計による高温融体の熱量測定はそれらの利点をうまく利用したエレガントな方法であると言える．

CaMoO4 の熱容量の温度変化(41)．

図6

最近では酸化物融体の熱量測定や熱力学的研究は 90 年代以前と比較して少なくなってしまった感があるが，それと相反するように CALPHAD 法のデータベースを用いた反応解析

Glass
Sol
Glass
水溶液に対する溶解熱(H Sol
a,298－ H a,298， H i,298－ H i,298 )を測定

や溶融炉のシミュレーションなど，熱力学データの工学応用することで求めることができる．

はますます盛んになりつつある．それらの応用計算は信頼で

Sol
Glass
Sol
Glass
H Glass
Mix,a,T＝∑xi(H i,298－H i,298 )－(Ha,298－Ha,298)(6)i

落下法熱量測定ではガラス形成能の低い組成領域では試料がきる熱力学データがあってこそ成り立つものであり，落下型
熱量計を活用しながら高温物質が関与する各分野の発展に学際的に貢献していきたいと考えている．

部分的に結晶化することがある．しかしその試料をフッ化水
素酸に溶解すれば最終的には状態は等しくなる．したがっ本稿で紹介した落下型熱量計を製作する上で岡山大学地球て，上記の関係を用いた混合エンタルピーの決定法は広い組

物質科学研究センター

成範囲のケイ酸塩メルトに対して適用することができる特徴

は予算的な措置をしていただいた．また，岡山大学工学部工がある．

作センターの竹内英人技術専門員(当時)には装置の設計と製

玄武岩質マグマを模擬する組成系のうちのひとつである
CaMgSi2O6CaAl2Si2O8 系メルトの混合エンタルピーの測定センター長の中村栄三教授(当時)に作に関する幅広い技術指導をしていただいた．この場をお借りして謝意を表します．

結果(42) を図に示す．この系のメルトはかつて高温熱量計を用いたエンタルピーの直接測定により誤差の範囲内で理想

文

献溶液と近似されることが報告されていた(43)．一方，筆者らは DC ＋ SC 法の測定によりこの系のメルトの混合のエンタ
ルピーが CaMgSi2O6 組成側にやや大きな負の値となる非対( 1 ) D. C. Ginnings and R. J. Corruccini: J. Res. Natl. Bur. Std., 38(1947), 583
591.

特

集

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449.
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Ginnings: J. Res. Natl. Bur. Std., 57(1956), 6782.
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( 6 ) J. Opdycke, C. Gay and H. H. Schmidt: Rev. Sci. Inst., 37(1966), 1010
1013.
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180.
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ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

193201.
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11.
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1596.
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142.
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(43) A. Navrotsky, D. Ziegler, R. Oestrike and P. Maniar: Contrib.
Mineral. Petrol., 101(1989), 122130.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
2001年 東京工業大学大学院 理工学研究科地球惑星科学専攻 博士後期課程修了
2001年 4 月 学習院大学 理学部化学科(日本学術振興会 PD)
2003年12月 岡山大学 地球物質科学研究センター
COE 研究員
2006年 7 月 アルバック理工株式会社 開発部
2007年 9 月 滋賀県立大学工学部材料科学科 助教
2011年 8 月現職
菅原 透
専門分野高温物理化学，ガラス工学，マグマ学，実験岩石学，装置開発◎最近の研究テーマは「高レベル放射性廃棄物処理のための熱力学データベースの構築」，「ガラス溶融炉の反応解析」，「ガラス転移領域の熱伝導率測定」，「秋田駒ヶ岳火山の玄武岩質マグマの成因」など．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

静磁場印加電磁浮遊法による溶融金属の熱物性測定と熱力学的過剰量
福

.

は じ

め

山

博

之1
) 渡

邉

学2
)

に

金属製錬，鋳造，溶接や半導体の結晶成長分野などのように溶融凝固過程を経る従来型の材料プロセスに加え，近年，金属積層造形技術による製造技術が注目されている．また，マテリアルズ・インフォマティクスの潮流の中でデータ
科学と材料工学の融合によって材料開発までの効率化・高速度化が求められるなど，ものづくりに急速な変革が生じつつある．マテリアルズ・インフォマティクスでは，ナノスケー
ルの結晶構造や新物質探索においては第一原理計算による量
子力学的手法が主に用いられるが，マクロスケールの材料プ
ロセス分野においては，熱・物質移動の数値シミュレーショ
ンが重要である．この数値シミュレーションの精度を左右す

図1

るのは，材料の熱物性データベースであり，データの高精度( a ) 超高温熱物性計測装置( PROSPECT )，( b )密度測定，(c) レーザー周期加熱カロリメトリー．

化は最重要課題である．
しかしながら，高温融体の熱物性(熱容量，熱伝導率，放射率，密度，表面・界面張力，粘度，拡散係数など)は，測相互作用により生じるローレンツ力により浮遊力を得て，そ定がきわめて困難でほとんど整備されていない．固体の熱物の誘導電流により発生するジュール熱で試料を加熱・融解す

性は質・量共に充実しているが，高温になるとデータの数はる方法である．当研究室では，これまで以下の材料について激減し，融体ではその不確かさが増大する．

その溶融状態の熱物性測定を行ってきた．

筆者の研究室では，交流磁場(電磁浮遊装置)と直流磁場(超電導磁石)を組み合わせて，金属融体の静的な浮遊状態，

元素Si(2)(3), Fe(4)(8), Ni(6), Cu(9)(10) Co(11), Ti(12), Pd, Pt,
Au,

つまり，液滴の表面振動，並進運動や内部の対流を抑制した

2 元系合金Fe(Ni(13)(14), Cu), NiAl(15), Pd(Fe, Ni,状態を実現し，熱物性を高精度に測定することができる超高Cu)(16), Pt(Fe, Co, Ni, Cu), Au(Cu, Pd, Ni), Ti(Cu,

温熱物性計測システム PROSPECT(Properties and Simula-Ni), Si(Fe, Ni, Ge)(17), CuCo(18)など

tions Probed with Electromagnetic Containerless Technique)の開発を行っている(図)(1)．ここで，電磁浮遊法とは，コイルに流れる高周波電流と試料中に誘起される誘導電流との実用合金各種ステンレス鋼， Ni 基超合金， Ti 合金，
CoCr 合金，MoSiBTiC 合金など

 原 子 炉 の 制 御 棒 材 料 ( B4C )と ス テ ン レ ス 鋼 の 混 合 溶 融東北大学多元物質科学研究所1)教授，2)学振特別研究員(PD)(〒9808577 仙台市青葉区片平 2
11)
Thermophysical Property Measurements of Molten Metals by Electromagnetic Levitation Technique with Satic Magnetic Field andThermodynamic Excess Functions; Hiroyuki Fukuyama and Manabu Watanabe(Institute of Multidisciplinary Research for Advanced
Materials, Tohoku University, Sendai)
Keywords: electromagnetic levitation, thermophysical properties, thermodynamic excess functions, density, molar volume, heat capacity, thermal
conductivity
2019年 7 月 8 日受理[doi:10.2320/materia.58.622]



特

集

物(19)PROSPECT では，溶融金属の密度，表面張力，垂直分光

放射率，半球全放射率，熱容量および熱伝導率を測定することが可能であるが，本稿では，紙面の制約もあり，密度測定
およびレーザー周期加熱カロリメトリーによる熱容量および熱伝導率測定について概説し，合金試料における熱力学的過剰量について紹介する．

.

密 度

測

定

溶融金属の密度は，浮力対流の影響を見積もるための重要な物性であるだけでなく，熱伝導率や表面張力など他の熱物性算出の際にも必要となる基礎物性であり，その高精度化が

図3

溶融 Fe Pd 合金のモル体積の組成依存性( 1873
K).

求められている．電磁浮遊法を用いた密度測定では，浮遊液滴が鉛直軸対称であることを仮定し，水平方向から液滴の画像を取得し体積を算出する(1)(13) ．そのため，従来の電磁浮

次に 1873 K における溶融 Fe Pd 合金のモル体積と合金

遊法では浮遊液滴に生じる表面振動の非軸対称成分が大きな組成の関係を図に示す．この図から分かるように，合金の不確かさにつながるが，PROSPECT では静磁場を印加し，モル体積は，理想溶液を示すモル体積の加成性から正に乖離

液滴の表面振動や並進運動を抑制することができるので高精している．ここで，理想溶液からのズレは，過剰モル体積と度測定が可能である．

言われる熱力学特性に相当する．この図から分かるように，密度測定では，液滴の形状を正確に測定する必要があるた

合金組成の両端では，比較的理想溶液からの乖離は小さい

め，図 1(b)に示すように，レーザー光(波長 532 nm)の波形

が，濃厚溶液では，その乖離が 10 近くに及ぶため，実測をビーム整形器で均一な強度分布に変換した後，ビーム径を値の重要性は大きい．

拡張して液滴に照射し，液滴の影を高速度カメラを用いて撮

一般に熱力学的過剰量 X E は，溶液における物理量 X の影する方法を採用している．こうして得られた液滴イメージ

混合量 DmixX と理想溶液の混合量 DmixX ideal の差( X E ＝ Dmix

から，エッジを抽出し，エッジ形状をルジャンドル多項式で

X － DmixX ideal )として定義される非理想性の尺度である．た

近似した後，軸対称を仮定して積分すると液滴の体積を得る

だ し ， X が モ ル 体 積 V の 場 合 は ， DmixV ideal ＝ 0 で あ る のことができる．液滴の質量は測定前後の質量の平均値を用いで，過剰量と混合量は等しくなる(V E＝DmixV )．

て，密度を求めた．図は，静磁場強度 4 T で測定した溶

従来，「化合物を形成する 2 元系合金の過剰エンタルピー

元系合金の密度の温度依存性(16) を各合金組成ごは負で，過剰体積も負である，一方，非混和性を呈する 2とに示したものである．いずれの組成においても密度は，温元系合金の過剰エンタルピーは正で，過剰体積も正である．」

度について直線的に減少することが分かる．図中 M.P. は融が金属溶液論における通説であった(20) ．この単純な正の相融 Fe Pd2

点， L.T. は液相線温度を示す．この図から分かるように，

関は直感的に受け入れやすいものであるが，エントロピー項

本手法を用いる場合，深い過冷却が得られ，過冷却域も含めの寄与について言及していないため，我々は，エントロピー

た幅広い温度依存性を測定することができる．

項の寄与も含めた過剰ギブズエネルギー( G E )と過剰体積( V E )の相関をとることを提唱している(13)(16) ．図は，種々の 2 元系溶融合金の過剰モル体積と過剰モルギブズエネ
ルギーの相関を合金組成がモル分率 0.5において示したものである．同図から分かるように，エントロピー項を考慮してもなお，実際の溶融合金には，従来の傾向に従うケース 1( G E と V E が 正 の 相 関) の場 合 と 逆 の傾 向 を 示 すケ ー ス 2( G E と VE が負の相関)の場合が存在し，未だ統一的な解釈には至っていない．筆者らは，ケース 2 に属する 2 元系合金は，状態図に規則―不規則変態を呈するという共通した特徴を有することを見出した．この一見不思議なケース 2 に属する合金系について理論的な解釈を深めるため，精密な熱物性測定法によるデータに基づくとともに，放射光施設を利用した光電子分光測定ならびに第一原理計算を組み合わせた

図2

溶融 FePd 合金の密度の温度依存性，図中 M.P.
は融点，L.T. は液相線温度を示す．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

電子構造の観点から考察することによって新たな金属溶液論を展開したいと考えている．




図4

図5

溶融 FeNi 合金の定圧モル熱容量の温度依存性．

図6

溶融 Fe Ni 合金の定圧モル熱容量の組成依存性(17531869 K).

合金組成モル分率 0.5 における各 2 元系溶融合金の過剰モル体積と過剰モルギブズエネルギーの相関．

.

レーザー周期加熱カロリメトリー法

 レーザー照射による周筆者と共同研究者は， 2007 年，◯

期加熱法を電磁浮遊液滴に適用し，浮遊液滴の熱容量を測定
 静磁場印加によって液滴内の対流を抑制するだけでなく，◯し，液滴の真の熱伝導率を測定できるレーザー周期加熱カロ
リメトリー法を開発した(2)(21)(22)．以下，レーザー周期加熱
カロリメトリー法による熱容量ならびに熱伝導率測定について概説する．


熱容量測定

示す(14)．同図に示すように，溶融 FeNi 合金の定圧モル熱

図 1( c )は，電磁浮遊させた溶融金属試料の上部からレー

容量 の値は，温度依 存性がほとん ど見られない ． NIST 

ザーを照射して周期加熱を行った際のレーザー出力と試料下JANAF(23)などの熱力学データ集を見ると，純金属の融体の部から放射温度計を用いて測定した温度応答の一例を表して熱容量は温度依存性がないが，合金でも測定温度範囲では，いる．熱容量を測定する場合，試料内部の熱緩和時間が外部

熱容量の温度依存性がほとんど見られない結果となった．

への熱緩和時間に比較して十分短いこと，つまり，試料を実次に 1753 1869 K における溶融 Fe Ni 合金の定圧モル熱

質的に断熱状態に保持することが必要である．実験では，こ

容量と合金組成の関係を図に示す．この図から分かるようの条件を満足するため，液滴に印加する静磁場を小さくするに，合金の定圧モル熱容量は，理想溶液を示す定圧モル熱容ことによって，液滴の表面振動や並進運動は抑制するもの

量の加成性(図中破線)から正に乖離している．図中破線で示の，液滴内部に対流を残存させ，内部熱緩和時間を短くする

す定圧モル熱容量の加成性は， Neumann Kopp 則と呼ばれよう努めた．

ている．ここで，理想溶液からのズレは，過剰定圧モル熱容

図 1( c )のような測定をレーザー変調の周波数を変えて繰量と言われる熱力学量に相当する． Cp の場合も， DmixCidealp

り返し，レーザー変調の周波数と温度振幅の積とレーザーと＝ 0 であるので， CEp ＝ DmixCp である．図 6 から分かるよう

温度応答の位相差の周波数依存性を取得する．断熱状態がほに，溶融 Fe Ni 合金の過剰定圧モル熱容量は，全組成範囲となる周波数において，レーザー
ぼ満足される位相差が 90°にわたって正の値を有する．この結果から，過剰エンタルピ

変調の周波数と温度振幅の積は最大値をとり，適切な補正をー(H E)や過剰エントロピー(S E)にも重要な指針が得られる．

行って熱容量を決定することができる．なお，この場合予め

1966 年， Lupis と Elliott(24)(25) は，「温度上昇によって系レーザーの吸収率を求めておく必要があり，本研究では，予は 理 想 に 近 づ く ．」 と 述 べ ， Kaptay(26) は ， こ れ を 受 け てめ測定したレーザー波長における垂直分光放射率の値を用い2012年，「実在する固溶体，溶液，混合気体は，任意の一定

た(14)．

圧力と組成において，温度上昇とともに理想溶液に近づく．」

図にこうして得られた溶融 Fe Ni 合金の定圧モル熱容と規定した．いわゆる LupisElliott 則である．Kaptay は，

量 Cp を各合金組成ごとに温度についてプロットしたものを

 H E と S E は同符号を有これを満足する必要十分条件は，◯



特

集

 HE と CpE は異符号を有する，とした．溶融する，また，◯

考えており，図 7 に示された差は原子の熱振動によるもの

FeNi 合金の場合は，筆者らの測定結果によると，全組成範と考えている．熱振動の寄与についての定量的な考察は今後囲にわたって CEp ＞ 0 であるので， H E ＜ 0 ， S E ＜ 0 と予想さの検討課題である．

れ，過去の文献値(27)(30) と一致する．ここで注意しておき.

たい点がある．図 5 によると測定温度範囲では，合金の Cp

お

わ

り

に

に温度依存性が認められなかったが，すべての過剰量は温度上昇とともに理想溶液に近づくことに合理性を与えると，極

本稿では，超高温熱物性計測システム(PROSPECT)を用めて緩やかな負の温度依存性を有しているものと考えられる．

いて測定された最近の測定事例から，特に熱力学的過剰量お

よび自由電子モデルからの乖離について紹介した．これは，熱伝導率測定最近の金属積層造形技術だけでなく溶接，鋳造，製錬や結晶

液滴試料内部に対流が存在すると，対流によって熱が輸送

成長などあらゆる材料プロセスの数値シミュレーションにおされるため，熱伝導率は見かけ上大きくなる．したがって，

いて熱物性値へのニーズが高まっているにもかかわらず，市レーザー周期加熱カロリメトリー法によって真の熱伝導率を販のソフトウエアで安易に物性値を取得している現状への警測定する場合は，印加する静磁場を大きくし，試料内の対流鐘を込めている．例えば，鉄が溶媒金属で希薄な合金成分がを十分抑制する必要がある．なお，真空中で測定を行う場合添加されている鉄鋼材料では，理想溶液近似でも許容範囲では，図 1 ( c )に示すレーザーと温度応答間の位相差の周波数あろうが，ハイエントロピー合金のような多成分濃厚溶液の依存性の解析から，熱伝導率と半球全放射率を求めることが物性値を精度よく予測することは困難である．また，如何にできるが，ガス雰囲気中では，ふく射の寄与に加え，気相にデータ科学が発展しても実験から得られる熱物性値の一次デよる熱輸送の寄与を含むため，熱伝導率のみが測定可能となータとしての価値は最も高く，その測定技術はあらゆる測定る．

対象物質に備えて常に磨いておかなければならない．

予め見かけの熱伝導率の静磁場強度依存性を測定した結果

融体物性は，材料プロセスにおける数値シミュレーションに基づき，磁束密度 10 T の静磁場を印加して真の熱伝導率など工学的な応用上重要であるばかりでなく，高温融体科学

測定を行った．図は，1850 K における溶融 FeNi 合金のの解明の観点からも興味深い学問分野である．高温融体の熱熱伝導率の組成依存性を示したものである(31) ．同図には，

物性は，測定が困難であるため測定例が少なく，未知の部分

Kita ら(32) ， Pottlacher(33)(34) ， Ono ら(35) による溶融 Fe Niが多く残されている．特に本稿で取り上げた熱力学的過剰量

合金の電気抵抗率の測定から WiedemannFranz 則を仮定しは，非理想性の尺度であり，その起源について，精密な熱物て求めた熱伝導率の値も示している．WiedemannFranz 則性測定法による高精度なデータに基づくとともに，新たなアは，多くの金属について，その熱伝導率と電気伝導率の比はプローチとして電子構造の観点からも考察を加えることによ

絶対温度に比例し，その比例定数は金属の種類によらず一定って，新たな金属溶液論を展開していきたいと考えている．

値( Lorenz 数)となるという経験則である．金属の熱伝導と最後に PROSPECT の要素技術を構築し，共に開発を行

電気伝導はともに自由電子によるものとして，両伝導機構の緩 和 時 間 を 等 し い と す る と ， Lorenz 数 は 2.44 × 10－8ってきた慶應義塾大学

WQK－2 で与えられる．さて，図 7 に示された熱伝導率の測匡人教授，函館工業高等専門学校

水野章敏准教授，東北大

定値と WiedemannFranz 則から計算された値との差はどの

学

杉岡健一准教授，千葉工ように説明されるであろうか

業大学

筆者らは，溶融金属の熱伝導には，自由電子と原子の熱振動による両方の寄与があると日比谷孟俊教授，学習院大学

塚田隆夫教授，富山県立大学
小澤俊平教授，弘前大学

渡邊

小畠秀和准教授に謝意を表する．
本研究は， JST 先端計測分析技術・機器開発事業の支援
ならびに JSPS 科研費26249113の助成を受けたものです．

文

図7

溶融 Fe Ni 合金の熱伝導率の組成依存性( 1850K) .

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan献( 1 ) 福山博之計測と制御，54(2015), 303308.
( 2 ) H. Kobatake, H. Fukuyama, T. Tsukada and S. Awaji: Meas.
Sci. Technol., 21(2010), 025901.
( 3 ) H. Kobatake, H. Khosroabadi and H. Fukuyama: Meas. Sci.
Technol., 22(2011), 015102.
( 4 ) 杉江一寿，小畠秀和，福山博之，馬場雄也，杉岡健一，塚田隆夫鉄と鋼，96(2010), 673682.
( 5 ) K. Sugie, H. Kobatake, M. Uchikoshi, M. Isshiki, K. Sugioka,
T. Tsukada and H. Fukuyama: Jpn. J. Appl. Phys., 50(2011),
11RD04.
( 6 ) H. Kobatake, H. Khosroabadi and H. Fukuyama: Metall.
Mater. Trans. A, 43(2012), 24662472.



( 7 ) K. Morohoshi, M. Uchikoshi, M. Isshiki and H. Fukuyama:
ISIJ Inter., 51(2011), 15801586.
( 8 ) H. Fukuyama, K. Morohoshi, M. Uchikoshi and M. Isshiki:
ISIJ Inter., 54 (2014), 21092114.
( 9 ) Y. Baba, T. Inoue, K. Sugioka, H. Kobatake, H. Fukuyama. M.
Kubo and T. Tsukada: Meas. Sci. Technol., 23(2012), 045103.
(10) R. Kurosawa, T. Inoue, Y. Baba, K. Sugioka, M. Kubo, T.
Tsukada and H. Fukuyama: Meas. Sci. Technol., 24(2013),
015603.
(11) M. Watanabe, J. Takano, M. Adachi, M. Uchikoshi and H.
Fukuyama: J. Chem. Thermodynamics, 121(2018), 145152.
(12) J. Brillo, J. Wessing, H. Kobatake and H. Fukuyama: Journalof Molecular Liquids, 290(2019), 111226.
(13) M. Watanabe, M. Adachi and H. Fukuyama: J. Mater. Sci., 51(2016), 3303
3310.
(14) M. Watanabe, M. Adachi and H. Fukuyama: J. Mater. Sci., 52(2017), 9850
9858.
(15) M. Adachi, A. Sato, S. Hamaya, M. Ohtsuka and H.
Fukuyama: SN Appl. Sci., (2019), 1:18 https://doi.org/
10.1007/s424520180023x(16) M. Watanabe, M. Adachi and H. Fukuyama: J. Chem. Thermodynamics, 130(2019), 916.
(17) A. Mizuno, H. Kawauchi, M. Tanno, K. Murai, H. Kobatake,
H. Fukuyama, T. Tsukada and M. Watanabe: ISIJ Inter., 54(2014), 2120
2124.
(18) K. Sugioka, T. Inoue, T. Kitahara, R. Kurosawa, M. Kubo, T.
Tsukada, M. Uchikoshi and H. Fukuyama: Metall. Mater.
Trans. B, 45(2014), 14391445.
(19) H. Fukuyama, H. Higashi and H. Yamano: Nuclear Technology, DOI: 10.1080/00295450.2019.1578572.
(20) T. Iida, R. I. L. Guthrie: The physical properties of liquid
metals. Clarendon Press, Oxford, (1988), 6769.
(21) H. Fukuyama, H. Kobatake, K. Takahashi, I. Minato, T.
Tsukada and S. Awaji: Meas. Sci. Technol., 18(2007), 2059
2066.
(22) T. Tsukada, H. Fukuyama and H. Kobatake: Int. J. Heat Mass
Transfer, 50(2007), 30543061.
(23) NISTJANAF Thermochemical tables 4th Ed., J. Phys. Chem.
Ref. Monograph, No.9 (1998).
(24) C. H. P. Lupis and J. F. Elliott: Trans. Met. Soc. AIME, 236(1966), 130.

(25) C. H. P. Lupis and J. F. Elliott: Acta Metall., 15(1967), 265
276(26) G. Kaptay: Metall. Mater. Trans. A, 43(2012), 531543.
(27) G. R. Belton and R. J. Fruehan: J. Phys. Chem., 71(1967),
14031409.
(28) W. Rammensee and D. G. Fraser: Phys. Chem., 85(1981),
588592.
(29) B. Predel and R. Mohs: Arch Eisenhuttenwes, 41(1970), 143
149.
(30) G. I. Batalin, N. N. Minenko and V. S. Sudavtsova: Russ
Metall., 5(1974), 99103.
(31) M. Watanabe, M. Adachi, M. Uchikoshi and H. Fukuyama:
Metall. Mater. Trans. A, 50(2019), 32953300.
(32) Y. Kita and Z. Morita: J. NonCryst. Solids, 6162(1984),
10791084.
(33) G. Pottlacher: J. Non
cryst. Solids, 250252(1999), 177181.
(34) A. Seifter, G. Pottlacher, H. Jager, G. Groboth and E.
Kaschnitz: Ber. Bunsenges. Phys. Chem., 102(1998), 1266
1271.
(35) Y. Ono and T. Yagi: Trans. ISIJ, 12(1972), 314316.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
福山博之
1993年 名古屋大学大学院工学研究科博士課程修了，博士(工学)．同年 名
古屋大学工学部助手，1994年 トロント大学客員研究員
1996年 東京工業大学工学部助手
1998年 東京工業大学大学院理工学研究科助教授
2004年 東北大学多元物質科学研究所助教授
2007年 同教授，現在に至る
専門分野材料物理化学◎高温における材料(金属，半導体，セラミックスなど)プロセスおよび融体物性に関する幅広い研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

福山博之

渡邉

学

特

集

アルミノケイ酸塩融体の物性(粘度，モル体積，表面張力)と非架橋酸素濃度の相関
助

永

壮

平
柴
1)

田

浩

幸
2)

ケートの重合状態で特徴づけることができる．本特集記事で

.

は じ

め

に

は， CaOSiO2 系および CaO SiO2Al2O3 系融体を対象に，
液相線温度以上における粘度，モル体積(密度)，表面張力のCaO ， SiO2 および Al2O3 を主成分とするカルシウムアル

ミノケイ酸塩融体は，金属製精錬(スラグ，フラックス)やガ

3 種類の物性値がシリケートの重合状態やアルミニウムイオンの濃度に対してどのように変化するかを議論する．

ラスの基本組成である． CaO SiO2 Al2O3 系融体の物性(例えば，粘度，密度，表面張力，熱伝導度)は，炉内の流れや.

融体中での酸素イオンの分類

耐火物との反応速度，スラグ・フラックスの機能性を制御する上で重要であるため，この三元系については様々な研究者

ケイ酸塩融体は，SiO4 四面体が「架橋酸素(SiOSi)」をが幅広い測定範囲で物性値測定を行なってきた(1)(9) ．測定

介して結合した網目構造を骨格とする． CaO などの塩基性技術が進歩し，測定可能な組成範囲が広がる一方で，計測さ酸化物をケイ酸塩融体に添加すると網目構造の切れ目である

れた物性値の物理的意味の理解は十分ではなく，物性値の組「非架橋酸素( non bridging oxygen, NBO )」が生成する．

成や温度に対する変化を構造に基づいてどのように解釈する

CaOSiO2 系融体中のケイ素イオンの一部をアルミニウムイ

かは課題として残されている．ケイ酸塩融体や同ガラスの構

オンで置換したアルミノケイ酸塩融体中では， SiO4 イオン

造を表現するパラメーターは多数あるが，第一義的にはシリと AlO4(または AlO5)イオンが酸素を介して重合するため，

図1

バルクおよび表面における酸素イオンの局所構造模式図(9)(14)．((a)架橋酸素(SiOSi)，(b)架橋酸素(SiO
Al)，(c)非架橋酸素)

東北大学多元物質科学研究所1)准教授 2)教授(〒9808577 仙台市青葉区片平 2
11)
Relationship Between Physical Properties of Aluminosilicate Melts and Concentration of Nonbridging Oxygen: Viscosity, Molar Volume
and Surface Tension; Sohei Sukenaga and Hiroyuki Shibata(Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (IMRAM),
Tohoku University, Sendai)
Keywords: physical property, viscosity, molar volume, surface tension, silicate melts, nonbridging oxygen
2019年 7 月 2 日受理[doi:10.2320/materia.58.627]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan網目構造を二種類の架橋酸素(SiOSi および SiOAl)が構成することになる．図にそれぞれの酸素イオンのバルクお.

物性値と非架橋酸素濃度の関係

よび融体表面での構造を模式的に示した．架橋酸素( Si O Si)は主に陽イオンを二配位した酸素イオンである．ケイ素

図(a)に1823 K における CaOSiO2 系および CaOSiO2

イオンが酸素 4 配位構造の 4 価の陽イオンであり，アルミ

Al2O3 系融体の粘度(文献値(3)(4)(5)(7))と非架橋酸素濃度の関ニウムイオンは 3 価の陽イオンで酸素 4 配位構造をとるた係を示した．図に示した通り，CaOSiO2 系において，非架め，架橋酸素(SiOAl)には負電荷(－2－(＋4/4)－(－3/4)

橋酸濃度が上昇すると粘度が単調に低下することがわかる．

)が生成する(10)．この負電荷を補って電気的中性を

液相線温度以上の温度域において，ケイ酸塩融体の粘度は融保つためカルシウムイオンの一部が消費される(電荷補償陽体の平均結合強度を反映すると考えられている(13)．したが＝－ 1/4イオン)．したがって，架橋酸素( SiO Al )の陽イオン配位って， CaOSiO2 系において非架橋酸素(CaO)濃度の上昇に数は 3 以上になると考えられる．また，非架橋酸素は，ケより，融体中の化学結合の平均結合強度が低下したことが粘イ素イオンおよび 3 ～ 4 つのカルシウムイオンが配位する度低下の主な要因であると考えられる．また，非架橋酸素濃(網目修飾イオン)ことが知られており(11) ，酸素近傍の原子度が同程度の場合(例えば NBO/totalO＝50)，CaOSiO2

充填密度が架橋酸素に比べて高い特徴がある．ここで，シリ系よりも CaO SiO2 Al2O3 系の粘度の方が低い．これは，ケートの重合状態を定量的に扱うため，シリケートの切れ目SiOAl 結合の強度が SiOSi 結合の強度よりも低いことをである非架橋酸素の濃度( NBO /totalO ())を式( 1 )(12) に反映していると理解できる．
図 2 ( b )に同系融体の密度データ(1)(2)(8) から算出したモルより化学組成から決定した．

体積(Vm＝M/r, M平均分子量，r密度)を非架橋酸素濃NBO/totalO()＝100・{2・O(at)4Si(at)4Al(at)}/O(at)度に対してプロットした．CaOSiO2 系のモル体積は，非架(1)

橋酸素濃度の増加とともに上昇しており，これは図 1 に示

ここで O, Si, Al はそれぞれのイオンの濃度(at)である．

したように非架橋酸素近傍の原子充填密度が架橋酸素よりも以下では，非架橋酸素濃度を横軸に粘度，モル体積，表面張高いためと考えられる．また，非架橋酸素濃度が同程度の場力の組成に対する変化を議論する．

合(例えば NBO/totalO＝50)，CaOSiO2Al2O3 系のモル体積の方が CaOSiO2 系よりも高いことが見出された．架橋
酸素近傍の構造を考えると Si O Al の方が Si O Si 系よりも酸素近傍に局所的に密な構造を有するはずであるため，こ

図2



1823 K における CaOSiO2 系および CaOSiO2Al2O3 系融体の物性と非架橋酸素濃度の相関関係．
(a)粘度，(b)モル体積，(c)表面張力(9)(14)

特集

の現象は酸素イオン近傍の原子充填状態からは説明が困難で文ある．今後，アルミノシリケートアニオンの形作る網目構造

献の原子配置(リング構造のサイズなど)を解析する必要がある．
図 2 ( c )に表面張力のデータ(6)(8) を非架橋酸素に対してプ
ロットした(9)(14) ．表面張力については，構造との相関関係を議論された例が他の物性よりも少ないが， 1971 年の柳ヶ瀬 ら の 解 説 記 事(15) で は ， ス ラ グ の 表 面 張 力 が 表 面 で の「 bond density 」に依存すると記されている．また，田中らの表現(16) を引用すると，液体の表面張力は，表面にある原子の結合エネルギーではなく，結合すべき相手を失った原子がもつ単位面積あたりの(バルクに比べて)過剰なエネルギーに相当する．ここで，酸化物融体の表面が主に酸素イオンで構成されているとすると，図 2(c)に示した非架橋酸素(CaO)濃度増加による表面張力の上昇は，配位数の高い(表面で結合相手を失いやすい)非架橋酸素が導入されたためと考えることができる(図 1( c )参照)．また，非架橋酸素濃度
が 同 程 度 の 場 合 ， CaO SiO2 Al2O3 系 の 表 面 張 力 の 方 が
CaOSiO2 系よりも高い表面張力を示す．この理由は，架橋酸素 Si O Al の陽イオン配位数が Si O Si よりも高いことから説明可能である(図 1(a)および(b)参照)．

.

お わ

り

に

( 1 ) J. W. Tomlinson, M. S. R. Haynes and J. O'M. Bockris: Trans.
Faraday Soc., 54(1958), 18221833.
( 2 ) R. Kammel and H. Winterhager: Erzmetall, 18(1965), 917.
( 3 ) J.O'M. Bockris and D. C. Lowe: Proc. Roy. Soc. London A, 226(1954), 423435.
( 4 ) P. Kozakevitch: Rev. Metall., 57(1960), 149160.
( 5 ) J. S. Machin and D. L. Hanna: J. Am. Ceram. Soc., 28(1945),
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( 6 ) K. Mukai and T. Ishikawa: J. Jpn. Inst. Met., 45(1981), 147154.
( 7 ) S. Sukenaga, N. Saito, K. Kawakami and K. Nakashima: ISIJ
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( 8 ) S. Sukenaga, S. Haruki, Y. Nomoto, N. Saito and K. Nakashima: ISIJ Int., 51(2011), 12851289.
( 9 ) S. Sukenaga, T. Higo, H. Shibata, N. Saito and K. Nakashima:
ISIJ Int., 55(2015), 12991304.
(10) J. F. Stebbins, J. Wu and L. M. Thompson: Chem. Geol., 346(2013), 3446.
(11) P. Florian, K. E. Vermillion, P. J. Grandinetti, I. Farnan and J.
F. Stebbins: J. Am. Chem. Soc., 118(1996), 34933497.
(12) B. O. Mysen and P. Richet: Silicate Glasses and Melts, Properties and Structure, Elsevier, Amsterdam, (2005), 112.
(13) M. J. Toplis and D. B. Dingwell: Geochim. Cosmochim. Acta,
68(2004), 51695188.
(14) S. Sukenaga: Bull. Iron Steel Inst. Jpn., 22(2017), 511
513.
(15) T. Yanagase and Y. Suginohara: TetsutoHagane, 57(1971),
142157.
(16) T. Tanaka: Bull. Iron Steel Inst. Jpn., 8(2003), 80
85.

CaOSiO2Al2O3 系の一部の組成範囲を対象とし，液相線温度以上における粘度，モル体積，表面張力の非架橋酸素濃度に対する変化を示した．それぞれの物性について非架橋酸
素濃度を軸に評価することで，物性変化メカニズムを推測することができた．一方で，モル体積について，非架橋酸素濃度が一定の場合に， CaOSiO2 系よりも CaOSiO2Al2O3 系の方がモル体積は大きいことが見出された．酸素イオン近傍の構造からだけではこの現象の説明は難しく，今後，放射光★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
助永壮平
2006年 3 月 九州大学大学院工学府修士課程修了
2006年 4 月 九州大学大学院工学研究院 助手
2013年 4 月 東北大学多元物質科学研究所 助教
2018年 5 月現職
専門分野高温物理化学◎金属製精錬やガラス製造を背景として，高温融体(特に酸化物)の物性計測や同系ガラスの構造解析に関する研究を進めている．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

X 線全散乱などを用いた原子の配置状態に関する調査が必要である．また，金属製精錬で重要な酸化鉄を含む系やガラス工業分野で重要な酸化ホウ素を含む系の物性データを系統
的かつ高精度に測定し，同様の解析を行うことが本分野の深化のためには必須である．このような観点から構造研究と物性研究の有機的な連携が期待される．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

助永壮平

柴田浩幸




高温融体の広粘度域測定技術の開発
竹田

.

は じ

め

修1
) 盧


)
2

朱

鴻 民3
)

に

鉄鋼製造プロセスにおいて，モールドフラックス等のフラックスや ESR スラグ等のスラグは潤滑剤や被覆材として利用され，高品質の鉄鋼を製造するために必要不可欠な存在である．これらは，一般的に SiO2 や CaO を主成分とするが，粘度を低下させるためにしばしば CaF2 等の弗化物が添加される(1)(2) ．溶融珪酸カルシウムは一般的に高い粘度(数千mPa ･ s )を示すが， CaF2 は低い粘度(数 mPa ･ s )を示す(3) ．
CaF2 の添加量を調整することで融体の粘度を制御することができる．溶融フラックス・スラグの粘度範囲と適切な粘度測定法を図に示す(4)(5)．
一般的に高粘度域には坩堝回転法が，低粘度域には坩堝回転振動法が適する．ただし，これらの二つの粘度域の間には測定困難領域がある．そのため，弗化物含有溶融珪酸塩の全組成範囲における粘度挙動は明らかでない．上記のギャップを埋めるためには，坩堝回転法の測定下限を下げるか，坩堝
回転振動法の測定上限を上げる必要がある．坩堝回転振動法
は気体の粘度を測れることからもわかるように，本質的に低図1

坩堝回転法と坩堝回転振動法の測定可能範囲の模式図．

粘度測定に向いている．そこで，著者らは坩堝回転法の測定下限を下げることに取り組んだ．
坩堝回転法の原型である回転法を原理的に開発・実証したラグの粘度の研究は，珪酸塩の融体構造と関連付けて継続的のは Taylor(6) であり，ほどなく Brookfield(7) が簡便に操作に行われている(10) ．先駆的な研究として，白石と藤井は粘できる粘度計(内筒回転法)を開発し，市販の装置で再現性の性流動で発生するトルクを直接測定して粘度を決定する坩堝

よい測定ができるようになった．以後，測定の簡便さと相ま

回転法を開発し， 1500 °C で 100 mPa ･ s 級の粘度を測定しって，高粘度融体の粘度測定が行われた．ただし，内筒回転た(11) ．また，菜嶋と藤田も同じくトルクから粘度を決定す

法は特に低粘度域で精度が低い問題があった．Bockris ら(8)る方式を採用し，室温で 10 mPa ･ s 級の粘度を 0.1 程度のは，回転軸とトルク検出軸を分離した外筒回転法(坩堝回転

不確かさで測定できることを明らかにしている(12)．

法)を開発し，低粘度域から高粘度域の広い範囲で精度の高以上の背景のもと，著者らはトルクから粘度を決定する坩

い測定を行った．本邦では，伊藤ら(9)が独自に坩堝回転法を

堝回転法粘度計を開発・改良し，粘度測定可能範囲を拡張す開発し，系統的な粘度測定を行った．坩堝回転法を用いたス

ることを試みた．以下，その取り組みについて紹介する．

東北大学工学研究科 1)准教授 2)助教 3)教授(〒980
8579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6602)
Development of Widerange Viscosity Measurement Technology for High Temperature Melts; Osamu Takeda, Xin Lu, Hongmin Zhu(Graduate School of Engineering, Tohoku University, Sendai)
Keywords: viscosity, rotating crucible method, mold flux, ESR slag, LiFNaFKF, SiO2Na2ONaF, oxyfluoride melt
2019年 7 月 4 日受理[doi:10.2320/materia.58.630]



特

集

内筒の組み合わせは固着し易かったため，純鉄坩堝と窒化ホ.

著者らが用いた粘度計について

ウ素(BN)内筒を用いることで固着を防止できた．
項目( 2 )については，内筒位置を精密に制御するために

坩堝回転法の測定原理と実験装置の詳細は，既報(13)(14)をX Y ステージを導入した．幾何学的中心からわざと内筒位参照して頂くとして，以下，重要な点に絞って説明する．高

置をずらした時に，内筒に加わったトルクを図に示す．

温測定用坩堝回転法粘度計の模式図を図に示す．
坩堝と内筒は様々なものを試作したが，最も測定精度が高かったものを図に示す(15)．
回転法では，試料融体を装入した坩堝を回転させる．する

内筒位置が中心から±0.6 mm ずれると，トルクを＋10～
13 過大評価することがわかった．実際の測定では，内筒位置を中心から± 0.1 mm に制御し，トルク測定の不確かさを1.5以下に抑えることができた．

と融体も坩堝の回転に伴って流動し，浸漬された内筒にトル

項目(3)は特に重要な点である．それは，測定原理の前提

クが発生する．そのトルクを測定し検量線法によって粘度をとして，坩堝内で常に同じ水平面で融体が流れなければなら決定する．検量線は，粘度既知の標準液体(シリコーンオイないからである．もし，鉛直方向に対流があると融体の流れ

ル等)を用いてあらかじめ作成しておく．

を乱し，正確な測定ができない．そこで，独立に制御可能な装置開発上の注意点は多いが，低粘度測定のために特に気三段炉(図 2)を用い，輻射と雰囲気対流を遮る遮熱板を多数を配ったのは，( 1 )坩堝および内筒の幾何学形状および材料，( 2 )坩堝と内筒の高精度軸合わせ，( 3 )均熱性の確保である．
項目(1)については，内筒高さ/内筒直径比が大きい方(図3 )が測定値のばらつきが小さく，理論式とよい一致を示した．これは，坩堝底面や試料液面の影響が相対的に小さいためと考えられる．また，十分に大きなトルクを得るためには
坩堝と内筒の隙間を小さくする必要があるが，隙間が小さす
ぎると坩堝と内筒が接触・固着する．隙間 2～5 mm では，
3 mm で良い結果が得られている．材質は，純鉄坩堝と純鉄

図2

高温測定用坩堝回転法粘度計の模式図．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

図3

内筒と坩堝の寸法，(a)高粘度用，(b)低粘度用．

図4

坩堝中心軸近傍で内筒に加わるトルク． Y 軸 0mm ．回転速度 90 rpm ，試料(シリコーンオイル)粘度61 mPa･s，温度20°
C．




設置した．その結果，融体を保持する坩堝全長に渡って±度依存性を図に示す(15) ．文献値(14)(20) も合わせて示す．

0.5 K の極めて良好な温度分布を得ることができた．以下，

純 NaF の文献値は坩堝回転振動法により決定したものであ

幾つかの測定例について紹介する．

る．SiO2Na2ONaF 系の粘度は，NaF 濃度の増加と共に単調に低下し，二次関数で再現できた．この組成依存性は，

. 測

定

例

SiO2CaOCaF2 系(13)と同様であった．

溶融 SiO2Na2ONaF 系の流動の活性化エネルギーを図
低粘度用検量線の例を図に示す(15) ．一点鎖線が理論値に示す．右縦軸には，対応するイオン比(CF－/CSi4＋)を示す．

であり， 10 ～ 347 mPa ･ s のシリコーンオイルで装置定数 K

NaF 濃度を増加させると活性化エネルギーは， 5 および 80を決定する際に得られた測定値を示している．いずれの試料

mol  NaF で急激に低下した． 80 mol はイオン比が 6 にに対しても，測定値は高い直線性を示し，かつ，理論値と良近い． Ueda らは，溶融 SiO2 CaO CaF2 系を赤外分光で分い一致を示した．特に， 10 rad･s－1 近傍のばらつきは± 1

析し，F－ 濃度が高い組成域では F－ が Si4＋ に配位することと小さな値を示し，10 mPa･s の粘度も十分に定量できるこを示した(21)．このことから，融体中では SiOxFyz－ 等の酸化とがわかった．
溶融 LiF10 mol NaF45 mol KF(通称 FLiNaK)の粘度を，文献値(16)(19) とともに図に示す(15) ．単純な混合系
では対数粘度の加成則が成立することが知られているため，純物質の値(20)から算出した推算値(一点鎖線)も示した．測定値は，アレニウス型の温度依存性を示し，かつ，推算値とよい一致を示した．文献値はいずれも高い値を示した．これ
は，市販の Brookfield 粘度計で測定したため，低い粘度を十分に定量できていなかったためと考えられる．特筆すべきは，外挿にはなるが，本粘度計で数 mPa ･s の粘度を十分に定量できることである．
溶 融 SiO2 Na2O NaF 系 の 粘 度 を 図  に 示 す(15) ． 測 定は，降温，昇温を繰り返して行ったが，ばらつきが小さく，降温時と昇温時は良い一致を示した．また，アレニウス型の
温 度 依 存 性 を 示 し た ． 特 筆 す べ き は ， 数 mPa ･ s か ら 104
mPa ･ s の非常に広範囲の粘度を決定することができた．つまり，粘度測定可能範囲を拡張することができた．
1473 K における溶融 SiO2Na2ONaF 系の粘度の NaF 濃

図5



低粘度用検量線．

図6

溶融 LiF10 mol NaF45 mol KF (FLiNaK)の 粘 度 ． 文 献 値  Hofman(16), Vriesema(17),Ambrosek(18), Janz(19)．

図7

溶融 SiO2Na2ONaF 系の粘度．濃度比 CNa2O/
CSiO2＝0.67 (in mol).

特集学准教授齊藤敬高先生，九州大学教授中島邦彦先生に貴重なご助言をいただいた．記して感謝する．

文

図8

溶融 SiO2Na2ONaF 系の粘度の組成依存性．温度  1473 K ． 濃 度 比  CNa2O / CSiO2 ＝ 0.67 ( inmol)．文献値Takeda(8)，江島(17)．

図9SiO2Na2ONaF 系の粘性流動の活性化エネルギ
ー．濃度比CNa2O/CSiO2＝0.67 (in mol).
文献値Takeda(8)，江島(17)．

献( 1 ) 浅野鋼一日本金属学会会報，19(1980), 724731.
( 2 ) 荻野和巳日本金属学会会報，18(1979), 684693.
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Y. Sato: Int. J. Thermophys., 36(2015), 648657.
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覧，日本鉄鋼協会，東京(1972), 3237.
( 5 ) K. C. Mills: Slag Atlas, 2nd ed., ed. by Verein Deutsher Eisenhuttenleute, Verlag Stahleisen GmbH, Dusseldorf, Germany,(1995), 350
352.
( 6 ) G. I. Taylor: Phil. Trans. Roy. Soc. A, 223(1923), 289343.
( 7 ) Brookfield Engineering: Company History 〈http://www.
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403405.
( 9 ) 伊 藤 尚 ， 柳 ヶ 瀬 勉 ， 杉 ノ 原 幸 夫  日 本 金 属 学 会 誌 ， 27
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Saito and K. Nakashima: ISIJ Int., 54(2014), 20392044.
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2049.
(15) O. Takeda, M. Yamada, M. Kawasaki, M. Yamamoto, S.
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(16) H. W. Hoffman and L. Jones: Oak Ridge National Laboratory
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(18) J. Ambrosek, M. Anderson, K. Sridharan and T. Allen:
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(19) G. J. Janz and R. P. T. Tomkins: National Standard Reference
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( 20 ) 江島辰彦，佐藤 讓，八重樫誠司，木島 隆，竹内英治，
玉井京子日本金属学会誌，51(1987), 328
337.
(21) S. Ueda, H. Koyo, T. Ikeda, Y. Kariya and M. Maeda: ISIJ
Int., 40(2000), 739743.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

弗化物イオンが形成されたと考えられている．翻って考えると，上記の組成では，珪酸の網目構造が決定的に分断されたと考えられる．

竹田 修
2006年 9 月 東京大学大学院工学系研究科博士課程修了
2006年10月 東北大学大学院工学研究科 助手
2015年10月 現職
専門分野化学熱力学，溶融塩電気化学，融体物性学◎活性金属の製造・リサイクルプロセスの開発，電気化学的手法による材料の表面改質，高温融体の熱物性の研究を中心に活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

.

お わ

り

に

回転法粘度計の測定可能範囲を拡張することによって，全組成域に渡って弗化物含有珪酸塩の粘度挙動を明らかにすることができた．今後は，異なる塩系で測定を行って確度の高いデータを蓄積すると共に，配位構造等，融体構造との関係について研究を進めてゆく所存である．なお，一連の研究を

竹田

修

盧

朱

鴻民

遂行するにあたって，東北大学准教授助永壮平先生，九州大

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japanホウケイ酸塩融体の熱伝導率
西

.

は じ

め

剛

に

史
太
1)

田

.

原

測

定

弘

道
2)

理

ホウケイ酸塩ガラスは製造の容易さ，ガラス形成能，化学装置の概略図を図に示す．測定温度において下方よりレ的耐久性，および放射線安定性の観点から，高レベル放射性ーザを照射して白金セルを瞬間的に加熱し，照射後の融体試廃棄物(HLW)を固化するためのガラスとして一般的に知ら料への熱の散逸による白金の温度減衰を測定し，温度応答曲れている(1)(2)．ホウケイ酸塩ガラスに含まれる成分の役割を線を得る．この測定法では，測定時間領域がレーザ照射時か

表に示す．

ら 4 ms から 12 ms までと非常に短いため対流の影響を受け

なお，リン酸塩ガラスは優れたガラス形成能，化学的耐久ない．さらに原理的に熱放射の影響もほとんど受けないとい性，および放射線安定性を有するが，高い液相線温度のためう特性を持つ(7)．レーザ照射面の理論温度応答は，以下の条に製造が困難とされている(2)．

件を満足することを前提とする．

ガラス溶融炉内の温度分布を最適化するには，多種のホウケイ酸塩融体の熱伝導率の値が必要である．これまでは，熱線法によるホウケイ酸塩融体の熱伝導率として，B2O3
SiO2，
Na2OSiO2，Na2OB2O3SiO2，および CaOB2O3SiO2 などの報告が存在しているが(3)(5) ，温度依存性にかなりの差がある．
本報では， B2O3 SiO2 ， Na2O B2O3 SiO2 ，および CaO 
B2O3SiO2 のホウケイ酸塩融体の熱浸透率を表面加熱・表面

検出レーザフラッシュ法(FHFDLF 法)(6)を用いて測定し，
熱浸透率データを比熱容量および密度と組み合わせることにより熱伝導率を算出した．さらに，それぞれの熱伝導率を比較することで，熱伝導の立場からネットワークモデルを構築したので，これについても紹介する．

表1

ホウケイ酸塩ガラスに含まれる成分の役割．

ガラス形成成分

安定化成分

SiO2
B 2O 3
P2 O 5

Al2O3

修飾成分(一部)

Li2O
Na2O
K 2O
MgO
CaO

ZnO
TiO2
Fe2O3
V 2 O5CeO2

図1

表面 加熱・ 表面検 出レー ザフラ ッシュ 法( FH 
FDLF 法)熱浸透率測定装置．

茨城大学大学院理工学研究科量子線科学専攻1)准教授 2)教授(〒316
8511 日立市中成沢町 4121)
Thermal Conductivity of Borosilicate Melts; Tsuyoshi Nishi and Hiromichi Ohta(Institute of Quantum Beam Science, Graduate School of
Science and Engineering, Ibaraki University, Hitachi)
Keywords: thermal effusivity, B2O3SiO2, CaOB2O3SiO2, Na2OB2O3SiO2, melt, front-heatingfront-detection laser-flash (FHFDLF)
method, thermal conductivity, network model
2019年 6 月 6 日受理[doi:10.2320/materia.58.634]



特

集




レーザ照射直前において測定系が熱平衡状態にある．



一次元熱伝導が達成されている．

SiO2 融体では B2O3 濃度が30 molの辺りで最も熱伝導率が

溶融試料が熱伝導に対し半無限である．

小さくなった．原因の詳細については不明であるが， B2O3

このような場合，白金セルの温度分布は等温であると近似できる．以上の条件下での熱伝導方程式によって導かれた時
刻におけるレーザ照射面の温度 T は式( 1 )で表される．また係数 h は式( 2 )で表される(8)．
T(t)＝T0

exp (h2t)erfc (hSiO2 融体では B2O3 濃度が 50 mol の辺りで， CaO B2O3 と SiO2 の構造の違いが Si O B の結合を弱化したと推測している．
50B2O3 50SiO2(9) ， 40Na2O 30B2O3 30SiO2(10) ， お よ び
40CaO 30B2O3 30SiO2(9) 融体の熱伝導率を熱線法で得られt)h＝bs/rdCdld(1)

た 10B2O3 90SiO2(3) ， 40Na2O 30B2O3 30SiO2(4) ， お よ び(2)

40CaO 25B2O3 35SiO2(5) の値と共に図に示す．熱線法でT0 は白金セルの底面が平衡温度からレーザ照射により上昇得られた40Na2O30B2O330SiO2 融体の値はこの研究で得らした温度，bs は試料の熱浸透率，rd，Cd，ld はそれぞれ白金

れた値とほぼ等しい値を示している．また，全ての組成比にセルの密度，比熱容量，厚さである．得られた温度応答曲線

おいても，熱線法で得られた Na2OB2O3SiO2 の値はこの研データを式( 1 )で最小二乗フィットすることで係数 h の値

究で得られた熱伝導率の値に近く(± 15 以内)，同じようを求め，式( 2 )より bs を求める． rs ， Cs を試料の密度，比な温度依存性を示している．しかし，熱線法で得られた熱とすると，式( 3 )から試料の熱伝導率 ls が算出できる．

B2O3 SiO2 および CaO B2O3 SiO2 の値は温度領域が違うも

b s2
rs C sのの，大きさ，温度依存性共に本研究で得られた値とかなり

l s＝

(3)

違う挙動を示している．

本研究では， rs はアルキメデス法で測定した室温のガラス

図 3 より， 40Na2O 30B2O3 30SiO2 融体の熱伝導率は，の密度， Cs は各成分の融体状態の比熱容量から加成則を用50B2O3 50SiO2 融 体 の 熱 伝 導 率 よ り も 高 く ， 40CaO 

いて計算した値を用いた．

30B2O3 30SiO2 融体の熱伝導率よりも低い．固化した測定

後の試料の NMR 測定結果(9)を図に示す．B2O3SiO2 には.

ホウケイ酸塩融体の熱伝導率

三配位の B しか存在しないが CaOB2O3SiO2 には四配位のLF FDLF 法熱浸透率測定装置によって得られた B2O3 
SiO2 および CaOB2O3SiO2 融体の熱伝導率を図に示す(9)．

それぞれの試料において，温度上昇に伴い熱伝導率が僅かに減少することがわかる．これは温度上昇に伴いフォノンが散乱されたことに起因する．また， CaO B2O3 SiO2 融体の熱伝導率の方が B2O3 SiO2 融体よりも大きい傾向があること，B2O3SiO2 融体では B2O3 濃度が50 molの時に，CaO
B2O3 SiO2 融体では B2O3 濃度が 30 mol の時に熱伝導率が最も小さい値を示した．この傾向は測定した温度領域でほぼ同じ傾向が見受けられる． B2O3 は酸素が 3 配位した三配位構造， SiO2 は酸素が 4 配位した四面体構造を取る． B2O3 

図3ホウケイ酸塩融体の熱伝導率の温度依存性の比較．

(a) B2O3SiO2
図2

B2O3SiO2 および CaOB2O3SiO2 融体の熱伝導率．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

図4(b) CaOB2O3SiO2

11B MAS NMR スペクトル(18.8T)．



の熱伝導率よりも高かったが， CaO B2O3 SiO2 融体には広い二液相が存在するため，熱力学的性質を考慮すると，この中では Na2OB2O3SiO2 が高レベル放射性廃棄物を閉じ込めるには妥当なホウケイ酸塩ガラスと判断できる．

.

お

わ

り

に

ホウケイ酸塩融体の熱伝導率はネットワーク構造の煩雑さや緻密さがフォノンによる熱伝導に大きな影響を及ぼしていると考えられる．今後は様々な組成のホウケイ酸塩融体の熱浸透率を系統的に取得し，熱伝導率を整備すると共に，
NMR などの構造データや粘度データと比較することで，熱伝導に影響を及ぼすネットワーク構造についても言及していきたいと考えている．
本研究は経済産業省資源エネルギー庁「平成 28 ～ 29 年度
放射性廃棄物の減容化に向けたガラス固化技術の基盤研究事業」および，科学研究費「基盤研究(B)酸化物系ランダム構
造の領域分割と物性理解(研究代表者柴田浩幸)」の成果の一部である．

文献

SiO2 は酸素が 4 配位した四面体構造を取るため，構造の違( 1 ) H. Li, L. Wu, D. Xu, X. Wang, Y. Teng and Y. Lu: J. Nucl.
Mater., 466(2015), 484490.
( 2 ) 作花済夫ガラスとは何か―その性質と利用方法日本原子力学会誌，53(2011), 444448.
( 3 ) Y. Kim and K. Morita: J. Am. Ceram. Soc., 98(2015), 1588
1595.
( 4 ) Y. Kim, Y. Yanaba and K. Morita: J. NonCryst. Solids., 415(2015), 1
8.
( 5 ) Y. Kim and K. Morita: ISIJ. Int., 54(2014), 20772083.
( 6 ) H. Ohta, H. Shibata, A. Suzuki and Y. Waseda: Rev. Sci. Instrum., 72(2001), 18991903.
( 7 ) H. Ohta, H. Shibata and T. Kasamoto: ISIJ. Int., 46(2006),
434440.
( 8 ) Y. Tada, M. Harada, M. Tanigaki and W. Eguchi: Rev. Sci. Instrum., 49(1978), 13051314.
( 9 ) T. Nishi, K. Tanaka, K. Ohnuma, T. Manako, H. Ohta, S.
Sukenaga, H. Shibata and T. Kakihara: J. Nucl. Mater., 510(2018), 193
198.
(10) T. Nishi, T. Manako, K. Ohnuma, H. Ohta, S. Sukenaga, H.
Shibata and T. Oniki: J. Nucl. Sci. Technol., 56(2019), 710
715.

いから B2O3 SiO2 融体のネットワーク構造は疎になる．一★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

図5

ホウケイ酸塩融体の熱伝導率のネットワークモデル．

B も存在している．

これらの NMR の結果および電気的中性則から考案した
B2O3SiO2，Na2OB2O3SiO2 および CaOB2O3SiO2 融体の熱伝導率のネットワークモデルを図に示す．
先にも述べたように B2O3 は酸素が 3 配位した三配位構造，

方，Na2OB2O3SiO2 融体の熱伝導率は，Na＋ が負に帯電した BO4－ と結合するため，B2O3SiO2 よりもネットワーク構
造は密になり，フォノンの平均自由行程が長くなることで
B2O3 SiO2 よりも熱伝導率が大きくなる．さらに， CaO 
B2O3 SiO2 融体の熱伝導率は， Ca2＋ が 2 つの負に帯電した
BO4－ と結合するため，ネットワーク構造はより密になり，

西 剛史
2004年 3 月 東北大学大学院工学研究科博士後期課程修了
2004年 4 月 日本原子力研究所 博士研究員
2006年 4 月 日本原子力研究開発機構 研究員
2013年 7 月 日本原子力研究開発機構 研究副主幹
2015年 4 月現職
専門分野熱物性測定，X 線構造解析◎溶融塩の熱伝導率測定や溶融合金の粘度測定に従事．温故知新の精神で高温における高精度な熱物性の取得を目指している．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

フ ォノンの平 均自由行程 がさらに長 くなること で Na2O 
B2O3SiO2 融体よりも熱伝導率が大きくなると推測される．

また， Na2O B2O3 SiO2 融体と CaO B2O3 SiO2 融体の熱伝導率の違いは Na＋ と非架橋酸素との結合ではネットワークに切断箇所が存在するが， Ca2＋ と非架橋酸素との結合には切断箇所が存在しないことも一因であると考えられる．
CaO B2O3 SiO2 融体の熱伝導率は Na2O B2O3 SiO2 融体



西

剛史

太田弘道

特

集

静電浮遊法による超高温下における
熱物性測定
石

.

は じ

め

川

毅

彦

に

本稿で紹介する静電浮遊法は，帯電した試料と周囲に配置した電極間に生じるクーロン力を利用して試料を空間に固定する方法で，無容器プロセッシング法の一つである(1)．静電浮遊法の原理や本法を用いた熱物性測定(密度，表面張力及び粘性係数)については，12年前の本誌(2006年 7 月号)に掲載してあるので，そちらをご覧頂きたい．ここでは，その後測定技術が確立した放射率及び定圧熱容量の測定法と国際宇宙ステーションに搭載した静電浮遊炉を用いた熱物性計測実験について紹介する．

.

放射率及び定圧熱容量の計測
図1

浮遊試料急冷時の冷却曲線(時間―温度カーブ)．

定圧熱容量は，鋳造や半導体の結晶成長等の製造プロセスの高度化・最適化を目指した数値シミュレーションに必要不可欠な物性である．高温融体の定圧熱容量測定は，電磁浮遊d 点の間，一定の温度(融点)を保つ．a 点から b 点までの液法と落下法を組み合わせた測定(2)や，電磁浮遊法と周期カロ体状態において，試料の温度変化は放射による熱放出のみでリメトリーを組み合わせた方法(3)，パルス通電加熱による方決まるため，以下の式が成り立つ．

法(4)が用いられている．

mCpdT/dt＝－sSBeTA(T 4－T 4w)(1)

静電浮遊法では，これまで高真空環境で浮遊する試料から

ここで sSB はステファンボルツマン定数， A は試料の表面の熱の散逸が放射のみであることを利用して，定圧熱容量と積，T は試料温度，Tw はチャンバー壁の温度，m は試料の全半球放射率との比が算出されていた(5)．図に，静電浮遊

質量， Cp は定圧熱容量， eT は試料の全半球放射率である．

炉で浮遊溶融した試料を融点以上の温度で保持した後に加熱

試料温度及びその時間微分( dT / dt )は図 1 の時間温度のデレーザーを遮断して急冷した際の温度時間曲線を示す．試ータから得ることができる．また，試料表面積はほぼ真球状

料は放射によって熱を失いその温度が低下していく．融点以の試料の画像から求めることができる．式( 1 )で残る未知下の温度になるが容器がないため核発生が抑制され，過冷却数は Cp と eT なので，eT が測定できれば Cp が得られる．し液体状態となる．b 点において核が発生すると，凝固潜熱にかし， eT を測定する方法が確立していなかったため，両者より試料温度は上昇し(複熱現象)，凝固が終了する c 点からの比を報告するか，文献値の Cp もしくは eT を用いてもう一国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所教授(〒3058505 つくば市千現 2
11)
Thermophysical Property Measurements of High Temperature Melts Using Electrostatic Levitation Method; Takehiko Ishikawa(Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency, Tsukuba)
Keywords: electrostatic levitation, high temperature, density, surface tension, viscosity, heat capacity, ISS (International Space Station)
2019年 6 月17日受理[doi:10.2320/materia.58.637]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

方の値を決めていた(6)．しかし，高温融体では文献値の入手する．表に，これまでに測定した遷移金属元素 6 種の全が困難な場合が多く，独自に測定出来るのが望ましい．

半球放射率と定圧モル熱容量を示す(7)(11)．

開発した方法は，分光器を用いて浮遊試料の放射輝度を幅

現在の本測定法の難点は融点の値しか測定できないことで広い波長範囲で測定することにより eT を算出し，上述の急冷曲線の計算と組み合わせて定圧熱容量を求めるものである．図に装置の構成図を示す(7)．静電浮遊炉の観察窓に複表1数の分光器を取り付けて試料からの発光強度を赤色から近赤外の波長領域(0.6～6 mm)で測定し，これを同温の黒体放射輝度と比較することにより，分光放射率を測定する．試料の放射輝度が低い 1 mm以上の光はフーリエ赤外分光器に複数

遷移金属元素の全半球放射率および定圧モル熱容量の測定結果．

元素

全半球放射率
eT

Ti

0.33

定圧モル熱容量，Cp( J/molK)

文

献

44.9±2.0

本研究(8)の検出器を取り付けて測定を行っている．図は，金属ジル33.472

Kelley 他

コニウム融体の融点( 1855 °C )における放射輝度測定結果と45.5±1.7

Treverton

47.009Berezin

35.3±1.765

Boboridis

(2)49.925Wilthan(C1，C2 はそれぞれ定数で5.96×10－17 Wm2Sr－1 及び1.44×

42.67

Kang

10－2 mK で， l は光の波長)から算出できる．各波長におけ47.237

JANAF

39.9±2.0

本研究(9)

38.49

Kubashewski

黒体の発光強度をプロットしたものである．黒体の放射輝度
IB は，融点の値とプランクの式

2C 1
1
I B＝ 5l exp (C2/lT)－1

る両者の強度比から分光放射率が得られる．また，それぞれ

Ni

0.21

の発光強度曲線と横軸が作る面積の比が全半球放射率に対応

Zr

図2

浮遊試料の放射率測定構成図．

Nb

Rh

Pt

図3



ジルコニウム融体の融点における放射輝度と同温度の黒体との比較．

0.32

0.29

0.23

0.25

40.819Pottlacher

38.911JANAF

40.9±1.6

本研究(7)

40.7±0.7

Bonnell

40.8±0.9

Rulison

39.72

Paradis

41.84

JANAF

38.5

Korobenko

32.844.7

Kats

42.4

Fink

45.274

Brunner

41.9

本研究(10)43.294

Pottlacher

41.78

Kubashewski

40.60

Bonnel33.472

JANAF

41.8±2.1

本研究(9)

46.102H äupf

41.8

Jaeger38.8±3.5

本研究(11)

36.42

Margrave

36.29

Chaudhuri

39.0±2.2

Arblaster

49

Gathers41.34

Hixon

36.48

Wilthan詳細な文献情報はそれぞれ(8)(11)を参照のこと．

特集

ある．浮遊法では非接触で温度を測定するために，放射温度cm 程度のラック内に収納される．ELF 自体の大きさは高さ計を用いている．しかし，放射温度計が実際に測定している

60 cm 幅90 cm 奥行80 cm で，浮遊チャンバー，制御装置，のは試料からの発光強度で，測定波長における試料の放射率

加熱レーザー等全てをこの空間に搭載している．図に，電を仮定して温度に変換している．従って，温度を正確に決め極の構成を示す．宇宙ステーションでは地上のように強い重るために放射率が予め決まっている必要がある．図 2 の復力方向が存在しないので，電極対は 3 方向にほぼ均等に配熱後の一定温度(c 点～ d 点)から，放射温度計を用いて「融置している．また，観察用の窓を立体的に配置してチャンバ点」を知ることはできるが，それ以外の温度においては厳密ーのサイズを極力小さくしている．加熱レーザーは，高効率には試料が何°
Cなのか分からないのである．これを克服すべ

かつ小型の半導体レーザ(波長 980 nm )を 4 台搭載し， 4 方

く，偏光を利用した放射率の直接測定(12) を機能に加えるこ

向から均等に加熱する．地上の装置同様に，密度，表面張力とを検討中である．これによって融点以外の温度の放射率や及び粘性係数を測定する機能を備えている．試料は実験後に定圧熱容量が測定可能となることを期待している．

地上に回収されるので，無容器プロセッシングを用いた新材
料創製の実験も可能である．

. 国際宇宙ステーション搭載静電浮遊炉(ELF)を用いた高温融体熱物性計測

ELF は 2016年から ISS での運用が開始され，機能検証が進められている．微小重力空間では物体は「浮いている」ので浮遊は容易であろうと考えていたが，予想以上に難しく，

地上研究によって静電浮遊法の技術が確立される一方，そ

微小重力に起因する課題が幾つも明らかとなった．しかし一の限界も明らかとなってきた．地上実験では，重力に拮抗すつ一つ課題を解決して，現在では 2000 °C 以上の融点を持つ

るクーロン力を発生させるために鉛直方向の電極間には十数酸化物の浮遊溶融に成功している．図に電極間で浮遊する

kV /cm の高電場を印加している．この高電圧のため，電極間の放電が問題となる．パッシェンの法則によれば電極間放電を起こさない電場の最大値は電極間距離，雰囲気の圧力及びそのガス種によって決まる．電極間隔 1 cm では102 Pa 程
度の低真空状態が一番低い値となる．数十 kV の電圧を印加するためには高真空もしくは 2～ 5 atm の加圧環境が必要である．アルゴンやヘリウム等の不活性ガスでは，加圧環境でも数 kV しか印加できないため，これらのガスでは地上では実験できない．従って地上では，酸化を嫌う金属・合金系は高真空環境で，それ以外は高真空もしくは空気や窒素の加圧環境で実験を行うこととなる．
高真空で問題となるのは，溶融試料の蒸発である．地上の静電浮遊法では数十 mg 程度の試料しか浮遊できないため，合金系の実験において蒸発による組成のずれは電磁浮遊(1 g程度浮遊可能)に比較して大きな問題となる．
空気や窒素の加圧環境は，蒸発の問題が緩和されるため，酸化の問題がない酸化物等の実験に適している(13) ．しかし，そもそも酸化物は試料が帯電しにくく，地上で浮遊溶融可能な試料は非常に限られている．

図4

国際宇宙ステーション搭載静電浮遊炉(ELF)の外観．

一方，国際宇宙ステーション内の微小重力環境では，重力が地上の一万分の一から百万分の一になるため，地上に比べて非常に小さな力で浮遊が可能となる．よって，印加する電場が非常に小さくできるので，不活性ガスを用いても放電の危険がなくなる．また，帯電量の少ない試料も浮遊が可能となる．つまり，地上では実施が困難な
不活性ガス雰囲気下での合金系の実験
帯電しにくい酸化物等の浮遊溶融実験ができる．こうした微小重力環境のメリットに基づき，ISS(International Space Station，国際宇宙ステーション)に搭載する ELF(Electrostatic Levitation Furnace，静電浮遊炉)が開発された．
図に ELF の外観を示す． ELF は，高さ 180 cm 幅 100

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

図5

ELF の電極構成．



溶融試料の様子を示す(14)．図は酸化エルビウムの時間―

をアルゴンガス雰囲気で浮遊溶融することに成功しており，温度曲線である．最高温度は 3000 °C を超えており，超高温

地上ではできない不活性ガス環境下での浮遊が微小重力環境状態でも安定に試料を浮遊出来ることを確認している．図

では可能になることを実証している．

に酸化アルミニウムの密度測定結果を示す．幅広い温度範囲

.

で密度が測定できている．金属についてはジルコニウム試料

お

わ

り

に

静電浮 遊法に よる 高温 融体熱 物性 計測に ついて ，前 報
( 2006 年)からの進捗をまとめた．地上の装置は技術開発のフェーズを終了して，実用材のデータを測定するフェーズにさしかかっている．宇宙に関しては，今後しばらくは装置の改良及び機能の検証を行うが，並行してユーザーから託された試料の熱物性計測も進める予定である．合金系では，過冷却状態を利用した準安定相の研究対象として，金属ガラス試料や準結晶試料の熱物性計測が期待されている．宇宙の装置と地上の装置，それぞれの特徴を活かして高温融体の熱物性
データの取得を進めていく予定である．
図6

図7

文

ELF 内で浮遊溶融する試料の様子．

酸化エルビウム試料急冷時の冷却曲線．

献( 1 ) W.K.Rhim, S. K. Chung, D. Barber, K. F. Man, G. Gutt, A.
Rulison and R. E. Spjut: Rev. Sci. Instrum., 64(1993), 2961
2970.
( 2 ) J. A. Treverton and J. L. Margave: J. Chem. Thermodynamics,
3(1971), 473481.
( 3 ) H. Kobatake, H. Fukuyama, T. Tsukada and S. Awaji: Meas.
Sci. Technol., 21(2010), 025901.
( 4 ) G. Pottlacher and H. J äager: Int. J. Thermophysics, 11(1990),
719729.
( 5 ) A. J. Rulison and W.
K. Rhim: Rev. Sci. Instrum., 65(1994),
695700.
( 6 ) P.F. Paradis and W.K. Rhim: J. Chem. Thermodynamics, 32(2000), 123133.
( 7 ) T. Ishikawa, Y. Ito, J. T. Okada, P.F. Paradis, Y. Watanabe
and T. Masaki: Meas. Sci. Technol., 23(2012), 125602.
( 8 ) T. Ishikawa, C. Koyama, Y. Nakata, Y. Watanabe and P.F.
Paradis: J. Chem. Thermodynamics, 131(2019), 557562.
( 9 ) T. Ishikawa, J. T. Okada, P.
F. Paradis and Y. Watanabe: J.
Chem. Thermodynamics, 103(2016), 107114.
(10) K. Sakata, Y. Watanabe, J. T. Okada, M. V. Kumar, P.F.
Paradis and T. Ishikawa: J. Chem. Thermodynamics, 91(2015), 116
120.
(11) T. Ishikawa, J. T. Okada, P.F. Paradis and Y. Watanabe: J.
Chem. Thermodynamics, 112(2017), 712.
(12) G. Pottlacher, K. Boboridis, C. Cagran, T. Hupf, A. Seifter and
B. Wilthan: AIP Conf. Proc., 1552(2013), 704709.
(13) P.F. Paradis, T. Ishikawa and S. Yoda: Rev. Sci. Instrum., 72(2001), 28112815.
(14) H. Tamaru, C. Koyama, H. Saruwatari, Y. Nakamura, T.
Ishikawa and T. Takada: Micrograv. Sci. Technol., 30(2018),
643651.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

石川毅彦

図8



酸化アルミニウム融体の密度測定結果．

1987年 東京大学大学院工学系研究科修士課程修了
1987年 4 月宇宙開発事業団
2002 年 東京工業大学大学院総合理工学研究科博士課程修了(工学博士)
2003 年 10 月 組織統合により宇宙航空研究開発機構
宇宙科学研究本部准教授
2010年 4 月現職
専門分野機械工学(計測制御)◎宇宙での実験を目指して 20 年，静電浮遊の無容器
プロセッシングの技術研究を進めてきました．ようやく念願が叶い，国際宇宙ステーションでの実験が始まりました．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

特集溶融金属の粘度と熱力学諸量との関係


平

信

幸

それぞれ提案されており，融体中の結合および熱力学量から

.

は じ

め

に

粘度を推算できる可能性を示している．
ところで，金属の場合，原子の結合が切断されることで粘融体の粘度は精錬や連続鋳造などの製鋼分野において重要性流れが生じる．著者は，その結合の状態は熱力学諸量の 1

な物性の一つであり，実験および理論の両方から長年，研究つであるエンタルピーと関係があると考え，金属などの粘度されている．融体の粘度の推算は古くからなされており，溶の温度依存性をエンタルピーや比熱などの熱力学量で表現す

融金属の粘度に関する分子論的研究の最初の試みはることを検討している．

Andrade に よ っ て な さ れ た(1) ． そ の 後 ， Eyring ら(2),(3) ，.

Hirai(4) ，早稲田ら(5) により純金属の粘度の温度依存性の式が提案されている．また， Ganesan ら(6) は Al Cu 合金について濃度と温度について，また， Zivkovic(7) は Au Ag Cu系について BBK の式(8)を基に濃度について，それぞれパラ
メータフィッティングした実験式を述べている．



純金属(27)

粘度式

純金属融体の場合，原子の結合は常に切断と形成を繰り返していると考えられている．融体中の原子が結合している確

溶融合金の過剰粘度については，より理論性を加えた式が率は温度 T の関数であると考えられ，定数 A を用いて exp

いくつか報告されている．飯田ら(9)はこの過剰粘度を混合熱( A / T )で表される．加えて，融体の粘度は一般的に，温度や 活 量 係 数 か ら 推 算 す る こ と を 考 え た ． Seetharamanの上昇と共に低下するので，粘度 h と結合の確率との関係

ら(10)(11) は Eyring ら(2)(3) の絶対速度論を基にギブス自由エは以下の式で与えられる(1)．

ネルギーにから導出した過剰粘度項を加えた半理論式を構築

h∝exp

した． Kucharski ら(12) は粘度の過剰項を粒径(モル体積)およびせん断力による係数から求めた半理論式を考案した．

( AT )(1)

本研究では融体の粘度に与える温度の影響を検討する上

酸化物融体の粘度については，広い成分系について比較的で，原子結合の強さに着目する．融体に外から力が加わる

良好に粘度を再現する Urbain(13)(15) や飯田(16) らの式があと，その結合が切断され粘性流れが生じると考える．つまる．前者は Arrhenius 型の式の粘度係数に温度項を持たせた

り，粘度は原子間の結合の強さに依存する．ここでは，結合

Weymann の経験式と同様の形式を有し成分により組成に係の状態を表すものとして純物質のエンタルピーを用いる．原数を与え，後者はネットワークパラメータと塩基度指標を用子間の結合の形成の確率は式( 1 )で表されるものの，温度いた経験式である．また，光学塩基度に着目した式は Millsの関数として結合状態を表す項が見当たらない．そこで，本ら(17) も 考 案 し た ． Seetharaman ら(18)(19) は 合 金 の 場 合 同

モデルではエンタルピー H(J/mol)を式( 1 )に加えて以下の様，絶対速度論を基にギブスエネルギーから導出した過剰粘

ように書き直す．

度項を加えた半理論式を構築した．
また，近年，酸化物融体の粘度については，融体の結合状

h∝exp(A′－TkH/R)(2)

態 ， 特 に SiO2 の ネ ッ ト ワ ー ク 構 造 に 着 目 し た 式 がここで，k は定数，R は気体定数(J/mol/K)である．式( 2 )Nakamoto ら(20) ， Kondratiev ら(21)(23) ， Shu ら(24)(26) か ら

中の粘度 h を定数 C(mPa・ s)で割ることで式( 3 )のように

日本製鉄技術開発本部主幹研究員(〒292
1141 君津市君津 1 番地)
Relationship between Viscosities of Molten Metals and Thermodynamic Quantity; Nobuyuki Takahira(R & D Laboratories, NIPPONSTEEL CORPORATION, Kimitsu)
Keywords: viscosity, metal, alloy, thermodynamics, enthalpy, estimation
2019年 6 月19日受理[doi:10.2320/materia.58.641]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan無次元化する．また，定数 k および C の詳細は後述する．

(
)
h
－kH
RT ln( )＝RA′
C表すことができる．

－kH/R
h
A′
＝exp
C
T

h＝B exp(3)(RTE )(6)

ここで，B(mPa･s)および E(J/mol)は定数である．
また，多くの金属の融体の比熱 CP ( J/ mol / K )は温度に依温度が T0 (基準状態)か温度 T1 へ変化したと，式( 3 )から存せず一定であり，エンタルピーは以下のように表されるこ

以下の関係が得られる．

とが知られている．

(hC )－RT ln(hC )＝－(kH －kH )k(H －H )
h ＝h
C
exp(－
)
RT

RT1 ln
1

1

T0/T1
0

H＝Href＋CPT

0

0

1

1

1－T0/T1

00(7)

ここで Href は標準のエンタルピー( J / mol )である．また，(4)/kHref を Q で書き直すと，式( 3 )は以下となる．
A′

1

h＝C exp

こ こ で ， h お よ び H は そ れ ぞ れ ， 温 度 T1 に お け る 粘 度

kQ(－kCR )exp(－RT
)
P

(8)

(mPa･s)およびエンタルピー(J/mol)である．ここで基準の式( 6 )と式( 7 )を見比べると，式( 6 )中の B は式( 8 )中の温度を融点 Tm とし，新たな温度を融点以上の任意の温度 T

C exp (－kCP/R )に相当する．

とすると，式( 4 )は以下のように書き直される．

(

m/T
h＝ hT
C1－Tm/Texp －mk (H－ Hm)
RT)

Fe, Co, Ni の比熱については最近の Fukuyama らから報(5)告 さ れ た 値(32)(34) を ， そ の 他 の 物 質 の 比 熱 に つ い て は
SGTE データベースを用いた．溶融 Au, Pb, Tl, Bi, Sn, In,Ga の比熱はわずかながら温度依存性を持つものの，その影

定数 k

響はわずかであるのでここでは無視した．

k の値の意味を次のように考える．図に示すように融体

図に式( 6 )中の B と式( 7 )中の exp (－ kCP / R )との関

中の原子もほぼ最密充填で配列していると仮定する．この場係を示す．Si, Au, Ge, Sb, Mg を除外するものの，図 2 中に合，●の原子を中心に表す同じ高さに 6 個(○)，一段手前

黒丸で示した 14 種類の金属についてはひとつの直線関係でに 3 個(破線の○)，一段奥に 3 個(●)の計 12 個の原子がああらわすことができ，その傾きから定数 C は0.984(mPa･s)

る．流動によって，中心の層から見て一段手前の層が右に移と求められた．

動する場合は一段手前の層の 3 個の原子の内の 1 個が中心の●の原子との結合が切れ，反対に，左に移動する場合は一

純金属の粘度の推算

段手前の層の 3 個の原子の内の 2 個が中心の●の原子との本モデルはある温度における粘度が既知の場合に，任意の結合が切れる．つまり，周囲 12 個の原子の内，一段手前の温度における粘度を推算するものである．ここでは，このあ層において平均 1.5 個の，一段奥の層と合わせると 3 個の結る基準の温度 T0 を融点とし，14種類の金属(Fe, Co, Ni, Cu,

合状態が変化するため， 1 mol 当りのエンタルピーの 3 / 12

Ag, Al, Zn, Pb, Cd, Tl, Bi, Sn, In, Ga)の融点における粘度を＝1/4 が影響を受けるので k の値は 1/4 となると考える．

文献(28)(31) から読み取った．具体的には，読み取った温度

と粘度との関係が Arrhenius 型の式で表されるものとし，そ定数 Cの式から融点における粘度を得た．図にこれらの金属の融C は粘度 h と式( 2 )中の指数項と結びつける定数であ

点以上の温度における式( 5 )を用いた粘度の推算値を実験

り，実験データから求める．この定数 C を決定するために，

値(28)(31) と共に示す．この図より，本モデルは溶融金属のSato らにより報告されている 19 種類の金属および半金属(Fe, Co, Ni, Si, Cu, Au, Ag, Ge, Al, Mg, Sb, Zn, Pb, Cd, Tl,
Bi, Sn, In, Ga)の粘度の測定値(28)(31)に着目した．これらの物質の粘度と温度との関係は以下に示す Arrhenius 型の式で

図2
図1



最密充填の模式図．

式( 6 )の B の値と式( 8 )の exp (－ kCP / R )との
関係．

特

集

図3

図4

FeNi 二元系合金の粘度と温度との関係．
(プロット実験値(29)，実線本推算値)

図5

ZnAl 二元系合金の粘度と温度との関係．
(プロット実験値(35)，実線本推算値)

純金属の粘度と温度との関係．
(プロット実験値(28)(31)，実線本推算値)

粘度の実験値を良好に再現することが確認できた．

.

二元系合金の粘度の推算

融体の粘度の温度依存性とエンタルピーとのこれらの関係は多くの二元系合金についても成り立つ．ここでは，二元系の合金の例として Fe Ni 系と Zn Al 系について示す．これ
らの二元系合金の粘度は文献(29)(35)の値を用いた．SGTE
データベースによるとこれらの二元系合金の混合のエンタル
ピーの温度依存性の項はない．つまり，これらの二元系合金の基準とした温度から任意の温度へのエンタルピーの変化
は，各純金属のエンタルピー変化の組成加成性で表される．
ところで，これらの二元系合金であっても図 1 と同様に融体中の原子はほぼ最密充填で配列していると仮定すると，

本推算式は様々な純金属および二元系合金について粘度の定数 C および k の値は変わることはないので上述の値を用

実験値を良好に再現できた．今後は組成依存性や金属以外のいることができると考えられる．上述の純金属の場合，融点融体への拡張を試みる．

を基準の温度としたが， Fe Ni 二元系では 1650 K とし，
Zn Al 系では 650 K した．これらの基準の温度における粘文

献

度も純金属の場合と同様に，読み取った温度と粘度との関係
が Arrhenius 型の式で表されるものとし，その式から求めた．
図および図に Fe Ni および Zn Al 二元系の融体の粘度の推算値を実験値(29)(35)と共に示す．これらの図より，本
モデルはこれらの二元系合金についても実験値を良好に再現することが確認できた．

.

お わ

り

に

溶融純金属について，融点などのある温度 T0 ( K )における粘度 h0(mPa･s)が既知の場合に，任意の温度 T(K)における粘度 h(mPa･s)を推算する式を融体のエンタルピーの変化を用いて以下のように構築した．

( H4－RTH )0/T
h＝0.9841－T0/ThT
exp －0

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan0(9)( 1 ) 飯田孝道溶接学会誌，63(1994), 7075.
( 2 ) H. Eyring: J. Chem. Phys., 4(1936), 283291.
( 3 ) S. Glasstone, K. J. Laidler and H. Erying: The Theory of Rate
Process, McGrawHill Book Co., (1941), 477551.
( 4 ) M. Hirai: ISIJ Int., 33(1993), 251
258.
( 5 ) 早稲田嘉夫，大谷正康鉄と鋼，61(1975), 4653.
( 6 ) S. Ganesan, R. Speiser and R. D. Poirier: Metall. Trans. B, 18(1987), 421424.
( 7 ) D. Zivkovic: Metall. Mater. Trans. B, 39(2008), 395398.
( 8 ) I. Budai, M. Z. Benko and G. Kapty: Mater. Sci. Forum, 537
538(2007), 489496.
( 9 ) 飯田孝道，上田 満，森田善一郎鉄と鋼，62(1976), 1169
1178.
(10) S. Seetharaman and Du Sichen: Metall. Mater. Trans. B, 25(1994), 589
595.
(11) Du Sichen, J. Bygden and S. Seetharaman: Metall. Mater.
Trans. B, 25(1994), 519525.
(12) M. Kucharski: Z. Metallkd, 77(1986), 393396.
(13) G. Urbain: Trans. J. Br. Ceram. Soc., 80(1981), 139141.



(14) G. Urbain: Steel Res., 58(1987), 111116.
(15) G. Urbain and M. Boiret: Ironmaking Steelmaking, 17(1990),
255260.
(16) 飯田孝道，酒井英典，喜多善史高温学会誌，25(1999), 93102.
(17) K. C. Mills: ISIJ Int, 33(1993), 148155.
(18) F.
Z. Ji, Du Sichen and S. Seetharaman: Metall. Mater. Trans.
B, 28(1997), 827834.
(19) S. Seetharaman, Du Sichen and F.Z. Ji: Metall. Mater. Trans.
B, 31(2000), 105109.
(20) M. Nakamoto, J. Lee and T. Tanaka: ISIJ Int., 45(2005), 651
656.
(21) A. Kondratiev, P. C. Hayes and E. Jak: ISIJ Int., 46(2006),
359367.
(22) A. Kondratiev, P. C. Hayes and E. Jak: ISIJ Int., 46(2006),
368374.
(23) A. Kondratiev, P. C. Hayes and E. Jak: ISIJ Int., 46(2006),
375384.
(24) Q. Shu and J. Zhang: ISIJ Int., 46(2006), 15481553.
(25) Q. Shu: Steel Res., 80(2009), 107
113.
(26) Q. F. Shu, X. J. Hu, B. J. Yan, Y. Zhang and K.C. Chou: Ironmaking Steelmaking, 37(2010), 387391.
(27) N. Takahira: ISIJ int., 55(2015), 22472251.
(28) 佐藤 讓，杉澤孝志，青木大輔，山村 力CAMPISIJ, 17(2004), 776.
(29) Y. Sato, K. Sugisawa, D. Aoki and T. Yamamura: Meas. Sci.
Technol., 16(2005), 363371.
(30) 米田大志，星野陽介，竹田 修，佐藤 讓CAMPISIJ, 21(2008), 931.
(31) 佐藤 讓ふぇらむ，15(2010), 1523.
( 32 ) 杉江一寿，小畠秀和，福山博之，馬場雄也，杉岡健一，塚田隆夫鉄と鋼，96(2010), 673682.
(33) M. Watanabe, J. Takano, M. Adachi, M. Uchikoshi, H.
Fukuyama: J. Chem. Thermodynamics, 121(2018), 145152.
( 34 ) 高 野 隼 一 ， 東 英 夫 ， 打 越 雅 仁 ， 一 色 実 ， 福 山 博 之 CAMPISIJ, 25(2012), 912.
( 35 ) 青野雅広，安保雄介，柳瀬恵一，星野陽介，佐藤 讓日本
熱物性シンポジウム講演論文集，27(2006), 200
202.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
2008年 大阪大学大学院工学研究科博士後期課程修了
2008年 住友金属工業(現，日本製鉄)総合技術研究所
2013年 7 月現職
専門分野連続鋳造，高温物性◎二次精錬や連続鋳造に関する研究開発に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

平信幸

特

集

溶融酸化物の熱伝導度
森

.

は じ

め

田

一

樹
青
1)

木

穂

高
2)

図1

連絡鋳造における溶鋼，鋳型とモールドフラッ
クス．

に

溶融酸化物は，金属製精錬プロセスの多くの場面で利用されており，一般にはスラグ，フラックスと言われている．前者は過去には鉱滓とも言われ，鉱石から金属元素を抽出した後の脈石成分と添加剤からなるもの，または添加した融剤に溶融金属から酸化排出された不純物などが溶け込んだものをさし，金属製精錬における副産物である．後者は溶融金属の精製や潤滑のために添加する融剤であり，精製プロセスでは諸反応を伴いスラグとして排出される．
例えば，製銑工程の副生物である高炉スラグは，高炉で鉄.

熱伝導度の測定方法

鉱石を還元する際に，鉱石中の脈石成分や，コークス中の灰分が添加剤の石灰石とともに溶融した酸化物であり，高炉か

これまで，溶融酸化物の熱伝導度測定には様々な方法が試

ら排出された時点での温度は約 1773 K の溶融状態にある．

みられてきたが，高温の溶融酸化物中の熱移動には伝導以外

これらのスラグの顕熱の効率的な回収・有効利用技術が注目に対流や輻射によるものがあり，その影響が系統的な熱伝導されており，溶融スラグの顕熱回収技術の開発にあたり，そ

度測定や精度あるデータベースの確立に困難をもたらしてきの熱伝導度をはじめとする諸物性値が必要と考えられている．

た．溶融酸化物の熱伝導度測定法は大きく定常法と非定常法

一方，鋳型に溶鋼を注ぎ凝固させ，底部から連続的に引きの 2 種類に分けることができる．定常法では，熱源から熱出して鋳片を得る連続鋳造では，鋳型－溶鋼間の潤滑の向を供給されている試料が定常状態にある際，試料内の温度分

上，さらには溶鋼から均一に抜熱することを目的として，図布より熱伝導度を求める方法であるが，測定時間が数時間と(1)に示すように鋳型－溶鋼間にモールドフラックスと呼ば長く，対流や輻射の影響を受けやすいことなどが問題であれる溶融酸(フッ)化物を供給し，高品質の鋼を製造している．一方，試料(または測温部)の温度を時間とともに測定する．そのフラックスの熱物性が凝固プロセス制御に及ぼす影る非定常法としてレーザーフラッシュ法や細線加熱法があ

響は大きく，熱伝導度は重要なパラメータの一つである．

り，非常に短時間で測定が可能なため，対流の影響の抑制が本稿では，金属製精錬プロセスに関わる溶融酸化物の熱伝導度について，測定原理も含め簡単に紹介する．

容易である．レーザーフラッシュ法では白金板から逃げられる輻射熱が無視できず，輻射誤差の補正・工夫(2)(4) が試みられているが，著者らも採用する細線加熱法は発熱部の表面積も白金板より大幅に縮小でき，対流や輻射の影響を最小限に抑えた測定が可能と考えられている．細線加熱法は図で東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻1)教授 2)大学院生(〒1138656 東京都文京区本郷 731)
Thermal Conductivity of Molten Oxides; Kazuki Morita and Hodaka Aoki(Department of Materials Engineering, The University ofTokyo, Tokyo)
Keywords: thermal conductivity, molten oxide, slags and fluxes, hotwire method, structure, basicity
2019年 8 月28日受理[doi:10.2320/materia.58.645]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




図2

細線加熱法の測定装置．

示すように融体中に保持した金属細線に一定の電流を流し，細線の時間あたりの温度変化から熱伝導度を算出する実験手法である．細線加熱法の測定原理を定量的に記述するには式( 1 )に示すフーリエの熱伝導偏微分方程式を以下の 4 つの

図3条件で解けばよい．( a )スラグの初期温度は均一である．

細線加熱法における経過時間( ms )と測定電圧の関係．

( b )細線の熱容量は無視できる．( c )液体スラグ中で対流はない．(d)細線単位長さ，単位時間あたりの発熱量 Q は時間によらず一定である．以上より式( 2 )が導かれる．

rC p

えられる．しかし，一定電流を流した直後は dV /d ln t はお(&&Tt ＋nDT )＝lD T＋Q

(1)

Q dT
/
4p d ln t

(2)

2

l＝

およそ一定の値を示しており，この区間での平均値を取ることで対流の影響を受けない熱伝導度がえられると判断される．

.

溶融酸化物の熱伝導度

ただし，r は密度，Cp は定圧熱容量，T は絶対温度，t は経過時間，n は動粘度，l は熱伝導度を表す．

前述のような金属製精錬プロセスに関わる溶融酸化物には，また温度 T における抵抗値 RT について定数 A, B を用い

SiO2 成分を含む場合が多く，溶融状態でも SiO44－ 正四面体の単位構造を保ち，塩基度の低い組成では SiO ネットワーてRT ＝ R 0( 1＋ A T ＋ B T 2)(3)ク構造が形成されている． SiO を始めとする酸性酸化物のの関係が成立することから，発熱量 Q および時間あたりの三次元的なネットワーク構造は溶融スラグの高温物性に大き電圧の変化 dV/dT に対して以下の二つの式が成り立つ．たく影響を及ぼしており，熱伝導度とスラグの塩基度には明らだし，m は細線の長さである．

かに相関がある．すなわち，塩基度が高い場合，溶融状態でQ＝

VI 2 RT
＝I
m
m

(4)

dV
dR T
＝I
＝IR0(A＋2BT )
dT
dt

(5)

解離した酸化物イオン O2－ により SiO のネットワーク構造が切断され，フォノン伝導による熱の伝導が阻害されると考えられる． Mills(4) が示す溶融酸化物の熱伝導度(5)(7) と，
NBO / T ， SiO44－ 四 面 体 の 非架 橋 酸 素 の 数 の 関係 ( 図)か式( 4 )および式( 5 )を式( 2 )に代入すると式( 6 )が得られ

ら，非架橋酸素数の増加に伴い，熱伝導が低下することがわ

る．

かる．

l＝

I 3R

TR0(A＋2BT )

4m p

dV
d ln t/(6)

この式から細線に一定電流 I を流した際の dV / d ln t を実

これまで細線加熱法による溶融ケイ酸塩の熱伝導度測定が行われており，特に製鋼・製鉄によく使われている溶融ケイ酸塩が多く測定されている．その中でも，アルカリ金属酸化験値として得ることにより，熱伝導度 l を求めることがで物とケイ酸塩の 2 元系スラグは液相線温度が低く，測定がきる．

容易であるため，報告例が比較的多い．図に示すように，細線加熱法による電圧の時間変化の例を図に示す．一定

塩基度の低い組成の方が高い熱伝導度を示してい電流を流してから時間が経過すると dV /d ln t の値が分散する(5)(6)(8)(9)．また，固相から，固液共存状態，完全融体の広ることが分かる．これは，電流を流すことで溶融スラグ中に範な温度域で熱伝導度が測定され，溶融酸化物の熱伝導度は対流が発生してしまい，式( 6 )が成立しなくなるためと考

絶対温度の逆数との比例関係が報告されている(10)．一方，



特

集

図4

図5

図6

CaOAl2O3SiO2 系融体の熱伝導度の温度依存性．

図7

1873 K における CaO Al2O3 SiO2 系融体の熱伝導度．

図8

CaO Al2O3SiO2 系融体の熱伝導度と Al2O3 濃度の関係．

融点におけるケイ酸塩系溶融酸化物の熱伝導度と NBO / T と の 関 係 ( 白  Na2O SiO2 系 ， 黒 
CaOAl2O3SiO2 系)．

Na2OSiO2 系融体の熱伝導度の温度依存性．

CaOAl2O3SiO2 系スラグについては，著者らは溶融状態での熱伝導度測定を行い(11)，図～に示すように広い液相領域での測定結果から塩基度の低い組成では高い熱伝導度を示すことを明らかにしている．液相線温度以上の温度で熱伝導度は既知の温度との逆比例関係から離れており，その不一致は，温度によるシリケート融体の構造変化(高温で共有結合性が低下)するためと推察している．また，図 8 に示すよ
うに Al2O3 濃度が 15 ～ 20 mol 付近にて熱伝導度は極大を示しているが，これは Al2O3 濃度によって両性酸化物である

うのに対して，高 Al2O3 濃度域ではネットワークの形成を阻

Al のネットワーク形成で担う役割が変化しているためだと害する Al3＋ として存在し熱伝導度を低下させていると推察考えられる．すなわち，低 Al2O3 濃度域では Al は[AlO4]5－

される．また， CaO BO1.5 AlO1.5 系スラグについても広いとしてネットワークを形成し熱伝導度を上昇させる働きを担液相領域で熱伝導度測定を行い，図に示すように CaO 

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japanて，より多くの研究者の参画による活発な議論を重ね，一層発展させるべき重要な分野と考える次第である．

文

図91673 K における CaOBO1.5 AlO1.5 系融体の熱伝導度．

Al2O3 SiO2 系スラグと同様に塩基度の低い組成では高い熱伝導度を示すことを明らかにした(12)．ラマン分光や MAS 
NMR の構造解析の結果から，高塩基度域では熱伝導度が低い値を示すのは，三次元の網目構造が形成されにくいためであり，低塩基度域では主に AlB3O7 構造という三次元的な単位構造が熱伝導度の上昇に特に寄与している可能性があると考えている．

.

お わ

り

に

以上のように金蔵製精錬プロセスに関連の深い溶融酸化物
であるが，熱伝導度測定については，測定精度，データの考察などまだまだ課題も残されている．引き続き，溶融酸化物の熱伝導度データを調査し，溶融酸化物の諸物性と融体構造の関係について体系的理解を深めていきたいと考えている．
当研究室では従来熱力学測定の研究を中心に取り組んできたが， 2002 年に熱伝導度測定の研究に初めて取り組むこととなった．そこで，当該分野について先鋭的研究を進められていた東京工業大学須佐匡裕教授(13) のご指導を仰ぎ，細線
加熱法による測定技術を全面的に採り入れさせていただき，
種々の溶融酸化物の熱伝導度測定を行い，融体の構造との関

献( 1 ) R. Taylor and K. C. Mills: Ironmaking Steelmaking, 15(1988),
187.
( 2 ) R. Eriksson and S. Seetharaman: Metall. Mater. Trans. B, 35(2004), 461.
( 3 ) N. S. Srinivasan, X. G. Xiao and S. Seetharaman: J. Appl.
Phys., 75(1994), 2325.
( 4 ) K. C. Mills: Proc. 3rd Inter. Conf. Molten Slags and Fluxes,
Glasgow, The Institute of Metals, (1989), 59.
( 5 ) M. Kishimoto, M. Maeda, K. Mori and Y. Kawai: Proceedingsof 2nd International Symposium on Metallurgical Slags andFluxes, Lake Tahoe, NV, (1984), 891.
( 6 ) K. Nagata and K. S. Goto: Proceedings of 2nd International
Symposium on Metallurgical Slags and Fluxes, Lake Tahoe,
NV, (1984), 875.
( 7 ) 桜谷敏和，江見俊彦，太田弘道，早稲田嘉夫日本金属学会
誌，46(1982), 1131
1138.
( 8 ) 荻野和巳，西脇 醇，山本恭嗣Tetsu
toHagan áe, 65(1979),
S683.
( 9 ) H. Ohta, Y. Waseda and Y. Shiraishi: Proceedings of 2nd International Symposium on Metallurgical Slags and Fluxes, Lake
Tahoe, NV, (1984), 866.
(10) 永田和宏，林幸CAMP ISIJ, 16(2003), 873.
(11) Y. Kang and K. Morita: ISIJ Int., 46(2006), 420.
(12) S. Shirayama, H. Akoki, Y. Yanaba, Y. Kim and K. Morita:
ISIJ Int., 60(2020), in print.
(13) 例えば，M. Susa, S. Kubota, M. Hayashi and K. C Mills: Iron.
Steelmaking, 28(2001), 390.
(14) 例えば，Y. Kim, Y. Yanaba and K. Morita: J. NonCryst.
Solids, 415(2015), 18.
(15) 例えば，T. Nishi, T. Manako, K. Ohnuma, H. Ohta, S.
Sukenaga, H. Shibata and T. Oniki: J. Nucl. Sci. Technol., 56(2019), 710
715.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
森田一樹
1988年 3 月 東京大学大学院工学系研究科博士課程修了
1988年 4 月 東京大学工学部助手
1993年 1 月 同講師
1995年11月 同大学院工学系研究科助教授
2006年 1 月 同生産技術研究所教授
現職
2013年 1 月専門分野材料製造・循環工学◎鉄鋼製錬や太陽電池用シリコンの精製プロセス，リサイクルプロセス開発に関連する熱力学研究や高温物性測定を中心に，高温の物理化学研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

係の解明に取り組んできた(14)．一方，現在では，茨城大学
太田弘道教授や東北大学柴田浩幸教授のグループ(15)では，
直接には熱拡散係数を得る手法であるレーザーフラッシュ法
による測定が進められている．しかしながら，測定手法により得られる結果も大きく異なっており，まだまだ双方の手法について議論の余地があり，測定手法の異なる生データを比較して議論できる状況にはない．
日本金属学会・日本鉄鋼協会の講演大会の機会等を通し



森田一樹

青木穂高

特

集

シリケート融体の超音波速度と吸収係数
林

幸
須
1)

超音波は「周波数が可聴周波数の上限である 20 kHz を超

bs＝1/rc2

える音波もしくは弾性振動」と定義され(1)，振動が波の伝搬

ここで，r は融体の密度である．

方向に平行である横波と垂直である縦波から成る．溶融スラ
グのような融体中では縦波のみが伝搬するため，固体中の波




佐

匡

裕
2)

(2)

温度依存性

の伝搬より単純であるといえる．超音波は鉄鋼製錬プロセス

一般に，c は温度が上昇するにしたがい減少する．図ににおいて，溶鋼中の非金属介在物のサイズや分散状態，高炉

0.33Na2O 0.67SiO2 融体及び 0.5Na2O 0.5SiO2 融体の c の温の耐火物厚さなどの測定に用いられる．また，超音波速度と度依存性を示す(2)(5)．c の負の温度依存性は原子の熱振動に吸収係数は，断熱圧縮率や体積粘度などの熱力学あるいは熱より最近接原子間距離が広がり，その結果 bs が増大するこ

物理学的データと密接に関連しているため，学術的にも重要とによる．

な物性値である．超音波は物質中をフォノンとして伝搬する
ため，超音波速度はフォノン速度とみなすことができる．絶組成依存性Rivers と Carmichael(3) は，様々なシリケート融体の c の縁体の熱伝導率 k は式( 1 )で表される．
k＝Cvcl/3(1)

組成依存性を，理想溶液を仮定した Ernest らの式( 6 )に基

ここで，Cv は単位体積当たりの熱容量，c はフォノン速度す

づいて解析した． Ernest ら(6) は，融体の構造を各成分の体

なわち超音波速度，l はフォノンの平均自由行程である．フ

積率 xi に比例した厚さを持つ多層構造であると仮定し，音ォノンの平均自由行程は式( 1 )より超音波速度から見積も波が融体を伝播する時間は音波が各層を通過する時間 xi / ci

ることができる．

.


超音波物性値の支配因子

周波数依存性

多くの場合，超音波速度 c は周波数に依存しない非分散である．融体の緩和時間(原子の振動に要する時間) t が十分に
短く f≪1/t(f は超音波周波数)が成り立つ場合，超音波は非分散となり c と a/f 2(a は超音波の吸収係数)は f に依らず，一定値となる．
c が f に依存する分散は次の場合に生じる．

高周波数の場合(f→大)高粘性融体の場合(t→大)超音波の伝搬が断熱的に生じ，超音波の伝搬による融体の密度の局所変動が無視できる場合，断熱圧縮率 bs は式( 2 )を用いて算出できる．

図1

0.33Na2O 0.67SiO2 融体及び 0.5Na2O 0.5SiO2 融体の超音波速度の温度依存性(2)．

東京工業大学大学院理工学研究科1)准教授 2)教授(〒1528552 東京都目黒区大岡山 2121)
Velocity and Absorption Coefficient of Ultrasonic Waves for Silicate Melts; Miyuki Hayashi and Masahiro Susa(Department of Materials
Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, Tokyo)
Keywords: silicate melts, ultrasonic wave, velocity, absorption coefficient, frequency, adiabatic compressibility, glass transition temperature
2019年 6 月 5 日受理[doi:10.2320/materia.58.649]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




図2

1573 K における M2O SiO2 系( M ＝ Li,K)の超音波速度のモル体積依存性．

Na 及び(ci は i 層の超音波速度)の総和であるとして次式を提案した．
1/c＝∑xi/ci

(3)

図3

ci は i 層 の 超 音 波 速 度 で あ る ． Rivers と Carmichael(3) は装置の概略図．(a)パルス反射法，(b)パルス透過法 ( 2)

SiO2 ， Li2O ， Na2O 及 び K2O の ci 値 を ， そ れ ぞ れ 2524 ，4265 ， 2639 及 び 1660 ms－1 と 導 出 し て い る ． SiO2 の 値 がLi2O と K2O の間の値となっているが，この ci 値の大小関係

は Laberge ら(7) や Bucaro と Dardy(8) の bs の 報 告 値 と も 一



パルス反射法致している．共有結合性の物質である SiO2 の値が，イオン図( a )に装置の概略図を示す．トランスデューサーから結合性の物質である Li2O と K2O の値の間にあることから，発信した超音波パルスは導波棒を伝搬し，その一部が導波棒

超音波速度は原子間のイオン結合性や共有結合性には大きくと試料の界面を透過し残りが反射される．界面を反射したパは影響されない可能性がある．

ルスは再び導波棒を伝搬してトランスデューサーで受信され

モル体積依存性る．一方，試料中へ透過したパルスは試料中の反射板で反射されたのち導波棒を伝搬してトランスデューサーで受信され図に 1573 K における M2OSiO2 系( M ＝ Li, Na 及び K )る．導波棒と反射板の距離が既知の場合には，導波棒と試料の c をモル体積に対してプロットする(9)．超音波速度とモルの界面で反射したパルスに対する反射板で反射したパルスの体積の間に M の種類に依らない線形関係があり，モル体積

遅れ時間を測定することにより，c を求めることができる．

が超音波速度を支配する最も重要な因子の一つであるとことこの方法の利点はセルの構造が，後述するパルス透過法よりが分かる．これは， bs が c との間に式( 2 )の関係を持つこ

簡単な点である．しかし，受信パルスに導波棒側面での反射とから容易に理解できる．すなわち，より大きなモル体積を波が重畳することによる測定誤差が生じやすいという欠点も持つシリケート融体は，イオン間により大きな空間を持つたある．

め bs が大きくなり c が小さくなる．

.

超音波物性値の測定法



パルス透過法

本測定法は，図 3( b )に示すように一組の導波棒とトラン
スデューサーより成り，融体試料に適用される．上部または高温における超音波測定の多くではパルス法が用いられて下部トランスデューサーから発信した超音波パルスは，順にいる．超音波パルスは，室温において石英や BaTiO3 結晶の導波棒，融体試料，もう一方の導波棒を伝搬し，別のトラン

圧電振動子(トランスデューサー)により送受信される．このスデューサーで受信される．上部導波棒を上下方向に移動さパルスは溶融シリカ，多結晶アルミナまたは単結晶アルミナ

せ，その移動距離 Dx をカセトメーターなどにより測定すの導波棒を介して炉の高温部にある試料に伝送され，その反る．また，パルスが片方のトランスデューサーからもう片方

射波あるいは透過波の強度が測定される．超音波パルス法にに伝搬するのに要する時間 t をオシロスコープにより測定すは(i)パルス反射法(5) ，(ii)パルス透過法(9)(11) ，( iii)パルス

る． c は 2 つの導波棒の距離の変位量 Dx を導波棒の移動に

透過/反射法(12)及び(iv)干渉法(3)の 4 つの方法がある．ここよる超音波パルスの伝搬時間の変化量 Dt で割ることによりではパルス反射法及び透過法の原理を記す．なお，パルス透計算できる．

過/反射法は高圧下における超音波測定に適している．まc ＝ D x / Dt

(4)

た，干渉法はパルス反射法またはパルス透過法から派生した

また，a は 2 つの導波棒の距離を x から x＋Dx へ変位させたものである．

ときの超音波パルス振幅の減衰比 Ax＋Dx/Ax から次式を用い



特

集

て計算できる．

ろが，さらに温度が低下すると，シリケートは融体からガラln (Ax＋Dx/Ax)＝－aDx(5)ス状態へ転移するため，構造緩和が生じにくくなる．そのため，超音波エネルギーの吸収量が減少し， al が低下し始め.

超音波物性値データ

図に 1573 K における M2OSiO2 系( M ＝ Li, Na 及び K )の c を M2O 濃度に対して示す(2)(3)(5)(6)(9)(13)(16) ．過去の報
告値は Bloom と Bockris(14) の値を除き互いによく一致している．Bloom と Bockris(14)の測定では，Al2O3 導波棒が試料に溶融したため，真の伝搬距離が長くなり，c が見かけ上低く測定されたと考えられる(3) ．一方， Shiraishi ら(9) は，通常(＜ 4 MHz )より高い周波数( 10 MHz )で測定して高めの cの値を報告している．通常 c は f に依存しないが，先述のように高周波数の超音波を用いて高粘度融体の測定を行うと，
c は f に依存する分散が生じ， f が高くなるにつれて増加す

る(3) ．すなわち， Shiraishi ら(9) の高い c 値は分散の影響によると考えられる．図 4 より以下のことが分かる．
(i)c の値は Li2O 系＞Na2O 系＞K2O 系の順である．

( ii )

c の M2O 濃度依存性は Li2O 系及び Na2O 系では正であるが，K2O 系では負である．
図に0.33Na2O･0.67SiO2 の c 及び al(l は超音波の波長)の温度依存性を示す(17)．図 5 より以下のことが分かる．
(i)c の値は温度が上昇するにしたがって減少する．

( ii )

融体が分散領域(非緩和領域)では， c の値は f の上昇とともに増加する．
(iii)

al は最大値を持つ．

(iii)についてはつぎのように説明できる．高温のシリケー
ト融体では，音圧に対する構造緩和は瞬時に生じる．温度が低下すると，構造緩和に遅れが生じ，超音波エネルギーが吸収される．その吸収量は温度低下とともに大きくなる．とこ

図4

図5

0.33Na2O ･ 0.67SiO2 の c 及び al 値( l は超音波の波 長 ) の 温 度 依 存 性 ． ● 1.2 MHz, ▲ 5.0 MHz,
■6.0 MHz(17) △Matsuzono et al. □Shiraishi etal. ▼Rivers & Carmichael

1573 K における M2OSiO2 系(M＝Li, Na 及び K)の超音波速度の M2O 濃度依存性(2)．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japanる．このことから， al が最大値を示す温度は超音波測定によ るガ ラス 転移温 度とみ なす こと ができ(3) ，そ の温 度は0.33Na2O ･ 0.67SiO2 では 1180 ～ 1270 K であり， f が高いほど上昇する(図 5 参照)．ガラス転移温度は通常，熱膨張測定から決定されており，0.33Na2O･0.67SiO2 では729 K と報告されている(18)．超音波測定によるガラス転移温度はそれより高いが，この違いは構造緩和の観測時間の違いによるものと考えられる．すなわち，超音波測定での構造緩和の観測
時間は 1 / f に対応し， ms 程度である．これに対して，熱膨張 測 定 で の 構 造 緩 和 の 観 測 時 間 は 102 ～ 103 s 程 度 と なり(19)(20)，超音波測定よりも108～109 倍も長い．このため，
熱膨張測定ではより低温まで構造緩和が観測されることとな
る．

文

献

( 1 ) 超音波便覧編集委員会超音波便覧，丸善，(1999), 3.
( 2 ) M. Hayashi, Y. Matsuzono and K. Nagata: ISIJ Int., 51(2011),
689695.
( 3 ) M. L. Rivers and I. S. E. Carmichael: J. Geophys. Res., 92(1987), 9247
9270.
( 4 ) J. O'M. Bockris and E. Kojonen: J. Am. Chem. Soc., 82(1960),
44934497.
( 5 ) K. Nagata, K. Ohira, H. Yamada and K. S. Goto: Metall. Trans.
B, 18(1987), 549555.
( 6 ) S. Ernst, J. Glinski and B. JezowskaTrzebiatowska: Acta
Phys. Pol., Engl. Transl., Ser. A, 55(1979), 501516.
( 7 ) N. L. Laberge, V. V. Vasilescu, C. J. Montrose and P. B.
Macedo: J. Am. Ceram. Soc., 56(1973), 506509.
( 8 ) J. A. Bucaro and H. D. Dardy: J. Appl. Phys., 45(1974), 5324
5329.
( 9 ) Y. Shiraishi, M. Yamashita, Y. Tokunaga and A. Tanaka: Proc.
8th Inter. Conf. on Molten Slags, Fluxes and Salts, Santiago,

Chile, CDROM (2009).
(10) H. Zhu, T. Saito, Y. Sato, T. Yamamura, K. Shimakage and T.
Ejima: J. Jpn. Inst. Metals, 55(1991), 937944.
(11) T. Ejima and T. Mitsuhashi: J. Jpn. Inst. Metals, 39(1975),
687696.
(12) K. Takimoto and H. Endo: Phys. Chem. Liq., 12(1982), 141
150.
(13) V. V. Baidov and L. L. Kunin: Sov. Phys. Dokl. Engl. Transl.,
13(1968), 6465.
(14) H. Bloom and J. O'M. Bockris: J. Phys. Chem., 61(1957), 515
518.
(15) 2007年日本鉄鋼協会秋季講演概要集，No.20, 126.
(16) 2009年日本鉄鋼協会秋季講演概要集，No.22, 867.
(17) M. Hayashi, Y. Kitamura and K. Nagata: ISIJ Int., 52(2012),
17401749.
(18) 前原輝敬学位論文，東京工業大学(2005), 42.
(19) D. B. Dingwell and S. L. Webb: Eur. J. Mineral., 2(1990), 427
449.
(20) S. L. Webb: Chem. Geol., 96(1992), 449457.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
林 幸
1997年 東京工業大学大学院理工学研究科博士課程修了
東京工業大学助手，スウェーデン王立工科大学博士研究員などを経て2004年 7 月現職
専門分野高温物理化学，高温プロセス工学◎溶融スラグの物理化学的性質と構造との関係性に興味あり．スラグ融体物性の観点から製銑工程の焼結及び高炉内反応の解明を行う．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

林

幸

須佐匡裕

特

集

高温融体物性を特徴づける輸送係数としての拡散係数
小

.

は じ

め

に

高温融体物性とカテゴライズされる「物質の性質」は，様

.

林

能

直

物性値としての拡散係数の特徴

熱・物質・運動量移動を記述する基礎式として，例えば 1々な物理量で評価できる．評価対象は，ある場に置かれた物

次元においてはそれぞれの流束を示す以下の 3 つの速度式

質の固有の挙動である．高温場に置かれた時の温度上昇挙動が知られている．流束とは，単位断面積を横切る単位時間当であったり，電磁場に置かれたときのその物質がその場に与たりの各物理量であり，この 3 つの式はそれぞれ， Fourier

える影響であったり，流れ場に置かれた時のその物質の流体(フーリエ)の法則，Fick(フィック)の法則，Newton(ニューとしての動きであったり，濃度場の中での物質の動きであっトン)の粘性法則と呼ばれる．

たりと，物理化学的に興味の尽きない現象が列挙される．あQ＝－k(&T/&x )(1)

る様態に対応する物質系の反応の様子を，原因となる様態

J＝－D(&C/&x )(2)と，結果となる挙動の大きさ・強度の間の関係をある比例定

txy＝－m(&vy/&x )(3)数を用いて記述し，その比例定数を「物性値」と呼ぶことがここで，Q, k, T はそれぞれ熱フラックス，熱伝導率，温度，多い．その上で，濃度と化学ポテンシャルの関係を記述する

J, D, C はそれぞれ物質フラックス，拡散係数，濃度，txy, m,

ことに基礎をおく溶液の「熱力学的性質」も，動的様態の記

vy はそれぞれ運動量フラックス，粘性係数，速度である．温

述ではないが，物性値の一つと捉えることもできる，とした度勾配があるので熱が移動し，濃度勾配があるので物質が移考え方に以前，筆者は感銘を受けた．

動し，速度勾配があるので運動量が移動する．類似の関係式

上記の「比例定数」である物性値として，熱・物質・運動同士であるが，フーリエの法則では，温度勾配に対して，移量の移動に関する輸送係数がある．熱伝導度，拡散係数，粘動する実体は温度ではなく，熱であるため，実質的には，熱性 係 数 の 3 つ であ る ． それ ぞ れ ，温 度 勾配 に 対 する 熱 移

エネルギー密度勾配に対して拡散現象が規定されることにな

動，濃度勾配に対する物質移動，速度勾配に対する運動量移る．また，ニュートンの粘性法則も，速度勾配に対して，移動において，勾配に乗ずることで移動流束(大きさ)を求める

動する実体は速度ではなく，運動量であるため，運動量密度

ことのできる比例定数である．他にも比熱，誘電率，透磁勾配に対して拡散現象が規定されることになる．このことよ率，電気伝導度，膨張係数などがあり，これらも原因と結果

り，ある現象が三次元空間に広がっていくという概念で規定をつなげる「物性値」として捉えることができる．本稿では，されている拡散係数という次元でとらえると，熱拡散係数

分かりやすい上記 3 つの物性値に焦点を当て，その中の拡a，動粘度 n が，熱移動，運動量移動に関してそれぞれ対応

散係数の特殊性に触れ，特徴，概念としての性質とこれまでする物性値となる．

の取り扱いについて述べる．さらに，実例として拡散係数のQ＝－a(&( rCpT )/&x )(4)

実験的評価方法および工学的有用性について述べる．

txy＝－n(&( rvy)/&x )(5)( r は密度，Cp は質量熱容量)
東京工業大学科学技術創成研究院教授(〒1528550 目黒区大岡山 2121 N13)
Diffusivity as a Transport Coefficient Characterizing Thermophysical Properties of High Temperature Melts; Yoshinao Kobayashi(Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology, Tokyo)
Keywords: diffusivity, Fick's law, transport phenomena, transport coefficient, dissolution rate, steelmaking process
2019年 9 月19日受理[doi:10.2320/materia.58.653]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan一方，フィックの法則は濃度勾配に対して移動する実体は

すなわち，1 つの成分濃度を一定とした拡散対実験から他の物質であり，この式の形のままで，物質密度勾配に対して拡2 成分の濃度分布を解析し，相互拡散係数マトリックスを導散現象が規定されていることになる．

出することにより，物質流束を評価することができる．

また，熱移動と運動量移動は，これらの物理的実体が他の物理的媒体の中を拡散していくため，それぞれの媒体に対し

.

拡散係数の評価法の実際て熱拡散係数あるいは動粘度を規定することができるが，拡散現象は，一般に拡散する物理的実体である溶質と拡散する

物理的および化学的性質が一様で明確な境界を持つ「相」場である溶媒たる物理的実体が，双方とも物質であることか(単数・複数それぞれの場合がある)からなる「系」を構成す

ら対称な関係である点が異なっている．そのため，自分が自る物質の熱力学的性質や速度論的性質が，その系の物理化学

分の中に拡散していく状況を想定した「自己拡散係数」と，的現象を支配し，その挙動の予測が工業的に非常に役立つ例

ある物質が他の物質の中と相互に拡散し合う状況を想定したとして，鉄鋼精錬がある．本稿で述べてきた「拡散係数」は，「相互拡散係数」があり，場合に応じた概念取り扱いが必要

速度論の観点で重要な知見を与えるものである．例えば，溶となる．したがって，これらのことを総合的に包含して「物鋼からりんなどの不純物を除去する「吸い取り紙」の役割を

質移動流束」を考える際には，厳密には，以下の Onsager

担う酸化物融体である「スラグ」の中へ，流動性・反応性にの現象論的拡散方程式に基づき，各成分の物質流束を，組成

乏しく精錬を阻害するような別の酸化物固相がどのくらい速

変化方向を考慮に入れて，化学ポテンシャル勾配と輸送係数

く溶けるかは，精錬全体の時間的効率向上から非常に重要な

マトリックスを関連付けることにより評価すべきという考え情報である．本稿では，一般的な精錬スラグの基本系である方が必要となる．「拡散係数」は，構成物質同士の化学的な「 CaOSiO2FetO」系，すなわち 3 つの成分が溶け合った酸相互作用による影響を組み入れていない，物理的組成に依存

化物融体中への，精錬阻害要因である複合酸化物「 2CaO・する形で定義されているが，この方法であれば物質の化学ポ

SiO2」の溶解速度を評価するため，上記三元系スラグ中へのテンシャル勾配を駆動力としている点で化学的作用の影響が各成分の拡散係数の評価を行った事例を紹介する．実験は以組み入れられており，輸送係数に物理的意味を見出しやす

下のように行った．まず所定の組成の CaOSiO2FetO 融体

い，と考えることができる．

を鉄坩堝(スラグを入れる容器)の中に入れ，反応容器内を不Ji＝－Mi1(dm1/dx )－Mi2(dm2/dx )(6)

活性ガスであるアルゴンで置換して，酸化を防ぎながら，( Ji 成分 i の物質流束， Mij 輸送係数， mi 成分 i の化学

1573～1673 K で，電気抵抗炉内で溶解し，その溶融スラグ

ポテンシャル，x距離)に，上部から， 2CaO ・ SiO2 固相を十分予熱してから浸漬

この基礎式に基づいた展開を行うことによる，より実際的なし，所定の時間保持する(図)．このようにして， 2CaO・ケースにおける適用例を紹介する．例えば 2 元系合金など

SiO2 を所定の組成(図および表)の CaOSiO2FetO 系ス ∑Ji＝0 による恒等式の関係より∑Mij＝0，◯に関しては，◯

ラグに拡散させ，時間ごとの各成分の濃度分布をとった(図 非対角項(Mij)はゼ
Onsager の相反定理により Mij＝Mji，◯)．ここで，スラグ相および 2CaO ・ SiO2 は円柱形のた 空孔機構で拡散が生じ空孔濃度は一定とすロとみなす，◯め，本来は二重円管の隙間の形状を想定して，円柱座標系にる，といった原理の導入や，仮定を行うことで，式( 7 )のおける拡散法的式に基づいた解析を行うべきであるが，このような展開に基づき，式( 8 )のような Boltzmann Matano

解析解は非常に煩雑であり，精度の高い値が得られない可能の解析が可能となる．

性がある懸念から，この隙間のクリアランスが十分に小さ

Ji＝－M11(dm1/dx )＝－D(dC1/dx )(7)

く，これに対し，二重をなす二つの円管の曲率半径は十分に)＝－(1/2t ) (dx/dC1)C1＝C1∫
D 1( C 1′′ x dC 1(8)

大きいとみなし，また，円周方向および垂直方向への流れは(D2 元系の相互拡散係数，C1成分 1 の濃度)
BoltzmannMatano の解析は，二元系合金に一般的に適用される手法で，例えば，銅と亜鉛を組み合わせ，その界面から相互の元素が染み出し合う拡散させる拡散対を作製し，それぞれ固相が保たれる範囲の高温で一定時間保持し，その後，各成分の濃度プロファイルを取得して，上記に基づく濃度の積分値より，銅亜鉛の相互拡散係数を評価することができる．
さらに，3 元系のスラグなどに関しては，現象論的拡散方
程式の対角項をゼロとせず一般的に展開し，第 1，第 2 成分に対して式( 9 )，式(10)を得る．
J1＝－D 31－1(dC1/dx )－D 31－2(dC2/dx )(9)J2＝－D 32－1(dC1/dx )－D 32－2(dC2/dx )(10)(各 D相互拡散マトリックス成分)



図1

実験概略図．

特集

図2

CaO FeO SiO2 系状態図における実験スラグ組
成(1)．

表1

Slag A
Slag B
Slag C
Slag D

図3

1673 K ， 20 s 浸漬実験後のスラグ C における各成分濃度分布．

表21673 K ，スラグ A ， C ， D における CaO および
SiO2 の拡散係数．

実験スラグ組成． (mass).

CaO

SiO2

FeO

CaO/SiO2

30
20
21.6
13.3

50
40
28.4
6.7

20
40
50
80

0.6
0.5
0.76
1.99

ないと仮定して，直交座標系における拡散方程式を解くこと

J と式(13)のように関連付けられ，物質流束は，CaO 球表面とした．また，本測定系においては，固体 2CaO・SiO2 溶融の胸膜内物質移動律速を仮定して，式( 14 )のように飽和スラグという組み合わせであるため，幅広い濃度域で変化す

CaO 濃度 Cs と沖合のスラグ組成における CaO 濃度 C0 の差る相互拡散対でなく，また 3 元系でありかつ 1 成分の濃度を駆動力として，拡散係数を境膜厚さで除した形の物質移動を一定に保つという条件も難しいため，前節で紹介した一般係数により規定される．

的な拡散係数マトリックスを用いた手法での導出が困難であ4pr2J＝－4pr2r(dr/dt )(13)

る．そこで，各成分のスラグ拡散相に対する擬似二元系相互

J＝(D/d )(Cs－C0)(14)

拡散係数(みかけの拡散係数)を， CaO ， SiO2 について導出

球周りの物質移動を考える際には， Ranz Marshall の実験

する，という研究手法を用いた．図 3 のように得られた濃式(3)が有用であり，界面での物質移動とバルク内物質移動の度プロファイルより，式( 11 )の非定常拡散方程式に対する比である Sherwood 数が，式( 15 )のように流れの乱れの強解析解である式( 12 )に基づき得られた拡散係数を表に示さを表す指標である Reynolds 数および拡散による物質移動

す．

と流動による物質移動の比である Schmidt 数とを関連付け&C/&t＝D(&2C/&x2)(11)

ることができるので，これらの無次元数を構成する物理量で(C－C0)/(Cs－C0)＝erfc(x/2 Dt)(12)ある，粘性係数，密度，流れの速さ，球の直径，拡散係数を( C0沖合のスラグ成分濃度， Cs 2CaO・ SiO2 表面のスラグ成分濃度)

代入することにより，見積もることができる．
Sh＝2.0＋0.6Re1/2Sc1/3(15)

これらは，溶融金属中の元素の一般的な拡散係数より 1 桁

この中で，今回の実験で明らかにした拡散係数を適用するこから 3 桁ほど小さい値であり，溶融スラグへ固体酸化物がとが可能な点が重要である．これらの物性値や物理量を，境溶解する速度はかなり小さいことがわかる．このように実験

膜厚みと直接関連付けると式(16)となる．

的に得られた溶融酸化物中の成分の拡散係数を用いて，流れ

d/d＝2.0＋0.6m－1/6r1/6D－1/3v1/2(16)のあるスラグ場における，2CaO・SiO2 球の溶解時間の見積

この式に上述の物理量，物性値を代入して求めた境膜厚さかも り を 行 っ た ． こ の 際 ， 実 際 の 反 応 は ， CaO 表 面 で のら，式(14)の物質流束を見積もり，直径 1 cm の球が完全に2CaO・SiO2 の生成と溶解が連続的に生じる形で進行する，消失するまでの時間を，流れの速さの関数として，温度ごとということを仮定した(2)．球の半径 r の減少速度は物質流束に示したものが図である．高温側の1723および 1773 K に

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japanための方法論が大きくクローズアップされている．

.

お

わ

り

に

本稿では，外界の動きに対する物質の挙動・反応を定量的に特徴づける物理量としての物性値について，特に移動現象を司るものに焦点をあて，その中でもより高度で精緻な考え方が要求される拡散現象について考察し，よりダイナミック
で実践的なプロセスである鉄鋼精錬にあてはめた場合の役割付けの一例を示した．今後，高温融体物性はプロセスの成否の鍵を握る重要なファクターとなることが期待されており，
さらなる分野研究の発展が望まれている．
図4

スラグ B における 2CaO ・ SiO2 球消失時間とス
ラグ流速の関係．

文

献

Arrhenius の関係を示すプロットより得られる直線関係を，( 1 ) Slag Atlas, 2nd Ed., ed. by Verein Deutscher Eisenh äuttenleute(VDEh): Verlag Stahleisen, D äusseldorf, (1995), 126, 335, 370.
( 2 ) T. Deng, J. Gran and D. Sichen: Steel Res. Int., 81(2010), 347.
( 3 ) W. E. Ranz and W. R. Marshall, Jr.: Chem. Eng. Prog., 48(1952), 173.

高温側に外挿して得た拡散係数を用いて見積もった．転炉で★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ついては，拡散係数の対数と温度の逆数を関連付けたの鉄鋼の酸素吹錬時間を考えると，現実的な完全消失時間は10 分程度以下であることが望ましく，それを実現できる溶融スラグと CaO 球の相対速度(スラグ流速)および温度条件
は，それぞれ 50 cm/s および 1773 K と読み取ることができる．このような実操業条件を予測することは，製造プロセスを検討する上で大変重要であり，現在は，物性値を実プロセスに適用して，メインパラメーターとしての役割を持たせる



小林能直

1998年 東京大学大学院工学系研究科博士課程修了
1998年 4 月 科学技術庁金属材料技術研究所 研究員
2008年 1 月 東京工業大学大学院理工学研究科 准教
授
2015年 4 月 東京工業大学 原子炉工学研究所 教授
2016年 4 月 現職
専門分野鉄冶金学，原子力安全金属工学◎鉄鋼精錬の高効率化，リサイクル鉄活用技術，元素戦略磁石材料開発，過酷事故原子炉廃止措置工学の研究分野を中心に活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

特集

国際宇宙ステーションにおける溶融金属/酸化物間の界面張力
渡

邉

匡

人

の物質を浮遊させることができ，試料の加熱，溶解をレーザ

.

は じ

め

に

ーで行うので波長を選ぶことで，全ての物質の浮遊と溶解が可能である．しかし，地上での ESL では試料浮遊のために

我々は，国際宇宙ステーション( International Space Sta-

数十 kV の高電圧を上下極板間に印加する必要があり，極板

tion, ISS)において静電浮遊装置を用いて，鉄鋼融体と酸化間での放電を防ぐために超高真空中で測定を行わなければな

物融体間の界面張力測定のプロジェクトを現在実施していらない．高温融体は蒸気圧が高く真空中では蒸発してしまう

る(1) ．このプロジェクトでは，鉄鋼融体と酸化物融体でコため，合金や化合物などの融体では組成が変化してしまい熱

ア・シェル形状の二重液滴を形成しその表面振動数から界面物性測定が困難であった．

張力を求めることが主課題である．鉄・酸化物融体界面は鉄そこで微小重力環境を利用し，重力に逆らう浮遊力印加を鋼プロセスの様々なところで現れ，鉄・酸化物融体の界面現なくし低電圧で試料位置保持のみできれば超高真空雰囲気の象解明の要求は多く，鉄鋼・酸化物融体界面張力を知ること必要がなく，ガス雰囲気中でも測定が可能となる．これを実は鉄鋼プロセスの現場では非常に重要である．従来の容器を現すれば，地上では困難であった酸化物融体の測定が行え用いた方法(2) では鉄鋼の融点近傍のみ( 1800 K )での温度しる．そこで，我々は， ISS 搭載の静電浮遊炉( Electrostaticか測定が行えず界面張力の温度変化を知ることはできなかっlevitation furnace: ELF)を用いて，酸化物融体に内包された

た．この鉄鋼プロセスで必要な鉄・酸化物融体の界面張力と溶融鉄試料を用いて，液滴表面振動解析から精密な界面張力

その温度変化を知る要請と，地上では実験が困難な密度差のとその温度変化を取得する計画を立て，現在測定実験を実施

大きな液体同士のコア・シェル液滴の振動挙動を実際に計測している．また，このプロジェクトにおいて酸化物融体の粘して明らかにする科学的な興味から本プロジェクトは計画さ

性とその温度変化を知っておく必要があり，ガス浮遊法を用れた．本プロジェクトでは鉄融体と溶融酸化物のような高温

いた酸化物融体粘性測定の方法の開発と測定も行った(4)(6)．

融 体 を 扱う た め ，無 容 器 浮遊 法 の 1 つ であ る 静 電浮 遊 法(Electrostatic levitation: ESL)を用いる．本特集の石川の解説(3) にあるように ESL は，上下 2 つの極板に電圧を印加し.

微小重力下での鉄・酸化物融体によるコア・シェ
ル液滴形成

極板間に電場を形成し，帯電した試料とのクーロン力により試料を浮遊させる．このため，電磁浮遊法(Electromagnetic

ISS での実験に先立ち，実際に酸化物融体・溶融鉄がコ

levitation: EML)のようにポテンシャル最小の位置がなく，

ア・シェル形状の液滴になるかを確かめる必要があった．こ

浮遊試料を一定位置にするために試料位置を常時モニターしのため航空機を用いた短時間微小重力実験を行い，酸化物融上下の電極の周りに配置したサブ電極間の電場をフィードバ

体と溶融鉄によるコア・シェル液滴形成を電磁浮遊法によりック制御し試料位置を一定にする必要があり， EML に比べ確認した(7)．ISS 実験を想定して静電浮遊法を用いるべきで浮遊に関する装置構成が複雑になる．しかし， EML では電あるが，静電浮遊は航空機の放物線飛行での加重力から微小気伝導の高い試料しか適応できないが， ESL ではほぼ全て重力へ変化する際に電場の制御が難しく，簡単に航空機実験

学習院大学理学部教授(〒1718588 東京都豊島区目白 151)
Measurement of Interfacial Tension between Liquid Iron and Molten Oxides under Microgravity in International Space Station; Masahito
Watanabe(Faculty of Science, Gakushuin University, Tokyo)
Keywords: interfacial tension, levitation, microgravity, liquid iron, molten oxide
2019年 6 月24日[doi:10.2320/materia.58.657]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

が行えないため，航空機の短時間微小重力環境でも容易に浮遊できる電磁浮遊法を用いた(8)．コア・シェル液滴の形成の.

鉄・酸化物によるコア・シェル液滴による界面張力測定方法

確 認 に は ， 溶 接 用 フ ラ ッ ク ス を 模 擬 し た 酸 化 物 ( SiO2 
CaO  Mn3O4  TiO2  Fe2O3 ＝ 25  7  20  18  30 wt )を用い，高純度の鉄を加工したるつぼに球状に固めた酸化物を

次に酸化物融体と溶融鉄によるコア・シェル液滴試料を用封入した試料を用意した．微小重力突入と同時に完全に溶融

いて界面張力を求める方法を述べる．液体を無容器で浮遊すするよう加熱時間を調整して，微小重力状態でコア・シェル

ると，表面張力により液滴となる．無容器浮遊法による高温

液滴形成の観察を行った．この結果，図に示すように微小融体熱物性計測は，この液滴形状での流体挙動を利用して行

重力状態で酸化物融体が溶融鉄を覆い尽くす様子を観察でき

う．液滴に表面振動を励起すると，モード数 l に依存した振た．この実験では鉄るつぼの大きさは変えず，封入した酸化動数 v で振動するが，この振動数 v は表面張力 s と以下の物 量 を 変え て 実 験を 行 っ た． こ の 結果 ， 図 1 に 示す よ う

関係となり(R0 は真球時の半径，r は密度)(9)，に，酸化物量によりコア・シェル液滴形成過程の様子が異な

v2＝l(l－1)(l＋2)

ることがわかった．図 1( a )の酸化物量の少ない場合では，

s
rR 30

(1)

最初に小さな溶接フラックス酸化物滴が溶融鉄表面に現れ，液滴の表面振動数 v の計測から表面張力 s を得ることがで時間とともにそれぞれが合体しながら溶融鉄を覆い尽くしてきる．この表面振動が図のように中心が一致したコア・シいく様子がわかる．一方，図 1( b )の酸化物量が多い場合に

ェル液滴の場合には，式( 1 )の l＝ 2 の基準振動の表面振動

は，一瞬で酸化物融体が溶融鉄を覆い尽くしてしまうことが数がコアとシェル界面の振動により変調され以下のようなわかる．いずれの場合も最終的には酸化物融体が溶融鉄を覆る(10)．

い尽くし，コア・シェル液滴が微小重力下で形成できることを確認した．この酸化物量の違いによる，コア・シェル液滴形成過程の違いは，界面自由エネルギーと表面エネルギーの関係から理解できる．さらに，酸化物量により溶融鉄を覆い尽くす時間が異なることは ISS での実験において，コア・(rs (1＋Dr)r2 ＋2/3Dr)
1 sm m r
1 sm m r
＋
±
－
＋1
K ＝ (
)
r
s
s )
2
4 ( r
8

v2±＝v20 K±
i

±

10

o

3

3

i

o

(2)

3

3

(3)

ここで，それぞれの記号は，コア・シェル液体の半径比 r＝

シェルの半径比が異なる場合の液滴形成時間を見積るうえで

R2/ R1 ( R1コア液体半径， R2コア・シェル液体半径)，

重要な情報となった．

密度差比 Dr ＝ 3 ( r1 － r2 )/ 5r2 ( r1 コア液体密度， r2 シェ
ル液体密度)，およびシェル液体表面張力 s2 と界面張力 s12の比 s ＝ s2 / s12 で， K± 中のパラメータ mi と mo はそれぞれ，
mi＝(1＋Dr)r 5－Dr/s,

m o ＝ 3r 5/ 5＋ 2/ 5r 5(4)である． v0 は式( 1 )で示したシェル部分液体だけの液滴での表面振動数である．式( 2 ), ( 3 )からコア・シェル形状液滴の表面振動数は 1 相のときの表面振動 v0 よりも大きい振動数 v＋ と小さい振動数 v－ の二つに分裂することがわかる．この解析解のように，コア・シェル液滴の表面振動数が

図2
図1



航空機の短時間微小重力環境で観察した酸化物
融体と溶融鉄のコア・シェル液滴形成過程(7) ．
(a) 酸化物量が少ない場合，(b) 酸化物量が多い
場合．

表面張力計測に用いるコア・シェル形状模式図と 解 析 に 必 要 な 値 ． R1  コ ア の 半 径 ， R 2  コ
ア・シェルの半径， s12 界面張力， s2 シェルの表面張力，r1コア液体の密度，r2シェル液体の密度．(オンラインカラー)

特集

2 つに分裂することを， VOF ( Volume of Fluid )法で界面を取り扱った数値シミュレーションで確認した(11)(12)．

場合も 2 つのピークが表れていることが確認できる．従って，コア・シェル液滴は，式( 2 )で表せるように単層液滴VOF 法は，計算の際に空間を分割したセルについて界面の表面振動数よりも大きい振動数と小さい振動数の 2 つのを含むセルにおける着目した相の体積率を 0 から 1 の関数

異なる振動数で表面振動することが確認された．つまり，式で定義し，その体積率の変化から界面形状とその変化を求め( 2 )において，液滴の半径比 r と密度差比 Dr を既知とすれる手法である．本数値シミュレーションでは，コアとシェル

ば未知数は界面張力 s12 とシェルの酸化物融体の表面張力

界面および気相とシェル界面に VOF 法を適応，コア・シェ

s2 の 2 つとなり，測定で v＋ と v－ が取得できれば，界面

ル界面振動とシェル表面振動を求めた．数値シミュレーショ

張力 s12 を求めることができる．図 4 において，温度の違い

ンでは航空機実験に使用した酸化物組成の密度，表面張力とで 2 つのピークの強度比が変化しているが，これは酸化物

粘性をガス浮遊法を用いて測定した値(13) を使用し，鉄融体

融体の粘性が低温で増大するため表面振動の減衰時間が短くの物性値は文献値(14)を用いて行った．この系の界面張力値なるためである．このため低温では表面振動数を精度よく求はこれまでに報告がないため，第一次近似としてそれぞれのめることが難しくなることを想定し，その対応を検討してお表面張力値の差を用いた．コアとシェルの半径比は 1.3で行かなければならない．

った．この結果得られた表面振動の振幅の時間変化を図に
そのパワースペクトラムを図に示す．図 3 は，(a)1536°
C(鉄の融点)，(b)1900°
Cの場合の表面振動の振幅の時間変化.

国際宇宙ステーション搭載静電浮遊装置と実験の状況

で初期変形させた径からの差を示している．この結果より温度が高くなると表面振動の振幅が大きくなり，減衰時間が長以上で述べた酸化物・溶融鉄の界面張力測定を ISS におくなることがわかる．これはシェル層の酸化物融体の粘性がいて静電浮遊炉 ELF を用いて行う実験の状況を述べる．

高温で小さくなるためである．図 3 では単一の振動数で減ELF は2015年12月に ISS に搭載され，同時に我々の測定試

衰振動しているように見えるが，表面振動を FFT でフーリ料の入った試料カートリッジも打ち上げられた(15)．

エ変換したパワースペクトラム(図 4)には，どちらの温度の

ELF の構成は試料を加熱溶融する「チャンバ」，試料の供給，回収を行う「試料カートリッジとホルダ」，浮遊試料の加熱溶融用「レーザー」，浮遊試料位置と形状の観測のための「試料観察機器」および「位置制御機器」となっている．
チ ャ ン バ は 多 面 体 構 造 で 多 面 体 部 の 大 き さ は q200 × 200
mm 程度で，各面に位置制御，加熱，観察計測用機器が 3 次

元的に取り付けられ小型化されている．チャンバ内を酸素センサと圧力センサで，随時モニタして測定環境を随時知ることができる．試料ホルダに一度に充填できる試料数は 15
図3

数値シミュレーションによる酸化物融体，溶融
鉄のコア・シェル液滴の各温度での表面振動振
幅の時間変化(12) ．( a ) 1536 °C (鉄の融点)，( b )1900°
C．(オンラインカラー)

個，試料径は約 2 mm，打ち上げ・回収時の振動で試料が破損しないように試料を固定する機構を有した構造となっている(16)(17)．試料は，回転機構の付いた試料ホルダから自動的に供給され，宇宙飛行士が作業することなく最大 15 回連続して実験を行うことができる．電極間に供給された試料は，
4 方 向 か ら 半 導 体 レ ー ザ ー ( 980 nm, 40 W ) を 均 等 に 照 射

し，加熱，溶融する．試料温度計測は単色放射温度計を用い，3000°
Cまでを 5～10°
Cの精度で測定できる．試料観察には，全体観察カメラ，拡大観察カメラ，放射温度計の視野カメラの 3 台で行う(図)．全体観察カメラ(図 5 ( a ))は試料の浮遊挙動観察に用い，拡大観察カメラ(図 5(c))では UVLED
バックライトの白黒画像を観測し，画像から試料外径を抽出し密度計測ができる．位置認識用半導体レーザーを試料に照射し対面の位置認識センサで位置検出し，検出した位置信号により PID 制御で電極間の電圧を高速で変化させ，試料を安定浮遊させている．液滴振動励起には，浮遊制御用電圧に試料の固有表面振動周波数近傍の正弦波振動(1～600 Hz)を
図4

図 3 に示したコア・シェル液滴の表面振動振幅の各温度でのパワースペクトラム(12)．(オンラインカラー)

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

加算して行う．表面振動した液滴を 2 次元光検出器の設定した範囲の光強度の時間変化をフーリエ変換し液滴の表面振動数を得る．この方法は，微小重力環境では測定方法で述べ

ことを確認できた．これらは ISS での実験が微小重力下で弱い静電気力で液滴を浮遊保持できる結果であり，ISS での微小重力環境の有効性を再確認した．

.

結

言

国際宇宙ステーションにおいて静電浮遊装置を用いて，鉄鋼融体と酸化物融体間の界面張力測定プロジェクトの現在について報告した．航空機実験により酸化物融体と溶融鉄が微小重力状態でコア・シェル液滴となることを確認し，数値シ
ミュレーションでコア・シェル液滴の表面に振動が 2 つの異なる周波数で振動することを確認した．これらから， ISの微小重力環境で界面張力をコア・シェル液滴の表面振動か
図5

ISS に搭載した ELF の浮遊試料観察画面．( a )全体カメラ画像，(b) 放射温度計の視野カメラ画
像，(c ) 液滴密度計測用拡大カメラ画像． (オンラインカラー)

ら計測できることを確認できたが，まだ実際の計測は行えていない．現在酸化物単層液滴の表面振動計測を実施しており，酸化物融体の計測終了後に界面張力計測を実施していく．このように，宇宙実験は計画から実施まで非常に時間のかかる研究であるが，希少な機会を使って研究するために十分な議論を重ねていく必要がある．この過程で，新たなアイ
デアが生まれることを今回のプロジェクトでは実感できた．
界面を有した液滴を試料とすることで，界面張力を測定するだけでなく，これまで観測することのできなかった密度差の大きな 2 相液滴の振る舞いを調べる事が可能となり，浮遊技術の新たな展開にもつながると期待する．例えば，放射性物質の廃棄方法の検討や，反応性の高い物質を酸化物ガラスなどで保護する方法等を検討する際に，異相界面での移動現

図6

ISS に お い て 浮 遊 し た SiO2 : CaO : Mn3O4 :TiO2 : Fe2O3 ＝ 25 : 7 : 23 : 18 : 27 wt  酸 化 物 融体(18)．(a) バックライト画像，(b) 画像から外形抽出した形状．内側のプロットは比較とした真球形状．(オンラインカラー)

象などのシミュレーションにも役立つ情報を提供できるはずであり，さらに浮遊技術が界面での現象を研究する強力なツールにもなることを実証していきたい．
国際宇宙ステーションでの界面張力測定プロジェクトは，
田中敏宏教授(大阪大学)，塚田隆夫教授(東北大学)，石川毅

た l＝ 2 の液滴の基準振動を励起できるので，試料断面積の彦教授( JAXA)，小澤俊平教授(千葉工業大学)，福山博之教

時間変化を光強度の変化として検出し表面振動を計測してい授(東北大学)，Prof. Joonho Lee(Korea Univ.), Prof. An-

る．

dreas Meyer, Prof. Florian Kargl(DLR), Prof. Robert Hyres2019 年 6 月時点で溶融鉄・酸化物融体のコア・シェル液(Massachusetts

Univ.),Dr.

Jonghyun

Lee(Minnesota

滴を使っての界面張力測定は実施できていない．現在，Univ.), Prof. Anders Jarfors, Prof. Taishi Matsushita

Batch1 実験として計画した酸化物だけを用いた液滴振動実( J äonk äoping Univ.)などの国内外のメンバーの協力のもとに験に成功し，酸化物融体の密度，粘性，表面張力の計測を開進めている． ISS での実験は JAXA の田丸晴香氏，織田裕始した(18) ．この実験の終了後に，コア・シェル形状液滴を株
久氏，猿渡英樹氏，小山千尋博士，中村裕広氏および

使って界面張力測定を行っていく計画である．図に ELF

AES の渡邊勇基氏，仲田結衣氏の協力の下進められた．まを 用 い て ISS 内 で 浮 遊 し た SiO2 : CaO : Mn3O4 : TiO2 :た ， 本 研 究 は ， JAXA に よ る 協 力 と JSPS 科 研 費

Fe2O3＝25 : 7 : 23 : 18 : 27 wtの酸化物融体を浮遊溶融時のJP18H01386および文部科学省私立大学戦略的研究基盤形成

写真を示す．この溶融浮遊の際は，1 気圧の大気組成のガス支援事業( 2015 年度～ 2019 年度)の支援を受けたものであ雰囲気中で行った．この画像を解析した結果，真球からのずり，以上の関係各位に感謝する．

れが 0.1以下でありほぼ真球形状になっていることが確認できた(18) ．液滴振動の解析は真球を仮定しているため，試文

献料が真球であることは，精度よく表面振動の解析ができることを意味している．また，回収試料の質量変化も 1以下であり，ガス雰囲気中で加熱溶融できたため試料の蒸発を防ぐ

( 1 ) M. Watanabe, T. Tanaka, T. Tsukada, T. Ishikawa, H.
Tamaru and A. Mizuno: Int. J. Microgravity Appl., 32(2015),

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Microgravity Appl., 34(2017), 340403.
( 6 ) D. Siafakas, T. Matsushita, S. Hakamada, K. Onodera, F.
Kargl, A. E. W. Jarfors and M. Watanabe: Int. J. Microgravity
Sci. Appl., 35(2018), 350204.
( 7 ) K. Onodera, K. Tanaka, Y. Ishii, Y. Yamada, S. Nishikoori, H.
Goto, M. Watanabe, A. Mizuno and T. Tanaka: Int. J.
Microgravity Appl., 33(2016), 330218.
( 8 ) S. Ozawa, M. Watanabe, Y. Kiyamura, K. Morohoshi, T.
Aoyagi, M. Tanno, T. Matsumoto, M. Adachi, A. Mizuno, H.
Fujii and T. Hibiya: Int. J. Microgravity Appl., 27(2010), 215
222.
( 9 ) L. Rayleigh: Proc. R. Soc. London, 29(1879), 7197.
(10) M. Saffren, D. Ellmann and W. K. Rhim: Proc. 2nd interna
tional colloquium on drops and bubbles, (1981), 714.
(11) S. Ueno, M. Kubo, T. Tsukada, K. Sugioka and M. Watanabe:Int. J. Microgravity Appl., 33(2015), 320408.
(12) E. Shoji, R. Takahashi, N. Itoi, M. Kubo, T. Tsukada and M.
Watanabe: Int. J. Microgravity Sci. Appl., 36(2019), 360207.
(13) K. Onodera, A. Nakamura, S. Hakamada, M. Watanabe and F.
Karg: Proc. The 10th InternationalConference on Molten
Slags, Fluxes and Salts (MOLTEN16), Washington, USA,

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

June, (2016).
(14) W. F. Gale and T. C. Totemeier, eds.: Smithells Metals Reference Book, Elsevier, (2004).
(15) M. Watanabe, K. Onedera, K. Tanaka, S. Taguchi, R.
Serizawa, S. Hakamada, A. Nakamura, A. Mizuno, S. Ueno, T.
Tsukada, H. Gotoh, T. Tanaka, H. Tamaru and T. Ishikawa:Int. J. Microgravity Sci. Appl. 33(2016), 330212.
(16) H. Tamaru, T. Ishikawa, J. T. Okada, Y. Nakamura, H. Ohkuma, S. Yukizono, Y. Sakai and T. Takada: Int. J. Microgravity Appl., 32(2015), 320104.
(17) H. Tamaru, C. Koyama, H. Saruwatari, Y. Nakamura, T.
Ishikawa and T. Takada: Microgravity Science and Technology, 30(2018), 643651.
(18) M. Watanabe: Proceedings, Proc. 32nd International Symposium Space Technology and Science, Fukui, June (2019).
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

渡邉匡人

1989年 学習院大学自然科学研究科博士前期課程修了
主な略歴
株 基礎研究所主任
1989年 4 月2001年 3 月 日本電気
研究員
2001年 4 月現職
専門分野高温融体の構造と熱物性，宇宙環境利用研
究◎無容器浮遊法による高温融体の構造解析と熱物性測定手法の開発に従事．宇宙環境利用による材料科学
研究の進展を目指し活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

溶融金属の表面張力における温度および雰囲気酸素分圧依存性
小

.

は じ

め

澤

俊

平

に

近年の材料プロセスは，製品の高性能化や高品質化は固より，その開発期間短縮やコスト削減，環境負荷への配慮等に対する高い要求から，高度化・複雑化の一途を辿っている．
このような背景から近年では，計算機の演算能力向上や，優れた解析コード・ソフトウェアの開発も相俟って，従来の実験検討だけでなく，数値シミュレーションによる現象理解および最適化が多く行われている．その際，溶接，鋳造，結晶成長などの自由表面を有する高温融体プロセスでは，融体の表面形状やマランゴニ対流による熱・物質輸送を考慮するために，正確な表面張力データが重要となる．
しかし溶融金属の表面張力やその温度係数についての報告
値は，測定者によってばらついていることが多い．この理由として，従来多く用いられてきた静滴法などの容器法では，高温において試料が基板などの測定治具と反応してしまう可能性がある．またそれを避けるべく，測定が低温に限定された場合には，測定温度範囲が狭いほど，温度係数の不確かさ
が大きくなってしまう(図)ことも考慮しなければならな
い(1)．
さらに別の理由として，溶融金属に対して非常に強力な表

図1

表面張力の測定温度範囲と温度係数の不確かさの関係．表面張力の温度依存性を測定プロットの最小二乗近似から求める場合，(a) 測定温度範
囲が狭いと，それは点線で示すように傾きが逆転するほど大きな不確かさを持ちうる．(b) 測定
温度範囲が広くなるほど，温度係数の不確かさは小さくなる．

面活性効果を有する酸素が，測定雰囲気中に気相として存在
する(2)(12)ことを考慮していない場合が多いことも挙げられる．特に融体表面の酸化抑制のために， H2 や CO 混合ガスなどの還元雰囲気が用いられた場合は，以下の H2O や CO2の生成反応の平衡定数が温度依存性を持つことから，雰囲気
酸素分圧( PO2 )も温度によって変化する(図)ことにも注意する必要がある．

H 2＋

1
O 2  H2 O
2

KH2O＝

CO＋

(1)

P H 2O(2)

PH2･P 1O/22

1O2  CO22(3)千葉工業大学工学部先端材料工学科教授(〒2750016 習志野市津田沼 2
171)
Influences of Temperature and Oxygen Partial Pressure of Atmospheric Gas on Surface Tension of Metallic Melt; Shumpei Ozawa(Department of Advanced Materials Science and Engineering, Chiba Institute of Technology, Narashino)
Keywords: surface tension, high temperature metallic melt, oxygen partial pressure, oxygen adsorption, electromagnetic levitation
2019年 7 月 1 日受理[doi:10.2320/materia.58.662]



特

集

図2

H2 還元ガス雰囲気における PO2 の温度依存性の例． この 例 では ， H2O と H2 の 混 合比 を 3.64 ×
10－3とした．

KCO2＝

PCO2
PCO･P 1O/22

図3

電磁浮遊法の概略．

(4)

高温において，試料が測定治具との化学反応によって汚染する影響を完全に排除するために，近年，試料を空中浮揚できる静電浮遊法や電磁浮遊法などの，いわゆる無容器プロセ
スを利用した表面張力測定が精力的に行われるようになってきた(8)(16)．またこの方法では，凝固時に異質核生成サイトとなる容器壁が存在しないため，過冷却状態での測定も行え
図4

る．中でも電磁浮遊炉を用いた方法は，使用できる試料が導電磁浮遊液滴の m＝0, ±1, ±2 振動．

電性試料に限られるものの，雰囲気制御が可能であるため，溶融金属の表面張力に対する雰囲気の影響も調べることがで正式(18)から，以下のように表される．

きる．
本稿では，電磁浮遊炉を用いた液滴振動法によって測定した表面張力に対する PO2 の影響について紹介する．

.

電磁浮遊法による表面張力測定

図に，電磁浮遊装置の概略を示す．電磁浮遊コイルに高

s＝

3p M
8

z 0＝

[

1 2
∑ f 22,m－f 2t
5 m＝－2{1.905－1.204 ( za ) }] ( 5 )02g
8p2 f 2t(6)

1 1
∑ f 21,m
3 m＝－1(7)f 2t＝周波交流電流を流すと交流磁場が発生し，その中心に置かれここで M は試料質量， f2,m は l ＝ 2 モードの m ＝ 0, ± 1, ± 2た導電性試料には，ループ電流が流れる．このとき下側のコ

振動周波数(図)， ft は液滴の並進運動周波数， f1,m は l ＝ 1

イルにより，試料には交流磁場とループ電流の相互作用からモードの m ＝0, ±1 振動周波数， g は重力加速度， a は液滴

上向きのローレンツ力が発生し，重力に打ち勝って浮遊すが真球時の半径である．なお f1,m および f2,m は，上部から観る．上側コイルは逆向きとなっており，下向きに発生した弱察した液滴形状の時間変化から求めることができいローレンツ力が，試料のコイル外への飛び出しを抑制す

る(14)(17)(20)．

る．また，浮遊と同時に試料はジュール加熱され，無容器浮.

遊溶融する．さらに今回使用した装置では，一層の高温加熱に対応する為に，上部からレーザー加熱も可能である．また，表面張力測定中の PO2 を制御しやすくするために，電磁浮遊コイル内側に容積の小さい高密閉の石英ガラスチャンバを設置し，その中で試料を浮遊させた．




結

果

表面張力に対する還元ガス雰囲気の影響

従来報告されてきた溶融金属についての表面張力の温度依
存性は，多くの場合，測定プロットの最小二乗近似により温地上で電磁浮遊した溶融金属は，重力と電磁力の影響によ

度の一次関数として表されてきた(15)(21)(23)．しかし，H2 やって卵形に変形すると同時に，表面張力が復元力として作用

CO ガスなどを混合した還元雰囲気では PO2 も温度依存性をする．このとき浮遊液滴の表面張力 s は，Rayleigh の式(17)持つため，それらの報告値の中には，その影響も同時に含まと Cummings & Blackburn による重力の影響についての補れている可能性があることに注意しなくてはならない．そのま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japanような例として，図に還元雰囲気で測定された Fe 融体のクニックは，「還元ガス雰囲気における PO2 の温度依存性」

表面張力と温度の関係について示す(9)．従来，還元雰囲気でと，「酸素吸着反応の平衡定数(Kad)の温度依存性」を考慮す測定された Fe 融体の表面張力は，図 5 ( b )( d )に実線(―)

ることで次のように説明できる．純粋状態にある溶融金属ので示されるように，温度上昇に伴って直線的に低下するとさ表面張力は，通常，温度が高くなるほど低下する．その際，れてきた(15)(21)(22) ．しかし，著者らが電磁浮遊炉を用いて温度上昇は還元ガス雰囲気の PO2 増大も同時に引き起こすたH2 混合ガス雰囲気で測定した結果(図 5( a )の□)プロット)め(図 2 )，低温の 1580 K ～ 1810 K の範囲( I )では，酸素吸を注意深く見てみると，表面張力は破線( Q )で示したよう着による表面活性効果によって，表面張力が一層低下する．

に，温度上昇に伴って低下した後，一旦上昇し，再び低下し

ただし，酸素吸着は発熱反応であるため，温度上昇は Kadているように見える．この表面張力の温度依存性で見られるの低下をも引き起こす．その結果，温度が 1810 K 以上( II)



図5

還元雰囲気で測定された Fe 融体の表面張力と温度の関係(9)(15)(21)(22)．電磁浮遊炉で測定した表面張力の温度依存性(( a )の□)は， PO2 の温度依存性と酸素吸着反応の平衡定数の温度依存性の競争によってクニック(破線)を示す．表面張力を温度の一次式((b)(d)の実線)とした報告(15)(21)(22)においても，この競争を考慮すれば，同様のクニックが見つかる．

図6

還元雰囲気で測定された Ni 融体の表面張力と温度の関係(11)(15)(23)．PO2 の温度依存性と酸素吸着反応の平衡定数の温度依存性の競争を考慮すれば，表面張力の温度依存性におけるクニックが見つかる．

特集

では， PO2 がより大きくなるが， Kad の低下によって酸素吸張力が低下しているにもかかわらず，それが高温において同着量が減少するので，表面張力は酸素吸着の無い純粋状態のじ値に収束して，ブーメラン形の温度依存性を示す(温度係

値へ近づこうとして上昇する．最終的に酸素が全て脱離する数が正の値から負の値に変わる場合)なら，高温で測定されと，表面張力は再び低下するようになる(III)．

た値は酸素吸着の無い純粋状態の値であると言える．

なお，この還元雰囲気で測定された表面張力の温度依存性

また，高温で得られた純粋状態の表面張力の温度依存性をで見られるクニックは，Fe や Ni 融体の表面張力に関する従低温まで外挿すると，PO2＜10－14 atm で測定された表面張力

来の報告(11)(15)(21)(23) においても， PO2 や Kad の温度依存をと良く一致している．このことから，今回の測定温度範囲で考慮して再検討すると，確かに存在しているように見えるは，H2 混合ガス雰囲気で得られる PO2＜ 10－14 atm の値が，

(図 5(b)(d)，図(b), (c))．

Ag 融体の表面張力に影響しないほど十分に低い値であった



金属融体の表面張力に対する酸素分圧(この雰囲気で測定された表面張力が純粋状態の値であった)
ことが，この段階で初めて分かる．

これまでに述べたように，正確な表面張力測定のために溶融金属の表面張力は， Cu 融体の表面張力のように，一は，温度だけでなく，測定中の PO2 を制御・把握することが般的に Ag 融体の場合より遙かに低い PO2 で低下する．ま

重要である．電磁浮遊法により，温度と PO2 を同時に制御した，酸素の吸着・脱着に伴う表面張力のブーメラン形の温度て測定した金属融体の表面張力の例として，図に Ag およ

依存性は，鉄，ニッケル，スズ，ステンレス融体などでも，

び Cu 融 体 の 表 面 張 力 ， 温 度 ， 酸 素 分 圧 の 関 係 を 示実測されている(10)(25)(26)．

す(8)(12)(24) ．なお， Ag 融体の表面張力は PO2 に対して鈍感であるため，それを比較的高い値に制御できるよう，不活性

合金融体の表面張力に対する酸素分圧

ガスと酸素ガスによる単純気体混合法を用いた．一方， Cu

Ag や Cu 融 体 の例 で示 した よ うに ， 金属 融体 にお い て

融体の表面張力は， Ag 融体の場合と比べて遙かに PO2 に対は，通常，元素によって表面張力やその温度依存性はもちろして敏感であるため，それを温度に依らず低い値に一定制御んのこと PO2 依存性も異なり，それが合金融体の表面張力をできるよう，H2H2O ガス平衡や H2CO2 ガス平衡を利用し特徴付ける因子の一つとなる．その例として，図に電磁浮た緩衝気体混合法を用いた．また比較として，できるだけ遊炉を用いて 1373 K で測定した Ag Cu 合金融体の表面

PO2 を低い値とするために，H2O を積極的に混合しない Ar

張力，組成，酸素分圧の関係を示す(24) ．また比較のため，He 10  H2 ガス雰囲気での測定も行った．なおこの雰囲気

Lee ら(6)によって報告された値も示す．PO2＜10－16 atm の場

では PO2 が温度依存性を持つが，今回の測定温度範囲では合，CuAg 融体の表面張力は，Ag 組成の増加に伴って単調

PO2＜10－14 atm になると計算された．

に低下する． Ag 組成が 0 ～ 10 at の範囲では， PO2 が大きAg 融体の表面張力は，ArHe10H2 ガス雰囲気を用いくなるほど表面張力が低くなるが， Ag 組成が 20 at までた PO2 ＜ 10－14 atm に お い て は ， 温 度 上 昇 に 伴 っ て 低 下 す

増えると，表面張力は PO2 の値に依らず同じになる．その結－5 ～atm の 場 合 ， 1200 ～果，PO210－8 atm においては，Ag 組成が 10 at～20 at

1500 K の低温では， PO2 の値が大きいほど酸素吸着量が増に増えるにつれて，表面張力が一旦上昇する．これは， Agえることで表面張力が低下するが，高温になるにつれて酸素

融体の表面張力が Cu 融体のものよりも低く，かつ，酸素は脱離がおこるため一旦上昇する．最終的に高温で酸素が殆ど

Ag 融体に対して吸着しにくい(図 7 参照)ために見られる現脱離した後は，表面張力は PO2 の値に依らず同じ値に収束象である．これが測定された 1373 K では， Cu 融体の表面

し，温度上昇に伴って低下するため，ブーメラン形の温度依

張力は，PO2 が大きいほど酸素吸着によって低下する．このる ． そ れ に 対 し て PO2  1010－3

存性となる．裏を返せば，低温では PO2 の増加によって表面図7

電磁浮遊法で測定した Ag および Cu 融体の表面張力温度酸素分圧の関係(8)(12)(24)．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan図8

電磁浮遊法で測定した CuAg 融体の表面張力に対する組成と酸素分圧の関係(6)(24)．



状態から，表面張力の低い Ag の組成が増えると，その吸着によって表面張力が低下する．ただし Ag 組成の増加は，吸着していた酸素の脱離，すなわち「酸素吸着による表面活性効果の消失」も同時に引き起こす．その結果，Ag 組成が 20
at まで増えると酸素がほぼ脱離し， Cu Ag 融体の表面張力は PO2 に依らず同じ値を示す．PO210－8 atm においては，
Ag 組成を 10 at から 20 at に増やした際の酸素吸着量の変化が相対的に大きいため，その影響が表面張力の上昇として顕著に表れる．
また， Ag 組成が 60 at 付近まで増えると，表面張力は
Ag 融体のそれと非常に近くなる．これは Ag が表面偏析

し，融体表面の殆どを覆ったためである．

.

お わ

り

に

溶融金属の表面張力が PO2 に影響されることは，比較的古くから報告されている．しかし，情報通信技術が現在ほど発達していなかったためか，その報告以降も，PO2 の影響を考慮しないまま測定されたデータが多く報告され，今もってハンドブックや教科書に掲載されている場合すらある．このような状況から現在においても，溶融金属の表面張力におけるPO2 依存性は，広く一般に周知されているとは言い難い．金属融体の表面張力データを引用される際には場合には，是非これに留意されたい．
最後に，本稿で紹介した成果を得るに当たりご指導，ご協力を賜りました日比谷孟俊教授(慶應義塾大)，福山博之教授(東北大)，渡邊匡人教授(学習院大)，塚田隆夫教授(東北大)に深く感謝の意を表する．また本稿で紹介した成果の一部は，
JST 先端計測分析技術・機器開発事業，日本学術振興会科学研究費助成， NEDO 知的基盤創成・利用推進研究開発事業，笹川科学研究助成， JST シーズ発掘試験の援助によるものである．

( 4 ) 袁 章福，向井楠宏，高木克彦，大高雅彦日本金属学会誌，
65(2001), 2128.
( 5 ) I. Jimbo and C. Alan W.: ISIJ International, 32(1992), 26
35.
( 6 ) J. Lee, T. Tanaka, Y. Asano and S. Hara: Mater. Trans., 45(2004), 27192722.
( 7 ) E. Ricci, E. Arato, A. Passerone and P. Costa: Adv. Colloid andInterface Sci., 117(2005), 1532.
( 8 ) S. Ozawa, K. Morohoshi, T. Hibiya and H. Fukuyama: J. Appl.
Phys., 107(2010), 014910.
( 9 ) S. Ozawa, S. Suzuki, T. Hibiya and H. Fukuyama: J. Appl.
Phys., 109(2011), 014902.
(10) S. Ozawa, S. Takahashi, S. Suzuki, H. Sugawara and H.
Fukuyama: Jap. J. Appl. Phys., 50(2011), 11RD05.
(11) S. Ozawa, S. Takahashi, N. Watanabe and H. Fukuyama: Int.
J. Thermophys, 35(2014), 17051711.
(12) IJASMA Ag.
(13) S. Ozawa, N. Takenaga, T. Inoue, Y. Takei, T. Hibiya, A.
Mizuno and M. Watanabe: Int. J. Microgravity Sci. Appl., 31(2014), 1116.
(14) I. Egry, E. Ricci, R. Novakovic and S. Ozawa: Advances in Colloid and Interface Science, 159(2010), 198212.
(15) J. Brillo and I. Egry: J. Mater. Sci., 40(2005), 22132216.
(16) Y. Ohishi, T. Kondo, T. Ishikawa, J. Okada, Y. Watanabe, H.
Muta, K. Kurosaki and S. Yamanaka: Int. J. Microgravity Sci.
Appl., 35(2018), 350105.
(17) L. Rayleigh: Proceedings of the Royal Society of London, 29(1879), 71
97.
(18) D. L. Cummings and D. A. Blackburn: Journal of Fluid
Mechanics, 224(1991), 395416.
(19) I. Egry, H. Giffard and S. Schneider: Meas. Sci. Technol., 16(2005), 426
431.
(20) S. Ozawa, T. Koda, M. Adachi, K. Morohoshi, M. Watanabe
and T. Hibiya: J. Appl. Phys., 106(2009), 034907 17.
(21) G. Wille, F. Millot and J. Rifflet: Int. J. Thermophys., 23(2002), 11971206.
(22) H.K. Lee, M. G. Frohberg and J. P. Hajra: Steel Res., 64(1993), 191
196.
(23) S. Sauerland, G. Lohofer and I. Egry: Thermochim. Acta, 218(1993), 445453.
( 24 ) 小 澤 俊 平 ， 西 村 大  第 38 回 日 本 熱 物 性 学 会 講 演 論 文 集(2017), DVD.
( 25 ) 小澤俊平，高橋 優，武井悠翔第 34 回日本熱物性学会講演
論文集(2013), DVD.
(26) S. Ozawa, K. Morohoshi and T. Hibiya: ISIJ international, 54(2014), 20972103.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

文( 1 ) 小澤俊平金属，81(2011), 473480.
( 2 ) G. Bernard and C. H. P. Lupis: Metallurgical Transactions, 2(1971), 555559.
( 3 ) K. Mukai, Z. Yuan, K. Nogi and T. Hibiya: ISIJ International,
40(2000), 148152.



2002 年

千葉工業大学大学院工学研究科博士後期課
程修了
2012年 千葉工業大学工学部准教授
2019年 4 月現職
専門分野材料科学◎高温融体の熱物性測定や，無容器過冷却凝固に関する研究に従事．

献★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
小澤俊平

特

集

最大泡圧法による
高粘性ガラス融体の密度測定
徳

.

は じ

め

永

博

文

に

ガラスの製造プロセスにおいては CO2 排出量削減のため
更なる高効率化が求められており，そのためには溶融シミュ
レーションを用いて溶融窯内のガラス融体の対流状況を把握し，制御することでより短い時間で均質かつ泡の無いガラス融体を得ることが重要である．溶融シミュレーションにおけるガラス融体はその組成や成分ではなく粘度，密度，表面張力，熱伝導率，比熱等の物性値とその温度係数によって表現されており，シミュレーションに用いる物性値の誤差はシミュレーションの精度に直接影響する．そのため，各種物性値については少しでも正確な実測データが求められる．また，

図1

ガラス融体の粘度域に応じた密度測定方法．

密度は溶融シミュレーション以外にも，溶融窯内のガラス融体の対流速度や温度分布，清澄工程における気泡の浮上速

102 まで 1014倍もの非常に広い範囲にわたり温度に対して連度，成形域におけるガラスの収縮挙動を把握するために必要

続的に粘度が変化するため，精度の良い測定を行うためにはな物性値であり，いずれの工程においても正確な実測データ

各粘度領域に適切な測定法を採用することが重要となる．アが必要とされる．しかしながら近年は液晶基板向けの無アル

ルキメデス二球法は密度が既知の白金球を融体中に浸漬し，カリガラスやスマートフォン向けのカバーガラスなど，

その浮力から融体の密度を求める方法であるため逆アルキメ

1600 °
C で粘度が 101 Pa ･ s 以上となるような難溶解性のガラ

デス法とも呼ばれ，主に粘度が 100 Pa ･ s 以下の領域に適しス開発が増加してきており，従来の測定手法では対応が困難

た方法である．粘度が 100 Pa ･ s 以上の範囲になると白金球になってきているのが現状である．そこで，高温・高粘性のが融体の対流の影響を受けて浮力の測定値のバラつきが大きガラス融体に対応可能な密度測定手法を検討した．

くなり，その結果として密度の測定誤差が大きくなるという問題がある． 600 ～ 1000°
C の範囲においては NaCl 等の密度.

高温高粘性ガラス融体に適した密度測定方法の検討が既知の溶融塩中にガラス試料を入れた白金坩堝を浸漬し，その浮力からガラスの比重を求めるアルキメデス法も提案さ

ガラス融体の密度測定法としてはアルキメデス二球法(1)やれている(3) ．しかしながら 1600 °C を超える高温域で安定し静滴法(2)などが知られている．図に各温度および粘度域毎た溶融塩を得ることは難しい．静滴法はカーボン等の基板上の密度測定手法を示す．ガラスは結晶と異なり融点を持たに溶かした融体の液滴形状から体積を求め，予め測定しておず，ガラス転移温度で 1012 Pa･s から液相温度付近で10－2～

いた質量から密度を求める方法である．金属融体の密度測定

AGC 株式会社 材料融合研究所 無機材料部主任研究員(〒2218755 横浜市神奈川区羽沢町1150)
Density Measurement of HighlyViscous Glass Melts Using Maximum Bubble Pressure Method; Hirofumi Tokunaga(Inorganic Materials
Division, Materials integration Laboratories, AGC Inc., Yokohama)
Keywords: glass melt, density measurement, high viscosity, maximum bubble pressure, simulation
2019年 8 月27日受理[doi:10.2320/materia.58.667]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

には有用な方法であるが，ガラス融体は酸化物であるため基板の選定に注意を要する．ガラス融体との濡れ性の悪い基板としてカーボンや窒化硼素が用いられるが， 1200 °C を超えるとガラス融体内の酸素と基板が反応して融体中に微小泡を発生しやすくなり，密度の測定結果を大きく変動させる．基板に白金系合金やアルミナを用いた場合には融体中への泡の発生は起こらないものの， 1200 °C を超えると融体と基板が濡れ広がりやすくなり，正確な密度測定が困難となる．また
近年，鉄鋼分野においては静電浮遊法(4)や電磁浮遊法(5)なども開発されているが，酸化物であるガラス融体をこれらの方法で浮遊させることは困難である．ガス浮遊法であれば適用

図2

最大泡圧法におけるガス流量と密度測定値の関係．

可能ではあるが，浮遊させた融体の形状の対称性を維持することは難しい．

.

最大泡圧法による密度測定

最大泡圧法は密度，表面張力の測定方法として古くから知られており(6)，測定例や誤差要因についても多くの知見がある(7)．最大泡圧法は，融体中に浸漬した吹管内部の圧力を増加させ，先端に気泡を生成させたときの最大圧力を測定し，その圧力差から密度を求めることができる方法である．融体中への吹管の浸漬深さを H ，吹管先端と炉内気圧の差の最図3

大値を Pmax とすると，融体の密度 r は次式で表される．

高粘度ソーダライムガラス融体の密度．

r＝DPmax/DH.

最大泡圧法はアルキメデス二球法に比べて簡便な測定法で

お

わ

り

に

あるが，吹管先端部の形状や気泡形状，ガスの供給速度(脱泡間隔)などが測定結果に影響するため精度の点で劣ると言

今後も液晶基板向けの無アルカリガラスなど，高粘性ガラ

われてきた．しかし，それらの誤差要因を把握し，制御できスの実測データへの要請は続くものと考えられる．最大泡圧

れば粘度の高い融体に対してアルキメデス二球法よりも正確

法で上記のような方法により密度測定は可能であるが，ガスな値を得られる可能性がある．そこで，吹管の浸漬速度毎に流量と深さを変えて測定するため，1 日に測定可能な温度水ガスの供給速度を変え，吹管浸漬深さを 10 mmd, 30 mmd,

準は 1 点が限度である．データの取得までに長時間を要す

50 mmd として Pmax の測定を行い，ガス流量毎に密度を求るため，例えばホウ酸などの揮散成分を多く含む組成では測めた．吹管は高粘度のガラス融体中で曲がらないように Pt/

定が長時間におよび，試料の組成ずれなどの問題も生じる．

Rh20合金材を使用し，外径 6.35 mm，内径 3.35 mm とし

今後はさらに簡便かつ正確に高温，高粘度の融体の密度を測て，先端は吹管内径に合わせてなるだけ肉厚を薄くするため定する技術の確立が求められる．

ナイフエッジ形状に加工した．吹管の浸漬深さはステッピン
グモーターを用いて制御し，ガス流量はマスフローコントロ
ーラーを用いて調整した．測定結果を図に示す．測定試料
はソーダライムシリケート系の高粘度ガラスであり，測定温
度は1650°C，この温度における粘度は約 101.5 Pa･s である．
図 2 より， Pmax は吹管浸漬深さに応じて大きくなることが確認できた．また，ガス流量の増加とともに Pmax が大きくなり，その結果として密度の測定値もガス流量とともに大きくなることが分かった．これは，粘性の高い融体では吹管先端で気泡が粘性抵抗を受け，見かけの Pmax が大きくなっているためであると考えられる．そこで，ガス流量がゼロの時

文

献

(1)

J. O'M. Bockris, J. W. Tomlinson and J. L. White: Trans.
Faraday Soc., 52(1956), 299310.
( 2 ) 向 井 楠 宏 ， 坂 尾 弘 ， 佐 野 幸 吉  日 本 金 属 学 会 誌 ， 31
(1967), 928933.
( 3 ) 日本セラミックス協会関西支部・中国四国支部連合学術講演
会 講演予稿集，(2004), 25.
( 4 ) S. Ozawa, Y. Kudo, K. Kuribayashi, Y. Watanabe and T.
Ishikawa: Mater. Trans., 58(2017), 16641669.
( 5 ) 福山博之計測と制御，5, (2015), 303308.
( 6 ) A. G. Tohmas and L. R. Barrett: J. Soc. of Glass. Tech., 40(1956), 179T.
( 7 ) 斎藤恒三，天辰正義，渡辺俊六東北大學選鑛製錬研究所彙
報，25(1969), 6774.

の密度の値を外挿により求め，その温度における真の値とし★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

て採用した．図に各手法における密度の測定結果を示す．

徳永博文
2008年 3 月

室温からガラス転移温度( Tg )までは熱膨張測定の結果から計算により求め， Tg から 1300°
Cまでを静滴法で求めた．最大泡圧法の測定結果はこれらの結果と良い一致を示すことが分かった．

九州大学大学院 工学研究院 物質プロセス工学専攻 博士課程修了
2008年 4 月 旭硝子株式会社 中央研究所入社
現職
2019年 7 月専門分野ガラス組成開発，高温融体物性測定◎液晶基板用無アルカリガラスの組成開発を行うとともに，社内で必要となる各種高温物性の測定技術の確立に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★



特

集

高温融体の界面物性
中 本 将 嗣 鈴 木 賢 紀1
) 田 中 敏 宏2)の金属生産プロセスにおける溶融金属溶融スラグ・フラッ

.

は じ

め

に

クス間などで生じる界面現象，および，その根源となる界面物性を解明する研究に挑んでいる．本稿では，著者らが取り鉄鋼製造に代表される高温での金属生産プロセスにおい組んでいる内容として，浮遊レンズ法を使用した「溶鉄溶て，複合酸化物融体である溶融スラグ・フラックスは多くの融スラグ間の界面張力の動的変化に及ぼす化学反応の影場合製造される溶融金属と伴に存在する(1)(3) ．例えば，鉄響」，「国際宇宙ステーションでの液滴振動法による界面張力

鋼製造プロセスでは，製錬工程である高炉において鉄鉱石中測定用試料作製のための溶鉄への溶融スラグ・フラックスのに含まれる SiO2, CaO, Al2O3 などの脈石成分から溶融スラ被覆性の検討」について紹介したいと思う．

グが生じ，溶銑と比重分離して排出される．溶銑中の珪素，
リン，硫黄などの不純物は精錬工程において溶融スラグに吸収・除去され，溶鋼が生成される．次工程の連続鋳造では溶.

溶鉄溶融スラグ間の界面張力の動的変化に及ぼす化学反応の影響

鋼からスラブ(鋼の鋳造片)の製造において，潤滑剤としてモールドフラックスが用いられる．そのため，各種プロセスの鉄鋼を初めとする金属製造プロセスにおいて，溶鉄溶融

効率化を目指し，溶融金属やスラグ・フラックスの物性(例

スラグ間の界面張力は重要な現象を支配する物性といえる．

えば，粘度，濡れ性など)と各工程で生じる現象との関連性

一般に，溶鉄溶融スラグ間の界面張力が大きい場合，界面が従来から議論されており，様々な文献でまとめられてい形状が平滑になり，揺らぎ等に対して界面形状が乱れ難いたる(1)(3)．その中において溶鉄溶融スラグ・フラックス間にめに，溶融スラグ滴が溶鋼側に巻き込まれにくい．逆に界面代表される高温の液体液体間の界面物性に関する研究は測張力が小さい場合は，界面の形状は乱れ易く，溶鉄と溶融ス

定や観察の困難さのために知見が少なく，近年においても界ラグは界面で互いに混ざり易い．したがって，溶鉄溶融ス面で生じる様々な現象を正しく理解することが高温の素材製

ラグ間の界面張力を適切に制御すれば，目的に応じた界面形

造プロセスの検討，解明のために極めて重要であると位置付状を設定できると考えられる．しかし一方で，溶鉄溶融ス

けられている．液液間の界面張力の測定は，原理的には静ラグ間の界面で化学反応が生じると，界面張力が自発的に低滴法など表面張力の測定法が適応可能であり，室温における下することが報告され(9)，界面張力の動的変化の機構を解明

液液間の界面張力は高い精度での測定がなされている．一しようと様々な研究が行われてきたが，詳細な機構は明らか

方，高温においては X 線透過法を用いるなど種々の工夫がになっていなかった．

あってはじめて測定が実現している．高温での液体液体間過去の研究では，溶鉄に対して数程度の Al を添加したの界面張力の測定に関しては種々のレビュー(2)(4)(8) があ合金と SiO2 系の溶融スラグを接触させた場合について，界り，それらを是非ご一読いただきたい．

面張力の動的変化が取り扱われてきた(10)(11) ．これに対し

著者らの研究室では界面制御工学領域の名の下に，高温でて，著者らは微量の Al を添加した溶鉄と溶融スラグの組み大阪大学低温センター助教
大阪大学大学院工学研究科1)准教授 2)教授(〒5650871 吹田市山田丘 2
1)Interfacial Properties of High Temperature Melts; Masashi Nakamoto, Masanori Suzukiand Toshihiro Tanaka(Low Temperature
Center, Osaka University, Suita.Graduate School of Enginnering, Osaka University, Suita)
Keywords: high temperature, interfacial property, dynamic interfacial tension, Fe, slag
2019年 7 月10日受理[doi:10.2320/materia.58.669]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




図1

溶鉄の表面張力，溶融スラグの表面張力，2 相間の界面張力の 3 重点における釣合い(12).

合わせについても，上記のような界面張力の動的変化が生じるか，実験による検討を行った．また，得られた界面張力の経時変化に基づいて，動的変化機構を説明するための考察を行った．
著者ら(12)は浮遊レンズ法を用いて，溶鉄溶融スラグ間の界面張力の測定を行った．まず，溶融金属を適当な大きさの

図2

溶鉄と溶融スラグ間の界面張力の動的変化機構の模式図(12).

皿状容器に保持すると，溶融金属は平坦な自由表面を形成す
る．溶鉄上へ溶融スラグを静かに滴下すると，レンズ状の液滴形状が形成される．図に示す溶鉄溶融スラグ気相の 3吸着量に基づいて，界面張力の動的変化を定性的に表してい相界面において，溶鉄の表面張力 sLiq.Fe, 溶融スラグの表面

る．まず，溶融スラグと接触する前の溶鉄は Al2O3 製の容器

張力 sLiq.Slag, 溶鉄溶融スラグ間の界面張力 sFe/Slag による水と接触し，また微小濃度の Al が添加されているために，溶

平方向および垂直方向の釣り合いを考えると，溶鉄溶融ス

鉄中 Al と固体 Al2O3 の平衡関係によって決まる微小の酸素

ラグ間の界面張力を式(1)によって求めることができる．

 )．溶鉄と溶融スラグが接触すると，濃度で飽和している(◯

sFe/Slag＝ s 2Liq.Fe＋s 2Liq.Slag－2sLiq.Fe･sLiq.Slag･cos ua(1)

溶 鉄 中 Al と ス ラ グ 中 SiO2 に よ る 酸 化 還 元 反 応 が 生 じ る

ここで， ua は溶鉄上における溶融スラグの見かけの接触角が，以下の式( 2 ), ( 3 )に示す素反応に分けることができる．

を表す．界面張力の算出には溶鉄の表面張力と溶融スラグの表面張力の情報が必要であるが，本研究では推算式(13)(14)による計算値を使用した．実験は黒鉛発熱体を内装したタンマ

SiO2 in Slag＝Siin Fe＋2Oin Fe(2)

2Alin Fe＋3Oin Fe＝Al2O3 in Slag(3)

溶鉄と溶融スラグを接触させた直後に，界面では式( 2 )ン炉内を 1823 K, Ar 雰囲気とし， Al を微小濃度含む溶鉄をの素反応が起こり， Si と酸素が生成する．ここで，界面でAl2O3 製の皿状容器に保持した．溶鉄上へ SiO2 系の溶融ス

生成した酸素は界面に吸着するが，界面に吸着した酸素濃度

ラグを滴下し，Mo 製の支持棒で溶鉄上の溶融スラグ滴の水と溶鉄バルク中の酸素濃度の間で平衡状態を保ちながら，溶平位置を固定しながら，溶融スラグ滴の形状を所定時間まで

鉄溶融スラグ界面の酸素吸着量が式( 2 )の反応の進行ととの間，炉側面に設置したカメラで撮影し，見かけの接触角もに増加すると仮定した場合の界面張力の経時変化を図 2

ua の経時変化の観察を行った．

中央の図中に破線で示す．一方，酸素は溶鉄中へ拡散するよ実験結果について，図の中央には Al を0.01 mass含む

りも界面に留まり易いと考えると，界面への酸素の蓄積が過溶鉄へ SiO2 系の溶融スラグを接触させた場合の，溶鉄溶融

剰に生じて，界面張力は破線で示した場合よりも一時的に減スラグ間の界面張力の経時変化の一例を三角の点で示した．

 )．また，界面では式( 3 )の素反応も同時に起こ
少する(◯

溶鉄と溶融スラグが接触した直後に，界面張力は初期値からるが，生成した Al2O3 がスラグ側の界面付近で飽和するため減少し，極小値を示した後，緩やかに増加し，最終的にはあに反応が右へ進み難いと考えられる．その後，Al2O3 がスラる一定値へ到達した．したがって，微小濃度の Al を含む溶グ中へ徐々に拡散し，また界面に蓄積していた酸素が溶鉄中鉄を用いた場合にも，溶鉄溶融スラグ間の界面張力が動的へ拡散すると，界面では酸素濃度が減少し始めるので，界面に変化する挙動を捉えることができた．
界面張力の動的変化の機構について，著者らは溶鉄溶融 )，次いで最終平衡値へ至るまで増加
張力は極小値を示し(◯ )．ここで界面張力の最終平衡値
し続けると考えられる(◯

スラグ界面への酸素の吸着に基づくモデルを提案した．酸素は，溶鉄中に拡散した Si とスラグ中 SiO2 との平衡関係を満は界面活性元素の一つであり，溶鉄中の酸素濃度が高いほどたす溶鉄中酸素濃度によって決まると考えられる．

溶鉄溶融スラグ間の界面張力が小さいことが知られていさらに著者らは，溶鉄溶融スラグ間の界面張力の動的変る(15)．これは酸素が溶鉄溶融スラグ間の界面に吸着するた化に及ぼす溶融スラグの粘性の影響についても実験による調めに生じると考えられる．界面は 2 次元に広がった欠陥で査を行い，溶融スラグの粘性が低い場合は，溶鉄溶融スラあり，酸素が界面へ過剰に吸着すれば，界面張力の一時的なグの界面張力の減少量が大きく，極小値を取った後に長時間減少が生じる可能性がある．

にわたって上昇することを見出している(12) ．この場合，溶図 2 では本研究で提案した溶鉄溶融スラグ界面への酸素

融スラグ中から溶鉄溶融スラグ間の界面へ SiO2 の供給が進

特集み易く，式( 2 )の素反応が進んで，多量の酸素が界面へ供後に違いがあった． IL flux が溶融時の鉄を包んだ状態を維給されるために，界面張力が大きく減少すると考えられる．

持しているのに対し，LT flux が冷却過程において凝固した

以上のように，溶鉄溶融スラグ間の界面における酸素の吸フラックスが割れ，LH flux が結晶化し，部分的に鉄が露出着を考えることによって，様々な溶鉄と溶融スラグの組み合した．これらの結果から，本実験で使用した溶接系フラック

わせに対して，界面張力の動的変化を説明できることがわか

スは溶融時に 2 重層液滴を形成することから ISS での液滴った．

振動法による界面張力測定に適することを見出した．また，現在，著者らは上記の界面酸素吸着の考え方に基づいて，
溶鉄溶融スラグ間の界面張力の動的変化を定量的に予測するモデルの構築を進めている(16)(18)．

冷却後もその状態を維持している IL flux が最も適当である
ことが明らかとなった．
スラグ・フラックスの鉄への被覆性に関して，ある液体が混ざらない別の液体の表面にあって，広がろうとする傾向を.

国際宇宙ステーションでの液滴振動法による界面張力測定用試料作製のための溶鉄への溶融スラ
グ・フラックスの被覆性の検討

表す拡張係数 S(21)(22) による評価を試みている．溶融スラ
グ・フラックスが溶鉄を広がる場合の拡張係数 Sslag･flux は以下のようになる．
Sslag･flux＝gFe－(gslag･flux＋gFe/slag･flux)(4)

著者らは現在，学習院大学の渡邊教授とともに JAXA のgFe, gslag･flux, gFe/slag･flux はそれぞれ溶鉄の表面張力，溶融ス

ご支援のもと国際宇宙ステーション(ISS)において静電浮遊

ラグ・フラックスの表面張力，溶鉄溶融スラグ・フラック

させた 2 重液滴試料(溶融酸化物に内包された溶融金属試

ス間の界面張力である．式( 4 )で Sslag･flux の値が正，つま料)を利用し，液滴振動法による溶鉄溶融スラグ・フラック

り，溶鉄の表面張力が溶融スラグ・フラックスの表面張力，

ス間の界面張力の測定を進めている(19)．同研究により，地溶鉄溶融スラグ・フラックス間の界面張力の和よりも大き上では制約のあった溶鉄酸化物間における界面張力の測定

い場合に溶融スラグ・フラックスが溶鉄を完全に広がる拡張

範囲が拡大し，界面で生じる様々な現象の理解が飛躍的に進濡れが生じるとされる．つまり，表面張力(mN/m)が表面自むものと期待されている．この測定の実現に向けて，測定

由エネルギー( mJ / m2 )であることを考えると，溶鉄の表面時，高温で溶融した際に酸化物を主成分とするスラグ・フラ

よりも溶融スラグ・フラックスの表面と溶鉄溶融スラグ・ックスが溶鉄を完全に覆う図に示すような溶鉄溶融スラ

フラックスの界面が形成されるほうがエネルギー的に安定な

グ・フラックスのコアシェル型の 2 重層液滴試料の形成が場合，溶融スラグ・フラックスが溶鉄を完全に覆うことが予必要不可欠である．そこで，著者ら(20)は種々のスラグ・フ

想される．そこで Sslag･flux を指標として溶鉄，溶融スラグ間ラックの溶鉄への被覆性について調査し，液滴振動法によるの合体挙動の解析を ``Surface Evolver''(23)により実施した．

界面張力測定に必要な 2 重層液滴試料の形成条件について

実 用 的 な ス ラ グ ・ フ ラ ッ ク ス に 関 連 す る gFe, gslag･flux,

検討した．
実験として，電解鉄粉とスラグ(高炉スラグ( BF slag )粉末，もしくは，溶接系フラックス(イルミナイト系フラック
ス(IL flux)，ライムチタニヤ系フラックス(LT flux)，低水素系フラックス( LH flux ))粉末を混合した圧粉体をアーク
溶解炉で完全に溶融させた．すべての試料は溶融後，鉄とス
ラグ・フラックスに速やかに分離したが，図のように異なる挙動を示した．BF slag は溶融時からスラグが鉄を完全に包むことはなくスラグが鉄表面を半分ほど覆っている．3 つの溶接系フラックスは溶融時に完全に鉄を包んだ一方，凝固図3

国際宇宙ステーション(ISS)における液滴振動法
による溶鉄溶融スラグ・フラックス間の界面張力測定用コアシェル型の 2 重層液滴試料．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

図4

アーク溶解後の試料の外観．(a) BF slag, (b) IL
flux, (c) LT flux, (d) LX flux.(20)




図5

溶鉄と溶融スラグ・フラックス 2 液滴の合体挙動
への液体 Fe 中酸素濃度[ mass  O ](＝( a ) 10－3,(b) 10－2.3 or (c) 10－2)の影響(20).

gFe/slag･flux のデータはごく限られた系でしか存在していない
ため，界面物性の報告例の多い 40 mass  SiO2 40 mass 
CaO 20 mass  Al2O3 系のスラグのデータを用いた(2)(24) ．

図は溶鉄と溶融 40 massSiO240 massCaO20 mass
Al2O3 系スラグの 2 液滴の合体挙動のシミュレーションの結果である．Sslag･flux の値が110, －7, －69である溶鉄中酸素濃度[massO]がそれぞれ－3, －2.3, －2 で計算を実施した．
Sslag･flux＞0 の(a) Log [massO]＝－3 の酸素濃度では溶融

スラグが溶鉄表面をすべて覆う 2 重液滴となり，Sslag･flux≒0の(b) Log [massO]＝－2.3でわずかに溶鉄の表面が露出
し，Sslag･flux＜0 の(c) Log [massO]＝－2 では溶鉄表面と溶融スラグが半分ずつに分かれた状態となった．これらの結果から拡張濡れの基準となる Sslag･flux により 2 重液滴の形成能が評価できることを明らかにした．
本プ ロジェ クト は航空 機実 験，実 験試料 の決 定プ ロセス(25)を得て，現在，国際宇宙ステーション(ISS)における液滴振動法による界面張力の測定が進められている．

.

お わ

り

に

本稿では，著者らが進めている界面物性に関わる研究内容の一端をご紹介した．上述のように鉄鋼製造プロセスなどで生じる界面現象は高温環境下であるため装置，接触材料などの問題から実験での制約が多く，加えて界面を高精度で直接観察することは困難であり，高温での界面現象における研究はまだまだ未解明の課題も多く残されている．逆に言うと，
高温界面現象，その根源となる界面物性が解明されることにより高温材料プロセスの発展に大きく貢献できると言える．
研究においては装置・技術の進歩を最大限活用するのは勿論( 3 ) 荻野和己高温界面化学(下)，アグネ技術センター，(2008),
3287.
( 4 ) Ed. R.A. Ropp: Physicochemical measurement in metals
research, part 2, John Wiley and Sons, (1970), 308326.
( 5 ) L. E. Murr: Interfacial Phenomena in metal and alloys, Addison
Awesely Pub. Co, (1975), 90100.
( 6 ) 日本金属学会編金属の化学的測定法 I，3.界面性質の測定，
日本金属学会，(1976), 125133.
( 7 ) B. J. Keene: NPL Report Chem., 99(1979), 415.
( 8 ) M. Korenko and F. Simko: J. Chem. Eng. Data, 55(2010),
45614573.
( 9 ) P. Kozakevitch, G. Urbain and M. Sage: Rev. Metall., 2(1955),
161172.
(10) P. V. Riboud and L. D. Lucas: Can. Metall. Quart., 20(1981),
199208.
(11) H. Gaye, L. D. Lucas, M. Ollette and P. V. Riboud: Can.
Metall. Quart., 23(1984), 179191.
(12) T. Tanaka, H. Goto, M. Nakamoto, M. Suzuki, M. Hanao, M.
Zeze, H. Yamamura and T. Yoshikawa: ISIJ Int., 56(2016),
943951.
( 13 ) 荻野和己，野城 清，細井千秋鉄と鋼， 69 ( 1983 ) , 1989 1994.
(14) T. Tanaka, T. Kitamura and I. Back: ISIJ Int., 46(2006), 400
406.
(15) T. Tanaka and S. Hara: Z. Metallkd., 90(1999), 348
354.
(16) P. Ni, T. Tanaka, M. Suzuki, M. Nakamoto and P. G. Jonsson,
ISIJ Int., 58(2018), 19791988.
(17) P. Ni, T. Tanaka, M. Suzuki, M. Nakamoto and P. G. J äonsson,
ISIJ Int., 59(2019), 737748.
(18) P. Ni, T. Tanaka, M. Suzuki, M. Nakamoto and P. G. J äonsson,
ISIJ Int., 59(2019), 20242035.
( 19 ) 渡 邉 匡 人 ， 水 野 章 敏 ， 田 中 敏 宏 ， 塚 田 隆 夫 ， 石 川 毅 彦 
CAMPISIJ, 27(2014), 651.
(20) 中本将嗣，後藤弘樹，鈴木賢紀，田中敏宏Int. J. Microgravity Sci. Application, 32(2015), 32010318.
(21) S. Torza and S. G. Mason: Science, 163(1969), 813
814.
(22) J. Guzowski, P. M. Korczyk, S. Jakiela and P. Garstecki: Soft
Matter, 8(2012), 72697278.
(23) K. A. Brakke: Experimental Mathematics, 1(1992), 141165.
(24) Verein Deutscher Eisenhuttenleute (Editor): SLAG ATLAS
2nd Edition, Verlag Stahleisen GmbH, (1995), 463511.
( 25 ) 渡邉匡人，小野寺健太，田中健大，田口正二郎，芹澤留依，
袴田信也，中村藍莉，後藤弘樹，田中敏宏，中本将嗣，上野翔也，塚田隆夫，石川毅彦，田丸晴香Space Utiliz. Res., 30(2016), 1
4.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
中本将嗣
2005年 大阪大学大学院工学研究科博士課程修了
主な略歴 2005年フィンランドヘルシンキ工科大学研究員，2007年大阪大学
大学院工学研究科特任助教
現職
2016年 2 月専門分野材料物理化学，高温物性，リサイクル◎高温材料プロセスにおける現象のメカニズムの解明や融体物性の高精度測定・推算手法の確立などを行っている．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

のこと，新しい視点・発想を基に展開し，今後も高温における界面現象・物性の解明に挑んでいきたい．

文献( 1 ) 徳光直樹高温学会誌，19(1993), 97104.
( 2 ) 荻野和己高温界面化学(上)，アグネ技術センター，(2008),
228252.



中本将嗣

鈴木賢紀

田中敏宏

特

集

高温融体の粘度，濡れ性および交流電場特性
齊

.

は じ

め

に

藤

.

敬

高
中
1)

島

邦

彦
2)

異なる酸素ポテンシャル下における酸化物の融体
物性

ここでは，筆者らの所属する研究室において設計・製作されてきた高温融体物性の測定および評価に関する装置群につ雰囲気の酸素ポテンシャルによって金属融体の表面張力はいて，それらの概略と得られた代表的な成果および今後の展

大きく変化することはよく知られている(1)(2)が，あまり影響

開について概説したい．紙面を拝借し，本会と日本鉄鋼協会が無いと思われている酸化物の融体物性値においてもその影

共同セッション「高温溶融体の物理化学的性質」および本誌

響が色濃く現れる場合がある．つまり，融体を形成している特集「金属および酸化物の高温融体物性」に関して，ご尽力

酸化物中に価数変化を起こす遷移金属酸化物(例えば，賜りました関係各位および本会と日本鉄鋼協会に御礼申し上

Fe2O3 と FeO など)を含む場合である．無機基盤材料の一つ

げます．

である金属の大半は地殻中において酸化物(一部は硫化物)と言及するまでもないが，金属をはじめとして半導体，ガラ

して存在するため，何かしらの還元プロセスを経て金属材料

ス等のあらゆる無機基盤材料は高い付加価値を保ちつつ生産になる．これらのプロセスにおいては，気相中の酸素分圧や性を確保するため高温溶融体を介したプロセスによって，つ平衡している金属相に酸化物融体中の酸素ポテンシャルが大まり高温下における大きな反応速度や融体(流体)であること

きく依存し，内包している遷移金属酸化物の価数が変化すを利用した連続反応を十分に活用して大量に生産されている．その結果，融体物性値に影響が顕在化することになる．

る．そのため，これらの高温プロセッシングにおいて，粘また酸化物融体は，アルカリ金属酸化物やホウ酸化物などを度，密度，表面張力，熱伝導率，比熱，電気伝導率などの融除く大半が高温大気下において安定であるが，窒素を含むオ体物性値は，反応や操業のコントロールや最適化を行う上キシナイトライド融体やフッ素を含むオキシフロライド融体

で，必要不可欠な基礎的データである．また，これらの融体

は成分の蒸発および分解によって融体組成が変化するため，物性値は融体構造や熱力学諸量との間に非常に強い相関があ

関わる気相側の分圧を制御することによって，物性値を測定るため，学術的にも楽しむことができる稀有な研究対象であするのに適した高温融体を形成することができる．

る．加えて，密度ならば kg/m3，表面張力ならば N/m とい

図に上記の雰囲気制御を可能にした融体物性(粘度，密ったようにある空間を表す物理量によって規格化されている度および表面張力)の測定装置図(3)(6)を示す．再結晶質の高ため，5,000 m3 の高炉であろうが 50 cc のルツボであろうが純度アルミナ製炉心管の上下端をステンレス製水冷ジャケッ

関係なく，当たり前ではあるがサイズエフェクトが存在しな

トで封止し，また測定系全体をアクリル製のカバーで覆うこい．その中でもここでは，粘度，濡れ性，結晶化挙動およびとにより，炉内の雰囲気(酸素分圧，水蒸気分圧等)を制御す

融体構造に関する測定手法について述べたいと思う．

ることが可能である．また，図 1 は測定系に回転式の粘度計を示しているが，ストレインゲージに換装することによってアルキメデス二球法を用いた密度測定や，リング引き上げ九州大学大学院工学研究院材料工学部門 1)准教授 2)教授(〒8190395 福岡市西区元岡744)
Viscosity, Wettability, and Some AC Characteristics of Molten Substances; Noritaka Saito and Kunihiko Nakashima(Department ofMaterials Science and Engineering, Kyushu University, Fukuoka)
Keywords: viscosity, wettability, crystallization, impedance, capacitance, molten oxide
2019年 8 月17日受理[doi:10.2320/materia.58.673]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




図2

融体滴下機構を備えた超高温濡れ性評価装置の外観(最高評価温度2000°
C).

ため，融体物性と捉えられている感は否めない．
さて，高温濡れ性を評価するためには，濡れ性を評価した
い固体に融体を形成する金属や酸化物を室温下で設置し，評価したい温度まで昇温した後に接触角を計測するのが一般的である．しかしながら，基本的に高温下の界面反応が問題となる金属製錬プロセスにおいて，この手法はあまり妙手とは
図1

雰囲気調整可能な酸化物融体の粘度，密度および表面張力測定装置の概略図(最高測定温度
1600°
C) .

言い難い．例えば， 1600 °C での接触角を測定したい場合において，濡れ性を評価したい組合せを室温から 1600 °
C まで昇温した場合，金属製錬プロセスに存在する大半の組合せでは 1600 °C に到達する前に界面反応が生じてしまい，所望の法を用いた表面張力測定を行うことが可能である．この装置

温度における接触角を定量的に評価することが事実上不可能

によって，希土類酸化物を含むオキシナイトライド融体の粘となる．そこで筆者らは高温に加熱された固体に溶融体を滴度(3)(4)や酸化鉄を含む溶融スラグの粘度について酸素分圧依下することによって，所望の温度および雰囲気における濡れ存性(5)(6)を系統的に測定してきた．

性のダイナミックな変化を評価することのできる装置を作製した(図)．ここで，冒頭において“筆者らの所属する研究.

高温下におけるの濡れ性評価室において設計・製作されてきた．．．”と述べておきながらではあるが，本装置の基本的な概念と構造は高温における界

議論があることかも知れないが，“高温濡れ性”は融体物面物性研究の一大拠点である大阪大学田中敏宏教授のグルー性ではない(と考えられる)．その理由は大きく分けて以下のプで既に完成されていたものである．しかしながら，そのま二つである．まず，他の融体物性測定と同様に高温溶融体をまコピーさせて頂くのは現状維持でしかないため，より高温

濡れ性を評価したい固体および雰囲気の気体の三相が共存すでの評価を目指し最高温度 2000 °C での“超”高温濡れ性評る際に，“固体の表面”がどれほど溶融体に対して“馴染む”

価装置として改良を加えた．この装置によって， IV 族元素

かを，この三相境界における接触角によって評価するため，のホウ化物および炭化物の鉄属合金融体に対する濡れ性(7)やどちらかと言えば“固体”の性質ではないだろうか．また，灰分を含む炭材の高炉系スラグもしくは FeC 系合金融体に

前述のように融体物性値は物性値であるがゆえ，そのサイズ

対する濡れ性(8)(9)を系統的に評価している．

に依存せず一定であるはずであるが，重力下において評価する以上，上記の接触角は重力の影響を受ける．つまり，固体. 電気容量測定によって検出する酸化物融体の結晶化に接触させる溶融体の質量によって接触角が変化してしまう
ため，一義的に三相の組み合わせのみで決定されるわけでは

酸化物融体の結晶化とはガラス転移温度以上で，かつ液相ないことがよくわかる．とはいえ，変化の振り幅が大きい融線温度以下に保持された過冷却の酸化物融体から結晶相への体側の界面物性や界面反応の有無等によって支配されている相転移であり，核生成と結晶成長の素過程により成り立って



特

集

いる現象である．金属製錬プロセスにおいては，基本的に酸取られてしまう．この問題は銀製のブラシを内蔵したスリッ化物である製錬剤のフラックスや脈石や不純物成分であるス

プリングを用いることによって解決することができた．これ

ラグが上記の温度領域に曝されるため，結晶化もしくは未溶

ら装置の詳細や試作に至った経緯については既報(12) を参照

解の固相が生じるのは自明である．また，これらミクロな固頂ければ幸いである．

相の存在によってマクロな酸化物融体の物性値も影響を受けこの装置によって，回転撹拌によって過冷却酸化物融体のる．具体的には，固相の存在によって粘性はニュートン粘性結晶化が促進されることを突き止めた(13)．これは，撹拌にから非ニュートン粘性に遷移(10) し，さらには熱伝導においよって結晶化に必要な拡散種の拡散距離が短くなった，またても放射熱伝導が妨げられるため，熱伝導率が低下すること

は凝固熱の抜熱が促進されたことに起因して，過冷却酸化物が知られている(11) ．それゆえに，これまでに過冷却酸化物

融体の結晶化速度が大きくなったと理解している．また，融体の結晶化挙動は様々な手法によって幅広い組成範囲で調CaO SiO2 CaF2 系フラックスを測定対象とした続報(14)(15)

査されてきたが，実際の金属製錬プロセスにおけるフラック

では晶出する結晶の成長形態によって撹拌の影響が大きく異スやスラグは静止状態にはなく，吹き込まれるガスや機械的なることや，さらには撹拌することによって結晶のモフォロ

外力による強い撹拌を受けており，これらの撹拌力が過冷却

ジーが変化することも発見した．さらに測定した電気容量の酸化物融体の結晶化挙動に与える影響を調査した研究は皆無

値から，電極の幾何学的形状と多相流体の誘電率モデルを用であった．

いて，結晶相の割合(固相率)を高温 in situ で定量化するこ

ここで，酸化物融体は重合したイオンの溶融体であるためとに成功した(16)．また，同時期に酸化物融体の電気容量と様々な分極機構を有する結果，非常に誘電率が高い．一方，粘度を同時に測定する装置も開発している(図)(17) ．この

一般的にフラックスやスラグを形成するケイ酸塩の固体結晶装置を用いることによって，電気容量の変化から固相率を高は分極能が低く誘電率が低い．そこで筆者らはこの巨大な誘温 in situ にて推定すると同時に，固相率の上昇にともなう電率差を利用して，過冷却酸化物融体の電気容量を連続的融体の非ニュートン性の流動挙動を評価することが可能となに，かつ回転撹拌を与えながら測定することによって，結晶っている．

化挙動を捉える手法を開発した．具体的には，ルツボ回転法

.

粘度測定装置のルツボとロッドをそのまま電極として用い，酸化物融体の構造と交流パラメータ

ロッドにモーターを接続することによって回転撹拌場における電気容量を測定可能であると考えた．このアイデアを元に

上記 4 章で述べた一連の研究においては，単一の交流周試作した実験装置図を図に示す．基本構造は回転法による波数( 10 kHz )で測定されたインピーダンスと位相角差から粘度測定装置と同様であるが，過冷却酸化物融体に回転撹拌

電 気 容 量 を 算 出 し た ． こ こ で ， 図  に 50 mol  CaO 50を与えるロッドを電極対の一つとしているので，試料融体に

mol  SiO2 フラックスに対して 10 mol のアルカリ金属酸

交流電場をかける際に導線がロッドの回転運動によって巻き化物および CaF2 を添加した融体の1500°
Cにおける電気容量

図3

電気容量測定による回転撹拌場における過冷却
酸化物融体の結晶化挙動評価装置の概略図(最高
測定温度1600°C) .

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Materia Japan

図4

酸化物融体の粘度および結晶化挙動同時評価装
置の外観(最高測定温度1600°
C) .




文

図5

1500 °C における 10 molの添加物を含む 50CaO
50SiO2(mol)系均一融体の電気容量値．

の値を示す．これより，アルカリ金属酸化物の添加によって電気容量が大きくなり，またその順番もアルカリ金属陽イオ
ン半径と一致していることがわかる．さらに， CaF2 を添加した組成においては他の組成に比較して，電気容量の値が非常に大きいことがわかる．著者らはこれらの違いが酸化物融体の構造変化によって生み出されていると推測し，複数の交流周波数(数 Hz～数百 kHz)でインピーダンスと位相角差を測定することによって，実数部と虚数部のインピーダンスからなるナイキストプロットを描いた．さらに，その後の等価回路解析から得られる複数の交流パラメータ(溶液抵抗，電荷移動抵抗，電気二重層容量，等)と， MAS NMR による構造解析の結果と照らし合わせる系統的な調査(18) を継続している．

献( 1 ) A. T. Haouna, K. Nogi and K. Ogino: Mater. Trans., 32(1991),
7476.
( 2 ) T. Hibiya, K. Morohoshi and S. Ozawa: J. Mater. Sci., 45(2010), 19861992.
( 3 ) N. Saito, D. Nakata, K. Fujimoto, S. Sukenaga, T. Ichiki and
K. Nakashima: Proc. 10th Int. Conf. Eur. Ceram. Soc., (2007),
12291235.
( 4 ) N. Saito, D. Nakata, S. Sukenaga and K. Nakashima: Key Eng.
Mater., 287(2007), 6972.
( 5 ) T. Ohsugi, S. Sukenaga, Y. Inatmi, Y. Gonda, N. Saito and K.
Nakashima: ISIJ Int., 53(2013), 185190.
( 6 ) S. Sukenaga, T. Osugi, Y. Inatomi, N. Saito and K. Nakashima:
J. MMIJ., 129(2013), 203207.
( 7 ) N. Saito, H. Ikeda, Y. Yamaoka, A. M. Glaeser and K.
Nakashima: J. Mater. Sci., 47(2012), 84548463.
( 8 ) 林 海龍，齊藤敬高，中島邦彦第 37 回日本熱物性シンポジ
ウム講演論文集，(2016), B125
127.
( 9 ) C. S. Nguyen, K. Ohno, T. Maeda and K. Kunitomo: ISIJ Int.,
56(2016), 13251332.
( 10 ) 齊藤敬高，吉村慎二，春木慎一郎，山岡由宗，助永壮平，中島邦彦鉄と鋼，95(2009), 282288.
(11) S. Takahashi, R. Endo, T. Watanabe, M. Hayashi and M. Susa:
ISIJ Int., 58(2018), 905914.
(12) 齊藤敬高ふぇらむ，21(2016), 129131.
(13) N. Saito, K. Kusada, S. Sukenaga, Y. Ohta and K. Nakashima:
ISIJ Int., 52(2012), 21232129.
(14) Y. Harada, K. Kusada, S. Sukenaga, H. Yamamura, Y.
Ueshima, T. Mizoguchi, N. Saito and K. Nakashima: ISIJ Int.,
54(2014), 20712076.
(15) Y. Harada, S. Sakaguchi, T. Mizoguchi, N. Saito and K.
Nakashima: ISIJ Int., 57(2017), 13121317.
(16) Y. Harada, N. Saito and K. Nakashima: ISIJ Int., 57(2017),
2330.
(17) Y. Harada, H. Yamamura, Y. Ueshima, T. Mizoguchi, N.
Saito, and K. Nakashima: ISIJ Int., 58(2018), 12851292.
(18) Y. Harada, N. Saito and K. Nakashima: ISIJ Int., 59(2019),
421426.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

.

お わ

り

に

今まで著者らの研究グループでは“測りたいものがあった”から，それらをどのようにすれば測れるか創意工夫を重ね色々な装置を具現化してきた．もちろん今でも“測りたいもの”は山のようにあって，どうすれば数字にすることができるか常に思案している．確かに多方面において計測技術や付随す齊藤敬高
2005年 九州大学大学院工学府博士後期課程修了
同年 日本学術振興会特別研究員
2008年 カリフォルニア大学バークレー校客員研究員
現職
2009年 7 月専門分野融体物理化学◎酸化物融体の流動特性を中心に高温融体物性の測定および測定手法の開発を行なっている．特に近年は，固体や気体が介在した多相融体の物性評価に注力している．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

る計算技術が進歩し，優れた商品として様々な計測に関わる装置，機器，アプリケーション等が販売されている．そのため，それらを入手すればある程度の成果は得られる．しかしながら，それでは成果のどこでも横並びの結果しか得られないことが多く，やはり新しいアイデアとそれを具現化する能力を身につけることによって，高温プロセッシング研究における日本の優位性を揺るぎないものとすることができる．こ

齊藤敬高

中島邦彦

のように信じて，これからも自身を鼓舞し続けていきたい．



特

集

焼結の基礎―理論的背景から実際まで―
.

焼結緻密化の速度論
吉･ 焼結過程の三段階

田

英

弘

化した粒子の角の部分や粒内に気孔が残るだけとなり，相対密度は 95 以上になる．閉気孔の収縮・消滅によって緻密1960 年代以降，焼結プロセスにおける緻密化挙動の定量化が完了する．焼結の中期から後期段階では粒界が移動し，的評価や，物理モデルに基づく緻密化速度式の導出が盛んに行われてきた．通常良く用いられる焼結緻密化プロセス―ネック成長，開気孔の形成と縮小，および孤立した気孔の収縮という 3 つのステップ―の概念は，特に粒子状ガラスをモデル材とした粉末成形体の緻密化挙動の解析(1)を通して獲得され，焼結緻密化への理解を深めることに大きく貢献した．
粒子間空隙の幾何学的状況によって決まる緻密化過程の三段
階は，およそ次のように分類されている．



初期段階

粉末成形体を加熱すると，粒子間接触点に物質移動が起こ
り，ネックが形成される(図.(a))．ネック部の成長と共にネック部面積が次第に増加していき，粒子間の空隙部が複数のネックに取り囲まれる．この段階までを焼結初期段階と呼ぶ．相対密度(焼結体密度の理論密度に対する比)は 50 ～

図2.1

焼結過程の( a)初期モデル(二等大球粒子)，(b )中期および(c)後期モデル．中期及び後期モデル
では粒子をケルビン14面体として描いている．

60程度であり，成形体に対する収縮率は 4～ 5程度と小さい．この段階では，粒子間の空隙は成形体の表面から内部までほぼ繋がっており，開気孔(open pore)と呼ばれる．



中期段階

開気孔の体積がしだいに収縮し，相対密度は 90 ～ 95 程
度にまで上昇する．これは模式的には，図2.1(b)に示すように空隙が粒子の稜を通じて全て繋がっている開気孔状態から，多面体となった粒子の頂点部分に気孔が孤立して閉気孔(closed pore)となる状態(図2.1(c))までの段階であり，焼結の中期段階に位置づけられる．



後期段階

開気孔が閉気孔(closed pore)になった段階で(図2.1(c))，
中期段階とは区別して後期段階とされる．すなわち，多面体

図2.2

温度一定での緻密化曲線の模式図．

東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻教授(〒1138656 東京都文京区本郷 731)
Fundamentals of Sintering: ―Theory and Practice ― II. Densification Kinetics; Hidehiro Yoshida(School of Engineering, Departmentof Materials Science, The University of Tokyo, Tokyo)
Keywords: sintering, powder, ceramics, high temperature, diffusion, densification, polycrystal, grain boundary
2018年 8 月23日受理[doi:10.2320/materia.58.677]

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

粒成長が起こる．

り，特に表面拡散と粒界拡散は原料粉末の粒子径が微細になるほど重要になる．蒸発・凝縮は蒸気圧の大きい物質でしば

温度一定での焼結緻密化曲線の模式図を図.に示す．以下，本講義ノートでも焼結過程を初期・中期・後期の三段階に基づいて取り扱う．ただし，これらは物理モデルを構築すしば問題になる．また粘性流動や塑性流動はガラスや高圧下の焼結で観察される．
上記の物質移動メカニズムについては，それぞれ(1)表面るためのかなり単純化された粒子形状であり，現実との解離

拡 散 係 数 ( DS ) ， ( 2 ) 粒 界 幅 d と 粒 界 拡 散 係 数 Dgb と の 積は否めない．近年では， 3 次元 X 線マイクロトモグラフィ(dDgb)，(3)体積拡散係数(Dl)，(4)気相拡散係数(Dgas)またーをはじめとする焼結体内部の微構造観察技術の進歩から，

は蒸気圧差( DP )，( 5 )粘性係数( h )，( 6 )降伏応力ほか転位

粒子の凝集状態や不均一な充填状態についてのミクロスコピの運動によって特徴づけられる．成形体に大きな圧力を加えックな知見を得ることができるようになりつつあり(2)，よりるホットプレスや HIP においては，塑性流動の効果を無視

現実的な幾何学形状に基づく焼結段階の再定義や，これに基できない．だがそれ以外の焼結法では，緻密化には主に拡散づく焼結緻密化の連続体力学モデルの構築なども行われていによる物質輸送が寄与すると考えられる．

る(3)．

･･ 焼結緻密化の駆動力

･ 焼結における物質輸送

焼結緻密化は粒子間のネックの成長により粒子表面が粒界へと変化し，粒成長は粒の合体により粒子表面が減少するプ

以下，固相焼結における物質輸送現象と速度論的解析について概略をまとめる．
･･ 高温で起こり得る物質移動

ロセスであると考えることが出来る．これを模式的に表わしたのが図.である．表面と粒界が係る粉末成形体の自由エ
ネルギー変化 DG は

DG＝gs DAs＋ggb DAgb

(1)

初期焼結において，粒子間のネック形成・成長に関係するである．ここで gs，ggb と DAs，DAgb は表面(s)と粒界(gb)

物質移動を模式的に表わすと図.のようになる．初期焼結

それぞれのエネルギー( g )と面積変化( DA )である．粒子系

でネック成長に寄与する物質移動のメカニズムとしては，次全体の自由エネルギー Gsys は極小値をもち，そこで系は平の 6 つが挙げられる．

衡に向かって変化(焼結)する．平衡状態と現在の自由エネル(1) 表面拡散(surface diffusion)

ギー差，すなわち系の過剰なエネルギー DGsys を持つとき，(2) 粒界拡散(grainboundary diffusion)

これが焼結の駆動力となる．一方，粒成長では系の総表面積(3) 体積拡散(volume diffusion)が持つ過剰エネルギーが駆動力となる．これを速度論的に取(4) 蒸発・凝縮(evaporation and condensation)

り扱うには，物質(原子，イオンまたはそれらの空孔)輸送の(5) 粘性流動(viscous flow)

駆動力を定式化する必要がある．焼結の分野では，以下に述(6) 塑性流動(plastic flow)

べるように，界面が曲率をなすことに起因する固相内圧力，

表面拡散，粒界拡散，体積拡散はそれぞれ粒子の自由表面，

蒸気圧，空孔濃度の差(勾配)が物質輸送の原因であると考え粒子間の粒界(界面)，粒子内を拡散経路とする物質移動である(4)．そしてそれらの差が生じる起源は，表面張力の曲率依存性であるとされる．液体と同様に固体にも表面張力があり，それは表面積を減少する方向に働く．そこで表面張力お

図 2.3



粒子間のネック形成・成長において生じ得る物
質移動．

図 2.4

表面と粒界が係る粉末成形体の自由エネルギー
変化．

講義ノート

よび表面エネルギーが焼結の駆動力としてどのように作用するかを次の節で述べる．

･･ 曲率を持った界面の熱力学
曲率を持った界面によって隔てられた二つの相 a，b から

･ 焼結速度の理論式

なり，平衡状態にある系を考える．全体積 V ，温度 T ，化学ポテンシャル mi が一定であるとし，界面には単位面積あ･･ 表面エネルギーと表面張力たりに表面張力(表面自由エネルギー) g が作用しているとす

針金で作った枠にせっけん水の膜を張る場合を考える(図れば，平衡状態を考えると，界面の極微小な変位による熱力.)．せっけん水の膜を張って静置すると，せっけん水の膜

学ポテンシャルの変化 dF はゼロである．これを記述すると

は面積が最小となるように平面状になる．せっけん水の膜のdF＝ dFa ＋ dFb ＋ dFs

一方から息を吹きかけて穏やかな圧力を加えると，膜が伸び＝－Pa dVa－Pb dVb＋gdAて球面を形成する．息を吹きかけるのを止めると，伸びたせ＝－Pa dVa＋Pb dVa＋gdA＝0(4)

っけん水の膜は再び平面状に戻る．相の表面は相内部と比べ式( 4 )で 2 行目以降は，圧力( Pa ， Pb )一定を仮定した．まて自由エネルギーが高い状態にあるとするのは自然であろた dVa＝－dVb を利用した．上式を整理して，う．単位面積当たりの(内部エネルギーと比べた時の)過剰エ

P a－P b＝g

ネルギーを表面エネルギー g という．平らな表面に対して，

dA
dV a

＝ 2g K

表面が曲面をなすためには，さらに過剰なエネルギーを要す(5)

ることになる．したがって，定温定容の液膜において，微小K は界面の平均曲率である．例えば，曲面を半径 R0 の球面

表面積 dA を増大させるのに必要な可逆的仕事 dW は，表面で近似したとすると，高次の微小量を無視すれば dA/dVa＝張力 s(単位長さ当たりの力)を用いて

2 / R となる．この界面が，直交する二つの曲率半径 r1 と r2

dW ＝ sdA(2)を持つ曲面で表される場合(図.)には，と書ける．このとき表面エネルギーの微小増加 dG は
dG ＝ g dA

1 1
K＝ ＋
r1 r2

(3)

となる．これらを比較すると，液体では表面張力( N / m )と(6)

よって一般的には

表面エネルギー(J/m2)が同じ値を持つことになる．

Pa－Pb＝

通常，界面の自由エネルギーと界面張力は同じ次元の下で(r1 ＋r1 )g
1

(7)

2

数値的に等しいと拡大解釈される．また，固体表面には液体

これは Young Laplace の式として知られる．界面が球面での場合と同様に表面張力が働くと仮定すると，固体表面に曲あれば率が存在すれば表面エネルギーに起因して圧力が生じること

P a－P b＝になる．このことが焼結緻密化を引き起こす物質輸送の駆動力に結び付けられる．

2
g
r

(8)

この式は，任意の曲率に対して g に起因する圧力差を与える．以下で見ていくように，曲率半径の正負(向き)から，凹面に対しては引張り応力，凸面に対しては圧縮応力が働くこ

図2.5(a)針金で作った枠にせっけん水の膜を張って静置すると，せっけん水の膜は面積が最小となる
ように平面状になる．(b)せっけん水の膜の一方から息を吹きかけて穏やかな圧力を加えると，膜が伸びて球面を形成する．息を吹きかけるのを止めると，伸びたせっけん水の膜は再び平面状に戻る．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

図 2.6

曲率を持つ表面．一般的に二つの曲率半径で表
現される．




と になる．式( 8 )は 全ての相に対 して成り立つ ものであり，また2･2･2節で述べたように，界面が曲率をなすことに起因して固相または液相内の圧力，蒸気圧，空孔濃度の差を生じ，原子(空孔)拡散等による物質輸送を起こす(ひいては焼結緻密化の)駆動力となる．曲率を持つ凝縮相気相界面での物質輸送について以下考える．
溶液中に存在する注目する物質の粒子(半径 r)を考え，この物質と溶液との界面張力を gi とする．粒子の内部圧力 Pa
は，十分に粗大な粒子の内部圧力 Pb に対して，上式と同様に
P a－P b＝

2
gi
r

(9)

図2.7

曲率を持つ凝縮相(固相)気相界面の模式図．

図2.8

二つの等大球粒子を繋ぐネック部のモデル．(a)は緻密化していないモデル，(b)は緻密化が進行しているモデル．ネック部の形状および曲率半径を(c)に示す．

圧 力 変化 に対 す るこ の物 質 の化 学 ポテ ンシ ャ ル m の変 化
は，物質のモル容積を Q とすれば，等温下では
d m＝ Q dP

(10)

従って

ma－mb＝Q(Pa－Pb)
＝

2 gi
Q
r

(11)

粒子と平衡する溶液中の物質溶解度をモル分率で Xa とすると，熱力学からRT ln(XX )＝2gr Q
a

i

(12)

b

平衡蒸気圧 P についても同様に，表面張力を s とすれば
RT ln

(PP )＝2srQ
a

(13)

b

となる．
図.に曲率を持つ凝縮相(固相)気相界面の模式図を示す．界面を挟んで固相と気相の局所的な平衡が保たれていれば，式( 13 )に従い，固相における凸部(曲率半径は正)での内圧は凹部(曲率半径は負)より高い．その圧力差に起因して，凸部での蒸気圧は凹部での蒸気圧よりも高い．また，逆に考えれば，固相凸部での原子空孔濃度は凹部よりも低いことになる．界面の曲率に由来する内圧や蒸気圧，空孔濃度の勾配が物質輸送の駆動力と考えられる．図 2.7の場合であれ
ば，白矢印方向に気相内の原子および固相内の原子空孔の移動が起こることになる．
･･ 無加圧焼結における初期～後期焼結の速度式
図.は二つの等大球粒子とそれを繋ぐネック部のモデル加えて，曲率半径の曲面から構成されていることが分かる．

であり，( a )は緻密化していないモデル，( b )は緻密化して粒子表面の圧力 Pa とネック部の圧力 Pr とでの圧力差 DPいるモデルとなる．ただし図中で a は粒子半径，x はネック

は，固体の表面エネルギーを gs とすると，曲率を持つ界面

半径，r はネック部の曲率半径である．すなわち図2.8(a)でで生じる圧力を与える Young Laplace の式(式( 7 )・( 8 ))は，2 つの球状粒子間の距離は変わらず，粒子表面から粒子を利用して次のように書ける．

接触点に向けて物質が移動して(物質輸送の経路は表面拡散や気化・凝縮，体拡散が考えられる)ネック部が成長している．図2.8(b)では粒子内部での物質輸送(経路は粒界拡散，体拡散，粘性・塑性流動)によりネック部が成長すると共に粒子間距離が短くなり，緻密化が進行している．
図2.8(c)に示すように，ネック部には半径 a の球体形状に

DP＝Pa－Pr＝gsgsr(2a＋1r －1x)

( a≫ x ≫ r )(14)

つまり式( 14 )で与えられる圧力がネック部に加わることになる．粒子表面とネック部とでの空孔濃度の差 DCv は，十講義ノート

分に粗大な粒子表面における空孔濃度(平衡空孔濃度) Cv,∞
に対して

DCv＝Cv,∞

後期粒界拡散機構
1－ r ＝

Q′gs
RT r

(15)

12dgbDgbgsQ( t f－ t )
l4kT

(23)

機構としてはこのほかに表面拡散機構や気化・凝縮機構が考と書くことができる．平衡空孔濃度は空孔形成エネルギーおえられるが，これらはいずれもネック成長は進むものの，粉よびエントロピーに依存した自由エネルギーに基づき，Cv,∞

末成形体全体の焼結緻密化には寄与しないとされている．

＝ N exp (－ e/ RT )と記述される(ただし N は格子点の数， eは空孔形成エネルギー)(5)．式(14)に示すように，ネック部の曲率に起因してネック部に圧縮応力が加わるため，空孔形

上記の焼結速度式から導かれる，焼結速度を決定する因子とその依存性は次のようになる．

成エネルギーは Q ′gs / r だけ減少することになり，高次の微(a) 粒径が小さいと焼結緻密化速度は速い．

小量を無視すれば式(15)が得られる．蒸気圧の差 Dp は，十(b) 時間のべき乗に比例して緻密化がすすむ．

分に粗大な粒子表面での蒸気圧 p∞ に対して

(c) 表面張力が高いほど緻密化速度は速い．

D p ＝p ∞

Q gs
RT r

(16)

(d) 拡散係数が大きいほど緻密化速度は速い．
上記速度式で得られる知見は，焼結の議論の基本になって

ただし Q ′
は原子空孔のモル体積， Q は固体内の原子のモル

おり，種々の物理量の計測に用いられることもある．また焼体積である．

結を促進し高密度多結晶体を製造するための指針を与えておFick の第一法則に従って濃度勾配により物質が移動し，物質移動量とモデルの幾何学的条件から焼結による収縮率もり，例えば緻密化の促進のためには粒子径が細かいこと，拡散係数が大きいこと等が望ましいと言える．

しくは気孔率の時間変化が与えられる．前提となる諸条件の違いでさまざまな速度式が提案されているが，各物質移動

･ 加圧焼結における速度式(拡散)経路に対応する収縮率ないし気孔率の速度式はおよそ
ホットプレスや HIP などの加圧焼結においても，上述の次のように与えられている．



初期焼結

粒界拡散および粒内拡散支配の緻密化メカニズムが無加圧焼

収縮率 Dl/l は粒子半径 a と時間 t の関数で表される．
体拡散機構(6)結と同様に緻密化に寄与するが，加圧力は拡散の駆動力を増加させると考えられる．また加圧力が大きい場合には，拡散

2/ 5( ) a1 tDl
D l gs Q
＝ Kl
kT
l

2/5

(17)

6/5

粒界拡散機構(7)機構に加えて，塑性変形(plastic deformation)とクリープ変形(creep)の寄与を考慮する必要がある．
圧縮応力下での焼結緻密化の駆動力は，その圧力と粒子間(DldgbDgbgsQ
＝Kgb
kT
l

1/ 3

) a t
1

1/3

4/3

(18)

粘性流動機構(8)の接触面積に依存する．ホットプレスの初期段階において，球形粒子が単純立方構造で充填している場合，接触面での有(12)．
効圧縮応力 P
1 はおよそ次のように記述される

Dl
gs 1
＝ Kv
t
h a
l

(19)

P
1

4a 2
gs
Pappl.＋
px2
r

(24)

ここで Dl は体拡散係数， dgbDgb は粒界幅と粒界拡散係数のここで a は粒子半径， x はネック半径， r はネック表面の曲

積，gs は固体の表面張力，Q は固体内の原子体積，Kl，Kgb，率半径， Pappl. は印加圧力である．一方，焼結最終段階でKv は係数，a は粒子半径，h は粘性係数である．

(12)，気孔が均一に分布している前提
は，有効圧縮応力 P
2は

中期・後期焼結(9)(11)で次のように近似できる．

焼結中の成形体の相対密度を r とすると，気孔率 P は 1－r で与えられる．中期・後期の焼結挙動を，気孔率と図 2.1

P
2

Pappl. 2gs
＋
r
r

(25)

(b)における稜線の長さ l，時間 t との関係で表わすと以下の

ここで r は焼結体の相対密度である．つまり，ホットプレ

ようになる．ただしtfは気孔が消滅する時間である．

スの焼結初期および最終段階のいずれにおいても，外部から中期粒界拡散機構
1 － r＝

圧力を印加することで本来の原子拡散移動の駆動力(式(16)2/ 3(2d l DkTg Q) (t －t)
gb gb s
4

f

2/ 3

(20)

中期体拡散機構

らの圧力は緻密化の加速に寄与することが分かる．
有効圧縮応力に関する同様の考察は HIP の場合にも適用

1 －r＝

10DlgsQ(t f － t )
l3kT

(21)

後期体拡散機構
1 － r＝に相当)が増加することを意味しており，これにより外部かされる．上述のように，球形の気孔には表面エネルギーに起因する圧縮応力が働き，気孔内部のガス圧と拮抗している．
例えば直径 0.1 mm の気孔においては，圧縮応力は 40 kPa( )6 p D l gs Q
( t f－ t )2 l3kT

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan(22)(表面エネルギー g ＝ 1 J / m とした)となる．これに対して
HIP では，例えば 100 MPa のガス圧の下で焼結を行う．こ

のガス圧は気孔の内部応力よりも遥かに大きい(気孔直径40ようになっている(16)．そこで焼結の進行に伴う表面及び粒nm に 相 当 ) た め ， 気 孔 消 滅 に 大 き く 貢 献 す る(13) ． Arzt

界エネルギーの総和の減少を駆動力とした物質移動速度に基ら(14)は粒子がランダム充填していると仮定し，粉末成形体

づき，緻密化速度式が導出された研究についてここで紹介すの初期相対密度 r0，外部からの静水圧 Pappl. としたとき，焼る(17)(19)．

結初期段階(r0＜r＜0.9)における隣接粒子間の接触部の有効

粒径の異なる二つの粒子 1，2 が粒界で接するモデルを考圧力 Peff と，後期段階( 0.9＜ r＜ 1)における気孔の有効内圧

える．焼結は図.(a)のように，粒子体積は一定で表面が粒P ieff をそれぞれ次のように得た．

界に変化して粒界が拡張するプロセスであり，粒子 1 と 2

Pappl.(1－r0)
r2 ( r－ r0 )(26)

Pappl.(1－rC)r( 1 － r ) rC

(27)

P eff＝
P ieff＝の中心間隔が狭まり緻密化が進行する．ただし従来理論のよ
うにネック部の形成，すなわち図2.8(c)に示したような曲率を起因とする物質輸送の駆動力の生成は仮定しない．一方，粒成長は図2.9(b)のように粒界は一定で物質が小粒子から大ただし rC は気孔が閉気孔となった時点での相対密度であ粒子に移動して表面積が減少するプロセスである．両者は同る．これらをもとに各焼結機構における緻密化速度が算出さ時に起こり得るプロセスであり，もし前者が優先すれば緻密れるが，例えばセラミックスの焼結における主要な緻密化過化がすすみ，後者が優先すると粒子は粗大化するものの緻密程である(粒界からの)拡散機構による，焼結初期および後期化はさほど進まずに多孔質体が形成される．
こうして得られる焼結と粒成長の速度式はかなり複雑であ過程での緻密化速度は次のように求められる．
43(1－r0)2(dgbDgb＋rDl)
r· ＝
QPappl.
(r－r0)2kTa3(28)

54Qa(dgbDgb＋rDl)
r· ＝
5 1－rPappl.
kTa3

(29)

ここで粒界の厚さ dgb，Dgb および Dl は粒界および体拡散係

り，式の詳細は既報(19) に譲るが，ここで重要なパラメータとして表面エネルギー gs と粒界エネルギー ggb の比 a＝ ggb/

gs が導入される．定性的には，表面エネルギーと粒界エネ
ルギーの相対値が緻密化と粒成長のそれぞれの優位さを決める因子となる．すなわち，粒界エネルギーが表面エネルギー数，r および a はポアおよび結晶粒半径である．第 1 回の講に比して十分低ければ，図2.9(a)のプロセスが進む駆動力と義ノートに述べたように， HIP は焼結体内の残留空隙を極なるが，粒界エネルギーの値が表面エネルギーに近い場合，限まで除去することが可能であり，透明セラミックス多結晶

表面から粒界に転じても自由エネルギーの利得は少なく，図

体や高強度多結晶体の製造に極めて有効であるが，そのメカ

2.9(b)のプロセスが優勢になるはずである．自由エネルギー

ニズムは上述のように物質輸送の駆動力への加圧力の寄与と理論の速度式に基づき，二粒子の焼結挙動の a 依存性を模理解されている．

式的に示したのが図.である(18) ．図 2.10 では，半径比が1 : 2 の二粒子について，温度 T における粒子径とネック部

･ 自由エネルギーからのアプローチ

サイズの変化を規格化された焼結時間に対して模式的に表わしている．基本的には表面エネルギーを減少させるべく，大ここまで見てきた焼結初期の速度式においては，ネックやきい粒子がより大きく(粒成長)，小さい粒子がより小さくな

空隙部の幾何学的形状と空孔濃度分布との関係性から拡散速る．が，粒界エネルギーが表面エネルギーと比べて低い( a度と結びつけられていた．実際，上述の速度式に基づいて焼が低い)ときには粒成長は顕著ではなく，粒界が拡大しなが結緻密化に関する膨大な実験結果が上手く説明されてきておら粒子間距離は縮まっていく．逆に a が 1 に近いと，粒界り，また焼結性向上のための指針として機能してきた．例えば難焼結性材料の焼結性を向上させるためには，粒子径をより微細にするか，十分な拡散を得るべく焼結温度を上げる
か，雰囲気ガス圧の加圧により緻密化に寄与しない気化・凝縮機構を抑制するなどの手段が有効である．
一方で，冒頭に述べたように，焼結の熱力学的な駆動力は本来，全界面エネルギーの減少であり，緻密化と粒成長は表面の減少と界面(粒界)の増加を伴う．しかしながら従来の速度論的解析では，表面エネルギーのみが緻密化と関わっており，粒界エネルギーは考慮されていなかった．また，セラミック微結晶の焼結初期段階において，粒子間ネック部およびその近傍は特定の結晶格子面から形成され，ガラスや金属粒子の焼結モデルで前提となっていたネック形状(自由表面との曲率の違いで記述される)が必ずしも実現していないこと
が以前から指摘されている(15)．こうしたことから，セラミックスの焼結における粒界エネルギーの重要性が指摘される



図 2.9

二粒子系における( a)焼結緻密化と(b )粒成長のモデル(17)．焼結では粒子の体積が一定で粒界が拡大し，粒成長では粒界面積が一定で大きい粒子が粗大化する．

講義ノート

粒界または界面エネルギーが焼結緻密化の駆動力を決める
一要因であることは間違いないであろう．現況，焼結の解析は専ら従来の速度論に依って行われているが，粒界・界面エネルギーに基づく焼結の議論は新たな知見をもたらすと期待される．もっとも，粒界エネルギーもまたマクロスコピックな概念であり，一方で，原料粉末だけでなく焼結途上の粉末
成形体の微構造観察や局所領域分析が飛躍的に進んでいる．
今後，セラミックス焼結緻密化プロセスの基礎的理解を推し進めるためには，粒界エネルギーの概念も，粒界・界面の原子間化学結合状態や化学的反応性に基づく第一原理的パラメ
図 2.10異なる gs・ ggb 比(a ＝ ggb /gs)の条件下で，粒界で接した二粒子の焼結および粒成長挙動を時間経過に対して模式的に示す(17) ． a が小さいと焼結速度(粒界面積の拡大)はより速く，粒成長(小さい粒子の収縮)はより遅くなる．

は拡大せず粒成長が進行する．粒界エネルギーが大きいと表面エネルギーの消費が優先して粒成長が顕著となり，緻密化
は必ずしも進まないことを示している．
自由エネルギー変化に基づいて得られた焼結速度式から，緻密化の支配因子と依存性はおよそ次のように導かれる(19)．
(a) 粒径が小さいと焼結が早い．
( b ) 粒子形状が時間で変化するため，緻密化速度は単純なべき乗で表せない．
(c) 緻密化速度は表面エネルギーと共に粒界エネルギーにも依存し，表面エネルギーと比べて粒界エネルギーが低いほど(a が小さいほど)緻密化速度は早い．
(d) 粒界エネルギーが大きいと(a が大きいと)，粒成長は起こっても緻密化が殆ど進まないことも起こり得る．
2･3･3節で述べた従来論では，原料粉末が微細化すれば必ず焼結するはずであり，緻密化に対する熱力学的障壁は考えられていない．SiC や Si3N4 のような共有結合性セラミック
スがいわゆる難焼結性材料であり，焼結助剤なしには高温でもなかなか緻密化が進行しない理由を考えると，従来論に従ータに置き換えられるべきであろう．

文( 1 ) H.E. Exner and G. Petzow: Sintering and catalysis, NY, Plenum Press, (1975), 279293.
( 2 ) D. Bernard, D. Gendron, J.M. Heintz, S. Bordere and J. Etourneau: Acta Mater., 53(2005), 121128.
( 3 ) G. Okuma, D. Kadowaki, T. Hondo, A. Sato, S. Tanaka and F.
Wakai: J. Am. Ceram. Soc., 100(2017), 867875.
( 4 ) S.J. L. Kang: Sintering, Elsevier, MA 2005, 1418.
( 5 ) 美浦康宏まてりあ，45(2006), 283288.
( 6 ) W. D. Kingery and M. Berg: J. Appl. Phys., 26(1955), 1205
1212.
( 7 ) R. L. Coble: J. Am. Ceram. Soc., 41(1958), 55
62.
( 8 ) J. Frenkel: J. Phys., IX(1945), 385391.
( 9 ) R. L. Coble: J. Appl. Phys., 32(1961), 787792.
(10) S.
J. L. Kang and Y.I. Jung: Acta Mater., 52(2004), 4573
4578.
(11) M. N. Rahaman: Ceramic Processing and Sintering, second
edition, Taylor & Francis, Boca Raton (2003), 470539.
(12) R. L. Coble: J. Appl. Phys., 41(1970), 47984807.
(13) H. V. Atkinson and S. Davies: Metall. Mater. Trans., 31A(2000), 29813000.
(14) E. Arzt, M. F. Ashby and K. E. Easterling: Metall. Trans. A,
14(1983), 211221.
(15) J. E. Bonevich and L. D. Marks: J. Mater. Res., 7(1992),
14891500.
(16) R.H.R. Castro and D. Gouvea: J. Am. Ceram. Soc., 99(2016),
11051121.
(17) 猪俣吉三窯業協会誌，90(1982), 527
531.
(18) H. Tanaka: J. Ceram. Soc. Japan, 110(2002), 877883.
(19) 田中英彦まてりあ，48(2009), 404411.

えば，原料粉末の粒子径が大きすぎるか，十分な拡散の流束★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

を得るのに温度が低すぎるか，もしくは緻密化に寄与しない
表面拡散機構または気化・凝縮機構が拡散機構に優先してしまっている可能性があると考えられる．これに対して自由エ
ネルギー理論に基づけば，粒界エネルギーが高いと焼結の熱力学的障壁になり得ると考えられる．共有結合性のセラミックスにおいては，焼結助剤は粒界エネルギーを低減する役割を持つものと考えられる(18)(19)．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

献

吉田英弘

1997年 東京大学大学院工学系研究科修士課程修了
2001年 博士号取得(論文博士(工学)，東京大学)
1999 年～ 2004 年 東京大学大学院新領域創成科学研
究科・助手
2004年～2019年 物質・材料研究機構・研究員
2019年～現職
専門分野セラミック材料学◎構造・機能セラミックスの微細組織制御と特性向上に関する研究に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★




本
会

告

会

記

事

2020年春期講演大会講演募集 …………………………………684
2020年春期講演大会公募シンポジウムテーマ要旨 …………692
2020年春期講演大会参加申込みについて ……………………695
機関誌掲載記事・論文の引用(転載)許可の改訂について …696
日本金属学会フェロー推薦募集 ………………………………697
2020年春期講演大会の外国人特別講演および招待講演募集…………………………………………………………………697
2020年度会費お払い込みのお願い ……………………………697
会誌編集委員会からのお知らせ ………………………………698
2019年秋期講演大会記録 ………………………………………702

支部行事 …………………………698 会誌・欧文誌11号目次 …………705
掲示板 ……………………………698 次号予告 …………………………706
新入会員 …………………………704 行事カレンダー …………………707
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告(ホームページもご参照下さい)年春期(第回)講演大会講演募集◎2020年春期講演大会を下記の通り開催いたします．

年月日(火)～月日(木)会 期
会 場東京工業大学大岡山キャンパス(〒1528552 東京都目黒区大岡山 2121)＊下記の点にご注意およびご理解頂き，お申込下さいますようお願い申し上げます．

◯

◯

◯

◯

◯

◯

｢一般講演」に限り，2 件申込することができるようになりました．
概要原稿のフォーマットを更新しました．PDF 変換後，アップロード下さい．
公開後，講演概要は WEB からのダウンロードとなります．
(WEB 公開後，参加申込者のみにダウンロード用パスワード発行します．）
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非会員の方でも大会参加費と登壇費を前納すれば，講演申込ができます(詳細は「申込要領」の「講演資格」参照．）．
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19,000円

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10,000円

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.

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

同一のセッション名で申込みすること．



申込備考欄に連続希望する講演の順番，発表者名，タイトル，(可能なら受理番号)を記入する．



申込締切前の希望であること．(備考欄に記入であること．）




.

原則，同一研究室内で件以上の連続講演は認めない．
講演日の希望申込時に備考欄に記入のこと．ただし，セッションの日程上，希望に添えないこともある．申込締切後の希望は受付けない．
.

講演発表の際の注意事項


プロジェクターは全会場に設置する．ただし，パソコンは講演者で用意し，操作する．



プロジェクター接続ケーブルは RGB のみ用意あり，それ以外の接続コードは発表者で用意する．




.

講演時間は厳守する．
プログラム

プログラムは月日頃ホームページに掲載予定です(会報付録は 3 月 1 日発行号)．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japanポスターセッションについて.

展示方法ポスター 1 発表につきパネル 1 枚を準備します．ポスターボードのサイズなどは 2 月にホームページに掲載の「ポスター作

.

優秀ポスター賞エントリー制です．エントリーした発表を審査員が採点して優秀ポスターを選出し，「優秀ポスター賞」を贈呈する．

成要領」参照して下さい．

エントリーの要件
 発表時点で，30歳以下の学生および若手研究者．(年齢はポスター発表時点で，30歳以下の者)◯
 過去のこの賞の受賞の有無は問わない．
◯
 発表者が病欠等の場合，申し出があれば代理発表は可能．
選考対象外のポスター◯.

 ポスターのみの掲示も可能だがその旨を事前に事務局へ連絡する．
◯

上記の場合，優秀ポスター賞のエントリーから外れる．

鉄鋼協会との共同セッションについて
本会と日本鉄鋼協会では下記の共同セッションを実施している．
 「チタン・チタン合金」(2020年春の会場は金属学会会場)◯
 「超微細粒組織制御の基礎」(◯
 「高温溶融体の物理化学的性質」(◯〃

鉄鋼協会会場)〃

鉄鋼協会会場)

発表に際しての注意 相互聴講参加申込による講演発表は不可．
プログラムは両会のプログラムに掲載．

講演概要原稿作成方法と公開について
題目・著者・本文の完成版 PDF でのアップロードとなります．
(大会受付システムトップページ(WEB 画面)のテンプレートの最新版をご利用下さい．）
講演申込と講演概要原稿は同時提出する．(※同時に行わない場合
は，講演申込として受理されない)
言語日本語または英語．
）
原稿分量A4 判縦 1 頁(テンプレートをご利用下さい．
講演概要公開日年月日(火)※提出された概要原稿分量が規定サイズより大小する場合は，上記サイズに縮小または拡大して掲載いたします．



PDF 形式の原稿で提出(WEB 申込では画面上でテンプレー
トを利用し作成下さい)．ファイルを PDF 形式へ変換する



発表者氏名の前に必ず○印を付ける( WEB 申込では画面上

原稿修正原則，提出期限を過ぎた原稿修正・差替は出来な

アップロードの際，文字，図表等の品質を確認する．



原稿のサイズA4 縦頁(右記参照)

際は，フォント埋め込み作業を必ず行って下さい．
で講演者をチェックする)．
い．

【留意点】本留意点は，作成の際は削除下さい．
タイトル，著者名は Web 入力の登録データと同一のものを入力して下さい．
タイトル，著者名，所属は可能な限り日本語・英語併記が望ましい．
ポイントサイズは自由ですが，タイトル，著者，所属，本文，図面を A4 縦サイズ 1 枚に収めて下さい．
本文フォントは明朝と Times Roman を推奨します．
図面のカラー作成可能です．
最終的には PDF ファイルに変換しアップロードして下さい．
アップロードされたまま公開されますので， PDF 作成の際はご注意下さい．



本 会 記 事インターネットによる講演申込・概要原稿提出手順入力された情報および登録された概要原稿は，プログラムにそのまま反映されますので，お間違えのないようにご登録下さい．

インターネット申込者は，講演者本人に限る． ID (会員番号)，パスワードを使用して，金属学会「大会受付システムトップページ(https://www.jim.or.jp/convention/2020spring/)から申込みする．なお，申込締切日の 3 日前から申込みが集中殺到し，回線が混雑する
ので，早目に申込み下さい．
春期講演大会受付システムトップページ → ID 認証画面※1 → 講演申込 → 内容確認・修正 → 登録 → メール通知(申込受理通知)※1本会会員の ID(会員番号)，パスワード《講演内容の確認・修正》
概要提出日までに WEB 画面の内容確認・修正で変更した場合，講演大会プログラムに反映される．
春期講演大会受付システムトップページ → 講演大会 MyPage → ID 認証画面※2 → 内容確認・修正 → 登録 → メール通知(修正受理通知)※2申込受理通知に記載された，春期講演大会用の参加登録番号，パスワード
講演の分類
セッションキーワード(一般，ポスターのみ)

セッション名はまてりあ第 58 巻第 11 号 688 頁の講演セッションキーワード一覧から第希望(必須)および第希望(必須)のセッションキーワードを選択する．
セッションキーワードへの申込数および内容を参考に最終的に組入れるセッションを確定する．

シンポジウム講演

まてりあ第58巻第11号692頁のテーマ要旨を参照の上，応募するシンポジウム番号を選択する．

キーワードキーワードを 1 語以上入力する．(最大10語入力可．）
特に対象とする材料，物質，合金名をキーワードの中に含める．

申込研究者数所属機関数
申込研究者一覧

共同研究者人数最大15名まで，所属機関数10施設まで
インターネット申込は，「申込者」が「講演者」となるようにチェックする．
共同研究者は非会員でも可．

ローマ字氏名所属機関略称

名姓の順で，フルネームで記入する．
慣用の略称で記入する．研究場所と現勤務先が異なる場合は両方記入する．
［例東北大工(現日立中研)］
大学院生と学生の区別それぞれ(院生)，(学生)と所属の後に表示する．
［例東北大工(学生)

東北大工(院生)］

講演題目

和文題目は150バイト(全角75文字)まで，外国人講演の英文題目は200バイトまで．
概要原稿の題目と同一のもの．

要旨

プログラム編成の参考となる内容を記入する．
要旨欄に入力できるのは100文字(全角)まで．

概要原稿

全講演 A版頁．PDF(雛形あり)で作成し，アップロードする概要原稿の内容と申込欄に入力した題目・著者名が同じになるようにすること．ファイルを PDF 形式へ変換する際は，フォント埋め込み作業を必ず行って下さい．
内容変更の場合は概要原稿の修正版を期日内に再提出する．

その他・備考欄連続講演を希望する場合(条件有り)は，連続を希望する講演の順番，発表者名，タイトル，(可能なら受理番号)を記入し，同一のセッションキーワード名で申込みをする．申込締切後の希望は受付けない．
その他の連絡事項など．

会員番号

講演者は必ず会員番号(ID)を記入する．
共著者はわかる範囲で可．

著作権同意できない場合は申込出来ない．

プログラム公開

同意できない場合は申込出来ない．

講演概要の WEB
公開

講演概要の WEB 公開に同意できない場合は申込出来ない．
公開は開催日 2 週間前に参加申込者のみに公開．公開日より 1 年後はオープンアクセスの予定．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan






本 会 記 事ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan






本 会 記 事

講演概要の WEB 公開
事前予約をされ，参加費を納入された方へは，概要公開日に概要ダウンロード用パスワードをメールにて配布いたします．当日申込の方へは，申込の際に概要ダウンロード用パスワードをお渡しいたします．特許関係のお手続きは，公開日までにお済ませ下さい．

講演大会概要の投稿要領
講演大会概要への投稿を公正かつ適切に行うため，投稿要件に従って講演概要を作成願います．
(投稿の要件)

未発表でかつオリジナリティがあること．



金属とその関連材料の学術および科学技術の発展に寄与するものであること．



作成方法に基づいて作成された原稿であること．



著作権をこの法人に帰属することに同意すること．



ミスコンダクトをしないことおよびミスコンダクトをした場合は，この法人の定めるところにより処分または措置を受けることに同意
すること．




宣伝や商用目的とする内容でないこと．

講演大会概要の査読
講演大会概要に投稿された全ての概要は，査読基準に基づき，その分野の専門家が査読する．査読者は次の項目を考慮し，採否を判定す
る．査読結果が「掲載不適当」に該当する場合は，理由を示して著者に返却する．
(査読の基準)

講演大会概要の投稿の要件に準拠していること．



内容が正確で，記述に問題がないこと．



題目が妥当であること．



研究不正行為及び不適切行為をしていないこと．

誹謗中傷に類する内容を含まないこと．

会誌年春期大会講演精選論文原稿募集
欧文誌 Selected Papers from JIM Spring Meeting()原稿募集

日本金属学会・日本鉄鋼協会講演大会の相互聴講のお知らせ
本会と日本鉄鋼協会との相互聴講を実施しています．

◎日本金属学会誌「 2020年春期大会講演精選論文」 84 巻 10 号およ

申込方法当日受付

び11号(2020年)に掲載◎Materials Transactions「Selected Papers from JIM Spring Meet-

済ませた後，鉄鋼協会受付で相互聴講の申込をする．

ing(2020)」61巻10号および11号(2020年)に掲載◎原 稿 締 切 2020年 5 月13日(水)従来の参加受付を済ませた後，金属学会受付で相互聴講の申し込み◎予備登録，投稿および審査方法は，一般投稿論文に準ずる(ホーをして下さい．

ムページの会誌・欧文誌投稿の手引き・執筆要領参照)．
◎欧文誌掲載論文は投稿掲載費用を必ず負担する．(会誌掲載論文

鉄鋼協会の講演を聴講する場合は，金属学会で従来の参加受付を鉄鋼協会で発表し，金属学会で聴講のみされる場合，鉄鋼協会で(註)金属学会で講演発表(共同セッション含む)する場合は，金属学会の正規大会参加申込が必要です．

は投稿掲載費用無料です)
発表は(鉄鋼)でかつ(金属の聴講)のみの場合↓
参加登録は(鉄鋼)でする．
相互聴講手続きは(金属)でする．
発表は(金属)でかつ(鉄鋼の聴講)のみの場合↓
参加登録は(金属)でする．
相互聴講手続きは(鉄鋼)でする．
聴講のみ

3,000円聴講と概要(アクセス権)

6,000円

☆すべての講演申込がインターネット申込となりますので，ご協力をお願い申し上げます．ご不明な点はお問合せ下さい．
連絡先TEL 0222233685 FAX 0222236312
Email: annualm＠jim.or.jp(公社)日本金属学会 講演大会係

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan年春期講演大会公募シンポジウムテーマ要旨
春期講演大会(東京工業大学)におけるテーマ公募によるシンポジウム講演は，下記 7 テーマで実施することになりました．講演申込要領は前記のとおりです．多数の有益な講演と活発な討論を期待いたします．

S1

ハイエントロピー合金の材料科学

Materials

Science and Technology in HighEntropy Alloys III

S3

ナノ・マイクロスペーステイラリングTailoring of Nano/MicroSpace for Advanced Functions III

近年，国内においても科研費・新学術領域研究が立ち上がり，ハ高エネルギービーム照射などで生じる非平衡状態や積層プリンテ

イエントロピー合金に関する研究が世界的に活況を呈している．ハ

ィング技術などを駆使し，ナノ～マイクロオーダーで空間制御した

イエントロピー合金では，配置のエントロピーが固溶体相を安定化

材料の創成・特性評価を進めてきた．これまでの 2 回のシンポでするとの考えを基に，不均一に歪んだ結晶格子に由来した高い変形

は，エネルギービーム照射による複雑形状ナノ構造体の形成や電気強度，トラップ効果に由来した遅い原子拡散から生じる高いクリー

化学的手法による結晶内ナノスペース/層間への原子挿入制御など

プ特性，多様な構成原子間の非線形相互作用に起因する物性発現ににより，新規な組織・機能制御について議論してきた．直前の関するカクテル効果など，材料科学の基礎・応用の両面で興味深い現象が期待されている．現実に優れた高温強度，低温靭性，高耐摩2019 年秋の一般講演申込数 13 件は本シンポに対する関心の高さを物語っている．今回のシンポでは，新規で独創的なセラミックス系

耗性を示す一連の合金が見出されているが，その物性発現機構など

コーティングの低温作製手法，またデータ科学に立脚した新規熱電には未だ不明な点も多い．本シンポジウムでは，第 1 回，第 2 回

変換材料の探索に関する基調講演から空間組織・物性制御についての盛会を受け，ハイエントロピー合金の基礎及び応用に関する実見聞を広げる．種々の材料におけるナノ・マイクロ構造体形成・特験・理論計算からの研究に関する講演を広く募り，大学，企業，研性・機能制御について引き続き情報交換し，これまでの議論を深化

究所の研究者の活発な議論の場を提供するとともに，これら研究者させることで，ナノ・マイクロスペーステイラリング技術やその機の有機的連携を促進しつつ，上記のハイエントロピー合金に関する能制御に関して更なる発展が期待できる．

科学的な疑問を解明すべく，第 3 回の公募シンポジウムを企画す

テーマ責任者(シンポジウム chair)

る．

筑波大学数理物質系物質工学域准教授 谷本久典

テーマ責任者(シンポジウム chair)
九州大学工学研究院材料工学部門教授 田中將己Email: tanaka.masaki.760＠m.kyushuu.ac.jp(シンポジウム cochairs)
金沢大 下川智嗣 東北大 井上耕治

Email: tanimoto＠ims.tsukuba.ac.jp(シンポジウム co
chairs)
東北大 森戸春彦 中村貴宏 大阪府立大 堀史説

東北大 田中俊一郎

原子力研究開発機構 都留智仁

S4 金属表面の材料化学―めっき・耐食性・耐酸化性・触媒研究の新展開― Materials Science in
S2 ワイドギャップ結晶の材料学と高温プロセッ
シ ン グ 2 Materials Science and high temperatureprocessing of widegap materials 2

Surface Chemistry on Metals
金属表面と溶液や気体などとの化学反応は，めっき，化成処理，腐食，高温酸化，触媒などの分野で重要な研究対象となっている．

ワイドギャップ結晶は，その大きなバンドギャップに由来する材

また，表面化学反応を積極的に利用したナノポーラス材料などの開料学的特徴を活かし，省エネ・環境負荷低減に寄与するパワーデバ

発も活発化している．しかし，金属と溶液・気体との化学反応の本

イスや短波長光デバイスへの研究開発が進められ，特に SiC デバ

質にせまるためには，その場解析が不可欠であるが空間・時間分解

イスは本格的な量産が間近となってきている．今後の各デバイスの能や分析精度などには制約がある．しかも，不均一反応であるため加速的な応用展開には，高品質結晶の育成技術の確立とデバイス化

理論的な取り扱いも発展途上にある．反応起点や律速段階の学理の技術のさらなる効率化を行う必要がある．そこで本シンポジウムで深化には課題が多く，関連分野の研究者および企業での開発者が一は，SiC や窒化物材料，酸化物材料等ワイドギャップ結晶のデバイ

同に会して問題点を抽出・議論することが必要な時期にきている．

スに真に求められる材料特性と現状の課題を把握するとともに，高本シンポジウムでは金属表面の化学に関して，主にめっき・触媒・温の結晶育成技術と高温融体を利用したプロセスについて議論を行

耐食性・耐酸化性の分野から講演を募り，研究者間での意見・情報

い，金属材料学や冶金学の観点からのワイドギャップ・デバイスへ

交換，討論を行う．

のアプローチを検討することを目的とする．

テーマ責任者(シンポジウム chair)

テーマ責任者(シンポジウム chair)
東京大学生産技術研究所准教授 吉川東北大学教授 武藤健Email: tyoshi＠iis.utokyo.ac.jp(シンポジウム cochairs)
東北大 福山博之

名大 宇治原徹

泉Email: mutoi＠material.tohoku.ac.jp(シンポジウム co
chairs)
兵庫県立大 八重真治

信越化学工業 美濃輪武久

阪大 土谷博昭

北大 林

東北大 竹田重成

東北大 亀岡聡

修

本 会 記 事

S5 永久磁石開発の元素戦略 7―次世代新材料に向けた基礎・基盤研究― Element strategy for high performance permanent magnets 7 ―Fundamental and basic
research toward nextgeneration novel materials―

S7

プラストンの材料科学

Materials Science on Plaston VII「転位論」は材料科学・工学における重要な学問基盤であり，金属系結晶材料の変形は転位(dislocation)の運動により議論される．

永久磁石は，自動車の電動化に加え，風力発電機，小型ロボッ

一方近年，転位の概念だけでは必ずしも理解しきれない変形現象がト，電動航空機など，中長期的な応用の多様化と使用量の増加によ

顕在化しつつある．例えば，ナノ結晶材料においては複数の結晶粒

り，重要性がますます高まっている．材料性能，資源リスク，価格の協調的なせん断や回転が生じている可能性がある．また，原子の等の多面的な要求に応じて， NdFeB 焼結磁石を筆頭に，様々なシャフリングを必要とする六方晶，あるいは複雑な規則相における磁石材料の開発・性能向上が望まれる．一方，材料開発の観点から双晶変形の原子的メカニズムや，せん断帯，粒界すべり，アモルフ

見ると，近年，プロセス，計測，計算の各種の先端的な研究手段が

ァス・金属ガラスの変形，マルテンサイト変態もこの範疇に入る．

整備され，永久磁石研究が深化している．このような背景のもと，

我々は，転位や回位( disclination )を内包し結晶性材料の変形現象を包括的に理解する上位概念として，変形子(プラストン

本シンポジウムでは，希土類系(NdFe
B, SmFeN, 112系等)，て，材料開発の最新の成果や，材料組織形成，保磁力発現機構の解plaston)を提案し，それに基づいて材料の変形と破壊を基礎的に理解しようとしている．本公募シンポジウムは，過去 6 回の公募シ

明，熱力学解析・データ蓄積などの基礎・基盤研究を含め，広範なンポジウムに引き続き，材料の変形と破壊に関する理解の進展を議

磁石研究の発表と活発な討論を期待する．

論することを目的としている．

テーマ責任者

テーマ責任者

非希土類系(ハードフェライト等)を含む広い磁石材料を対象とし(シンポジウム chair)

(シンポジウム chair)

産業技術総合研究所研究チーム長 三宅隆Email: tmiyake＠aist.go.jp(シンポジウム cochairs)
日立金属 西内武司

TDK 榎戸

京都大学教授 伸泰Email: nobuhirotsuji＠mtl.kyotou.ac.jp(シンポジウム co
chairs)
靖

東北大 松浦昌志

物材機構 佐々木泰祐

京大

田中

功

阪大 尾方成信乾晴行

九大 津o兼彰

東大 幾原雄一

京大名誉教授 落合庄治郎

S6 第 9 分野 エネルギー関連材料の特性評価・解析・予測()―最先端技術への期待― Evaluation, analysis, and prediction of energy related materials
performance (the 9th subcommittee), (I)―Expectation ofadvanced technologies―
第 9 分野エネルギー関連材料では，水素エネルギー，電池，原子力，熱電のそれぞれの分野における最先端の材料開発と創製を牽引する活動を行っている．本シンポジウムでは第一弾として，これらの材料に求められる物性あるいは性能を俯瞰的に捉えるため，産業界における視点を取り込むと共に，最先端の計測技術とシミュレーションに焦点をあてながら材料開発におけるニーズを明確にする

◇

◇

◇

基調講演を配置する．ここでは材料特性のジャンプアップを実現するために評価・解析・予測に対して期待されることを多角的に議論して抽出することを目的とし，第 9 分野内の連携はもちろん，関連の分野間での連携が望まれる．この企画の仕掛けとして，一年後の春期大会において，第二弾「第 9 分野エネルギー関連材料の特性評価・解析・予測()―最先端技術で紡ぎ出す未来―(仮題)」を
第二弾のアンサーシンポジウムとして開催し，第一弾で明確化したニーズに対する答えとしての解決策と材料設計指針を掘り下げて議論する．
テーマ責任者(シンポジウム chair)
東京工業大学教授 木村好里

Email: kimura.y.ac＠m.titech.ac.jp(シンポジウム cochairs)
金沢大 石川和宏 産総研 浅野耕太
量子化学研究機構 齋藤寛之

日立製作所 宇根本篤

北大 橋本直幸

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan日本金属学会年春期(第回)講演大会
第回「高校生・高専学生ポスター発表」募集案内
申込締切日年月日(水)本会では最新の研究成果を発表・討議する場として毎年春秋 2 回の「講演大会」を開催しており，この講演大会に於いて，若い学生に金属および材料学分野に対して興味や理解を高めてもらうため「高校生・高専(3 年生以下)学生ポスター発表」のセッションを開催いたします．
ポスター発表は，生徒の研究成果の発表を大学の教授や企業の研究者等の専門家に直接聴いてもらい，質疑応答が受けられる貴重な機会であり，さらにポスターの出来栄えや発表の受け答えなどを審査して，優秀な発表には本会会長による賞を授与します．
金属および材料学分野に興味があり，本講演大会でポスター発表をしていただける生徒がおられましたら，奮ってご応募下さい．
尚，発表者と指導教員は本大会の参加費が免除となり，研究者らの最新の研究成果発表を無料で聴講いただけます．詳細は，下記の要領をご確認下さい．
「高校生・高専(3 年生以下)学生ポスター発表」要領
学会名 日本金属学会2020年春期(第166回)講演大会
行事名｢高校生・高専学生ポスター発表」

開催場所

東京工業大学大岡山キャンパス

開催予定日時 年月日(火)午後
対象者

高校生および 3 年以下の高専学生

発表方法

パネル(幅 900 mm×高 2100 mm)へのポスター掲示および説明
材料に限定せず，フリーテーマです．

テーマ

ポスター作成について

A0 サイズで作成し，文字は 3 m 離れたところからでも判読可能な大きさにする．ただし，実験条件などの補足事項は小さい文字でも良い．研究の目的，背景を緒言，概要として最初の10行程度にまとめること．
https://www.jim.or.jp/convention/2020spring
講演概要原稿 不要

講演申込

参加費および講演聴講◯

発表者，共同研究者および指導教員の参加費は無料で，講演大会の発表を聴講できる．

◯

希望があれば，高校生・高専ポスター発表の関係者(親，友人) 5 名程度までの参加費を免除し，講演大会の発表を聴講することがで◯

指導教員は，事前に参加者リストを提出する(別途用紙を送付予定)．

◯

指導教員宛てに，参加証およびプログラム(参加者リスト数)各 1 部を事前送付する．

きる．

問合せ・連絡先公益社団法人日本金属学会

講演大会係〒9808544 仙台市青葉区一番町 1
1432
 0222233685

FAX 0222236312 Email: annualm＠jim.or.jp%(予告)年春期講演大会併催企業説明会開催予定
2020年春期講演大会時 3 日目(2020年 3 月19日(木))に，企業説明会を開催する予定です．詳細は次号にて会告予定となります．

◇



◇

◇

本 会 記 事年春期(第回)講演大会参加申込みについて
春期講演大会は，月日(火)から日(木)まで東京工業大学大岡山キャンパス(〒1528552 東京都目黒区大岡山 2121)を会場に開催
します．鉄鋼協会との合同懇親会は 3 月17日(火)に八芳園(東京都港区白金台)で行います．以下のご案内と申込要領をご参照の上，お早めにお申込み下さい．尚，参加申込みは，すべてインターネット申込となります．詳細は，下記申込要領をご覧下さい．
日
日

時

行

程

事

場

所

月
日(火)

900～ 940
950～1140

各賞贈呈式
学会賞受賞講演・本多記念講演

70周年記念講堂
70周年記念講堂

1300～1700
1230～1700

学術講演会

西地区教室

ポスターセッション

未定

1830～2030

懇親会

八芳園本館 3 階

学術講演会

西地区教室

月
日(水)

900～1700
1205～1245

企業ランチョンセミナー

〃

月
日(木)

900～1630

学術講演会

西地区教室

1100～1830

企業説明会

未定

参加申込要領インターネットによる事前の大会参加申込みおよび懇親会参加の申込み 〈登録期間〉
月日(月)～月日(金)大会参加申込み URL

https://www.jim.or.jp/convention/2020spring/

予約申込締切後，大会参加証，講演概要ダウンロードについては，下記をご参照下さい．なお，領収書や参加証引換券は，決済完了後に申込画面から各自印刷して下さい(WEB 画面講演大会 MyPage よりダウンロード)．3 月 1 日以降は当日申込となります．
当日申込をご希望の方は，会場受付にて直接お申込下さい．

◆大会参加費(講演概要ダウンロード権含む)※年会費とは異なります．
参加費・懇親会の消費税扱については，ホームページ(一覧表 PDF)をご参照下さい．
予約申込締切日

月
日(金)(申込および入金期日)
予約申込(インターネット申込・事前支払い)

当日申込(大会会場受付・現金払いのみ)

正員・維持員会社社員

10,000円

13,000円

学生員※

6,000円

7,000円

会員資格

非会員

一般

24,000円

27,000円

非会員

学生(大学院生含む)

14,000円

16,000円

お支払後の取消は，ご返金いたしかねます．
※ 学生員 卒業予定変更等により会員種別に相違がある場合，事前に会員種別の変更手続きを行ってから，大会参加をお申込下さい．
※ 非会員の(有料)参加申込者には，1 年間「まてりあ」を寄贈するとともに，会員価格でイベント等(講演大会以外)に参加できる特典を付与いたします．
ただし特典は重複して付与いたしません．

◆懇親会費(消費税込み) 会場八芳園(〒1088631 東京都港区白金台 111  0334433111(代))
予約申込締切日

月
日(金)(申込および入金期日)
予約申込(インターネット申込・事前支払い)

当日申込(懇親会会場受付・現金払いのみ)

一般

10,000円

12,000円

同伴者(ご夫人またはご主人)

5,000円

5,000円種別

お支払後の取消は，ご返金いたしかねます．
懇親会ご参加申込の方へは，月上旬に懇親会参加証を郵送申し上げます．

◆支払方法
事前予約のお支払いはクレジットカードおよびコンビニ振込決済をご利用頂けます．また，入金後のご返金は致しかねます．2 月28日(金)の入金日をもって予約申込完了となります．

◆参加証
事前予約された際の大会マイページにて「参加証引換券」をダウンロード印刷し，会期当日受付で参加証とお引換え下さい．

◆講演概要の WEB 公開
講演概要の公開日は，大会 2 週間前の2020年 3 月 3 日(火)です．事前予約をされ，参加費を納入された方へは，概要公開日に概要ダウン
ロード用パスワードを配布いたします．当日申込の方へは申込の際に概要ダウンロード用パスワードをお渡しいたします．
特許関係のお手続きは，公開日までにお済ませ下さい．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan◆講演概要集購入について
講演概要集 DVD は作成いたしません．全講演概要は，本大会 Web サイトで公開をします．これまで概要集 DVD のみ購入をされていた方も，通常の参加登録を頂き，概要の閲覧をお願いします．
参加申込・問合先〒9808544 仙台市青葉区一番町 114
32
 0222233685(公社)日本金属学会

FAX 0222236312 Email: annualm＠jim.or.jp%

機関誌(まてりあ・会誌・欧文誌)掲載記事・論文の引用(転載)許可の改訂について
会報・会誌・欧文誌編集委員会
本会では，機関誌(まてりあ・会誌・Materials Transactions)の転載許可業務の一部を，(一社)学術著作権協会に委託することといたしま
した．該当する場合には，本会にお申込みいただいた後でご案内いたします．
また，これに伴い，許諾の要不要および許諾費用について改訂いたしましたので，下記の通りお知らせいたします．ご理解を何卒宜しくお願いいたします．
尚，いずれの場合でも，引用(転載)する場合は，必ず出典を明記するようにして下さい．
.

許諾の要不要および許諾費用

1.1. 著作者本人が引用する場合(本会刊行物掲載済みのものを本会刊行物に引用する場合には，すべて無料，許諾不要)
 適切な引用の範囲の場合◯
転載先刊行物の種類

許諾の要不要

費

用

非営利目的

不要

無料

営利目的

必要

有料(5 図面まで5,000円，6 図面以上は 1 図あたり1,000円)

文章のみの場合(営利・非営利問わず)

不要

無料


◯

適切な引用の範囲を超える場合(論文全体の転載，リポジトリ登載含む)
転載先刊行物の種類

許諾の要不要

費

用

非営利目的

必要

有料(1 論文あたり30,000円※)

営利目的

必要

有料(1 論文あたり60,000円～，発行部数・公開方法等による)※ 無料公開論文のものを引用・転載する場合は無料，また，博士論文，科研費申請書類等は無料とする．

1.2. 著作者本人以外(出版社含む)が引用する場合
 適切な引用の範囲の場合◯
転載先刊行物の種類

許諾の要不要

費

非営利目的

必要

無料

営利目的

必要

有料(事務局へ問い合せ下さい)

文章のみの場合(営利・非営利問わず)

不要

無料


◯

適切な引用の範囲を超える場合(論文全体の転載，リポジトリ登載含む)

転載先刊行物の種類

許諾の要不要営利・非営利問わず

必要

.

用

費

用

有料(事務局へ問い合せ下さい)

営利・非営利の具体例
転載先の種類

非営利とみなす例

営利とみなす例

学術ジャーナル(オンラインジャーナル含む)

すべて非営利とみなす

なし

研究報告書

学会の事業報告，企業の技報，大学紀要，博士・修士論文，科研費申請書・報告書類

なし

国際会議プロシーディングス，Abstract 集

すべて非営利とみなすなし

講習会等テキスト・スライド

無料もしくは実費相当程度の価格のもの(学協会，公的機関主催のもの)

収益を目的とした価格のもの(企業主催のもの)カタログ・パンフレット

収益を目的としない会合・集会等で配布する研究紹介，研究者プロフィール等企業の製品カタログ・パンフレット等

単行本

実費相当程度の価格のもの(学協会，公的機関発行のもの)収益を目的とした価格のもの(商業出版社発行のもの)

Web サイト・Web データベース

機関リポジトリ，研究内容の紹介等利用料が無料のもの

利用料が有料のもの

問合せ先

〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会
 0222233685



転載許可担当FAX 0222236312 Email: kyoka＠jim.or.jp%

本 会 記 事

公益社団法人日本金属学会フェロー推薦募集の案内
推薦締切
年月日(金)本会では，本会の代表的会員として，金属およびその関連分野における学術・科学技術・産業，教育・人材育成等に造詣の深い会員であって，自らが積極的に本会の事業に参画・活動することが期待されるものに対して日本金属学会フェローを授与いたます．下記の募集要項をご確認いただき，積極的にご推薦下さい．
募集要項[推薦方法]
推薦は，フェロー，理事，代議員，支部長，各種委員会委員長，維持員もしくは候補者と所属機関が異なる 3 名以上の正員による．
所定の推薦書に，必要事項を記入の上，提出する．
必要事項は以下の通り．
 候補者
 フェローの責務を果たすことの承諾および活動

注候補者本人の承諾を得た上，責務を果たすことの確認と果たすことができる責務・活動を記入する．果たすべき責務
は下記[責務]に示すとおり．
 候補者の略歴
 推薦タイトルとカテゴリー 業績や貢献の内容と推薦理由

 推薦者

[責務]
フェローを得た会員は，金属およびその関連材料分野を先導し，若手研究者・技術者の目標をなることを自覚し，当該分野の発展に一層寄与するとともに，本会の代表的会員として本会事業へ積極的に参画し，本会の目的の達成に率先して努力する責務を負うものとする．
フェローは次のいずれかの活動を行うものとする．
 若手研究者および若手技術者の啓発・人材育成まてりあへの入門講座・講義ノート・実学講座・新製品技術
裏話等の啓発記事の執筆
まてりあへの若手研究者・技術者を対象とした論文執筆のコ
ツ・テクニック・注意事項等の啓発記事の執筆
学校・企業等への出前講義等
 知識・技術の伝承
本会機関誌へのレビュー・オーバービュー・解説の執筆
教科書等の書籍の執筆
講演会・講座・セミナー・シンポジウム・チュートリアル講
演等の講師

フェローは必要に応じて，技術相談，論文執筆相談，機関誌の特集記事の企画提案，研究費申請相談の活動を行うものとする．
フェローは，当該年度の活動報告および次年度の活動計画を作成するものとする．
フェローは，本会正員として会費を支払うものとする．
注フェローとして活動するに際しては，本会の謝礼規程および旅費支給規程に従って謝礼や旅費の支払を受けることができるものとする．
[フェローの要件]
フェローの対象となる者は，フェローの責務を積極的に負える者であって，金属およびその関連分野における学術・科学技術・産業，教育・人材育成等に造詣の深い会員であること．
[フェローの数]フェローの人数は本会正員の 1を上限とする．
[審査・認定]フェローの選考は，フェロー選考委員会があたり，理事会で授与候補者を決定する．
授与を決定した者に，春期講演大会時に開催される表彰式でフェローを授与する．
授与者にはフェローの認定証書を贈呈する．
適切な候補者がいない場合は，その年度は授与しない．
[任期]
フェローの任期は 5 年とする．ただし，再任することができる．
フェローが本会会員でなくなったとき，あるいは名誉員や永年会員となった場合はフェローを返上するものとする．
フェローの責務を果たすことが困難等の理由で，本人から返上の申し出があったときは，フェローの称号の返上を認めるものとす
る．
申請先申請書(ホームページよりダウンロードして下さい)を下記
E mail アドレスに送付して下さい． 2, 3 日過ぎても受理
返信通知のない場合はご連絡下さい．
問合先(公社)日本金属学会 フェロー係
Email: gaffair＠jim.or.jp  0222233685


年春期講演大会の外国人特別講演および招待講演募集


年度会費お払込みのお願い

推薦書提出期日年月日(水)特別講演2020 年の会費納入時期となりました．個人会員の方は，下記いずれかの方法にてお払い込み下さいますようお願い申し上げます．
◎自動払込 2019年 12月 12日予定でご登録の口座から引き落とし講演者著名な外国人研究者とする．
講演時間30分(討論10分)
採択件数3～4 件
滞在費補助10,000円×5 日(上限日数)
その他大会参加費免除，懇親会招待
招待講演
講演者有益な講演が期待される国内に滞在する外国人研究者とする．
講演時間15分(討論 5 分)
採択件数5 件程度
滞在費補助なし
その他大会参加費免除
推薦用紙所定様式(ホームページからダウンロードして下さい)詳
細 まてりあ 9 号526頁
推薦書提出期日 年月日(水)照会・推薦書提出先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会 国際学術交流委員会宛
 0222233685 %FAX 0222236312
Email: gaffair＠jim.or.jp

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japanされます．
◎郵便振込み上記以外の方は，本年11月中旬頃，「ゆうちょ銀行
郵便振込み用紙」を郵送いたします．ゆうちょ銀行
にてお支払い願います．
◎クレジットカード・コンビニ支払会員マイページにログインの上，手続きをして下さ
い．領収書もホームページで発行できます．
会費のお支払い確認
ホームページ→入会・会員→会員マイページ→(ID・パスワード入力)でお支払いと確認ができます．
問合先会員サービス係Email: member＠jim.or.jp特集企画の投稿募集■発展を続ける局所力学測定とマクロ変形機構解析への応用
マイクロ/ナノピラー変形やナノインデンテーションなどの局所
力学測定技術の発達が目覚ましい．ミクロンオーダーの力学挙動を実測することにより，結晶方位などの幾何学因子や粒界・異相界面などの組織因子と変形・破壊応力の関係を直接的に結び付けられる〈公募類記事〉
無料掲載募集人員，締切日，問合先のみ掲載．
有料掲載1/4頁(700～800文字)程度．
「まてりあ」とホームページに掲載15,000円＋税ホームページのみ掲載
10,000円＋税〈その他の記事〉 原則として有料掲載．
原稿締切・掲載号毎月 1 日締切で翌月号 1 回掲載
原稿提出方法電子メールと FAX 両方(受け取りメールの確認をして下さい)原稿送信先%FAX 0222236312 Email : materia＠jim.or.jp

ことが可能になっている．これらの技術は，強化機構の素過程の解公明に寄与するのみならず，これを基にした新たな特性・組織制御の指針を与える重要な手法である．本特集号では，これらの技術に関◇東北大学大学院工学研究科

する実験・理論・計算による基礎および応用の研究成果，さらには解説論文を広く募集する．
上記テーマに関する特集を，日本金属学会誌84巻10号(2020年10月発行)に予定しております．多数ご投稿下さいますようお願いい

募

公募人員

助教 名

所

材料システム工学専攻

属

教員

公募◇

生体材料システム学講座

医用

材料工学分野専門分野

金属やセラミックスを中心とした生体材料分野において表面・界面・組織制御などを利用した材料開発，製造プ

たします．

ロセスや機能発現に関する教育と研究を行う
応募資格

掲載予定号第84巻第10号(2020年)

当該分野の教育・研究に意欲と熱意があり，博士の学位を有する，または着任までに取得見込みの方

原稿締切日2020年 4 月 1 日(水)担当授業科目研修，材料システム工学コース研修等，「大学院」

投稿に際しては，日本金属学会会誌投稿の手引・執筆要領(前期)材料システム工学修士研修等，(後期)材料シ(本会 Web ページ)に従うこと．

ステム工学博士研修等通常の投稿論文と同様の審査過程を経て，編集委員会で採否〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会会誌編集委員会
 0222233685

5 年(再任可)
公募締切 年月日(金)任を決定する．
問合せ先「学部」材料科学総合学実験，材料科学総合学基盤

FAX 0222236312
%

期

着任時期
提出書類

2020年 4 月 1 日(水)マテリアル・開発系のホームページ上に掲載した「公募提出書類作成の注意点」留意して書類を作成することEmail: editjt＠jim.or.jp(下記 URL をご覧下さい)
書類送付先

支部行事

http://www.material.tohoku.ac.jp/news/jobs.html〒9808579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6602
東北大学大学院工学研究科
系長




年度日本鉄鋼協会・日本金属学会両北海道支部合同冬期講演大会並びに講演募集のお知らせ

問合せ先マテリアル・開発系

毅

材料システム工学専攻

専攻長

成田史生

%
FAX 0227957342※

Emailnarita＠material.tohoku.ac.jp
封筒に「教員公募(材料システム工学専攻・医用材料工学分野
助教)」と朱書きし，郵送の場合は書留とすること．なお，応日本金属学会および日本鉄鋼協会両北海道支部共催の合同冬期講

募書類は返却いたしませんのでご了承ください．

演大会を下記のように開催いたしますので，会員各位の活発な討論の機会となりますよう多数のご参加をお願い申し上げます．

三原※

東北大学は共同参画を推進しており，多様な人材の積極的な応募を歓迎しています．
東北大学には全学教職員が利用できる川内けやき保育園(定員

開催日時 年月日(木)～日(金)
会

場

参 加 費
連 絡 先

札幌市教育文化会館

301・302研修室〒060
0001 札幌市中央区北 1 条西13丁目

30 名)，青葉山みどり保育園(定員 100 名)および，星陵地区の方が利用できる星の子保育園(定員120名)の全国の国立大学の

 0112715821

事業所内保育施設として最大規模の保育環境が整っています．

当日会場受付にて，お一人 1,000 円の参加費を申し受け

また，大学内病院内に軽症病児・病後児保育室もあり，全学教ます．(ただし，聴講のみの学生は無料(概要集は無し))

職員が利用できます．

日本金属学会北海道支部事務局

その他，本学の両立支援，研究支援等の詳細及び共同参画の取能村貴宏

 0117066842

Email: jim_hokkaido＠eng.hokudai.ac.jp＊詳細は，本会ホームページ(https://jim.or.jp /EVENTS/branch/組については，下記 URL をご覧下さい．
男女共同参画推進センター WEB ページ

http://www.tumug.tohoku.ac.jp/

shibuindex.html北海道支部行事)をご覧下さい．

本 会 記 事◇東北大学大学院工学研究科
公募人員

助教 名

所

材料システム工学専攻

属

専門分野

応募資格

教員

業務(研究)内容，応募資格，応募方法などの詳細は当機

公募◇

構のホームページを参照．

https://www.nims.go.jp/employment/permanentresercher.html
問合せ先 〒3050047 つくば市千現 12
1

ミクロからマクロスケールの界面創製を通したデバイス

国立研究開発法人物質・材料研究機構

や構造物の高機能化と安全性・信頼性向上に関する教育

人材部門と研究を行う 029
8592555

当該分野の教育・研究に意欲と熱意があり，博士の学位Email: nimsrecruit＠nims.go.jp

人材開発・大学院室を有する，または着任までに取得見込みの方
担当授業科目「学部」材料科学総合学実験，材料科学総合学基盤
研修，材料システム工学コース研修等，「大学院」(前期)材料システム工学修士研修等，(後期)材料シ
ステム工学博士研修等

5 年(再任可)月日(金)
公募締切 年
任

期

着任時期
提出書類

◇九州大学大学院 機械工学部門 特任教員 募集◇
募

集

特任准教授ないし特任助教

所属

九州大学 機械工学部門 構造材料評価研究室

分

野

材料強度，変形，破壊に関する分野

2020年 4 月 1 日(水)マテリアル・開発系のホームページ上に掲載した「公募

講 義 等

担当無し

着

任

決定後なるべく早い時期(相談可)

提出書類作成の注意点」留意して書類を作成すること形

態

1 年更新．最長で CREST プロジェクト( 2019 年 10 月より5.5カ年間)終了まで．

資格

博士学位を有する方．やる気のある方は修士可(博士号書類(下記 URL をご覧下さい)

http://www.material.tohoku.ac.jp/news/jobs.html
書類送付先 〒980
8579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6602
東北大学大学院工学研究科 マテリアル・開発系
系長
問合せ先

三原

取得支援します)材料システム工学専攻

専攻長

 受賞歴


成田史生

 研究概要(A4 で 1 ページ以内)Emailnarita＠material.tohoku.ac.jp
封筒に「教員公募(材料システム工学専攻 助教)」と朱書きし， その他参考になる項目
 意見を伺える方 2 名の連絡先


郵送の場合は書留とすること．なお，応募書類は返却いたしま
せんのでご了承ください．
※

 履歴書

 研究業績(主要論文 2～5 編添付)


毅

%
FAX 0227957342※

名※書類は返却しません
選考方法

書類 1 次審査後，面接プレゼン 2 次審査(旅費申請者負担ないし Skype 利用)

公募締切

随時選考し，適任者が見つかり次第．

東北大学は共同参画を推進しており，多様な人材の積極的な応募を歓迎しています．

公募打切(最終年月日)

東北大学には全学教職員が利用できる川内けやき保育園(定員30 名)，青葉山みどり保育園(定員 100 名)および，星陵地区の方が利用できる星の子保育園(定員120名)の全国の国立大学の応募書類提出先(メール添付による応募可能)〒8190395 福岡市西区元岡744

事業所内保育施設として最大規模の保育環境が整っています．

九州大学 工学研究院 機械工学部門

また，大学内病院内に軽症病児・病後児保育室もあり，全学教

戸田裕之

職員が利用できます．
その他，本学の両立支援，研究支援等の詳細及び共同参画の取組については，下記 URL をご覧下さい．
男女共同参画推進センター WEB ページ

http://www.tumug.tohoku.ac.jp/

備考 092
8023246

Email: toda＠mech.kyushuu.ac.jp
年度からの
2019
CREST(JST)研究領域「革新的力学機
能材料の創出に向けたナノスケール動的挙動と力学特性機構の解明」(下記 HP )6 課題のうちの一つの研究課題「ナノ～マクロを繋ぐトモグラフィー界面の半自発的剥離」(代表戸田)で雇用される研究者の募集．希望者には，より詳しい情報送付可．SPring8 の X 線イメージ◇国立研究開発法人物質・材料研究機構
定年制職員(正職員)公募◇
公募人数

各 1 名(4 分野)

物質・材料一般(分野不問)
エンジニア職技法を用いたアルミニウム合金の変形，粒子損傷，延性破壊の研究に従事する．JAEA(第一原理計算)，富山大学(HRTEM)との共同研究

研究職
分野別公募

ング(未経験可)，その他材料試験，各種材料分析・解析

分野別公募

数名(女性枠あり)

https://www.jst.go.jp/ kisoken/crest/application/2019/190919/190919crest.pdf

1 名(1 分野)

専門分野
研究職
 物質・材料一般(材料工学(構造材料・セラミックス・微粒◯子/粉体)，応用物性工学(デバイス材料・化合物半導体・センサー材料・電池材料・磁性材料・ナノマテリアル)，材料化学(無機材料・有機材料・バイオマテリアル)，材料データ科学， 物質・材料一般(女性のみ応
他，物質・材料に関する分野)，◯
 構造用複合材料，◯
 溶接・接合技術，◯
 表界面物理募可)，◯ 材料データ科学
計測，表面分光，◯

エンジニア職◯

スパコン運用，技術開発・支援

公募締切 年月下旬

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




集

■第90回

2020年 3 月 6 日(金)1400～
テーマ産業と SDGs と未来社会会

午後 200～◇レアメタル研究会◇■主催■主 宰 者

資源循環と環境問題とSDGs(仮)(60分)

レアメタル研究会

JX 金属株式会社

東京大学生産技術研究所 教授

岡部

■協

力

(一財)生産技術研究奨励会(特別研究会 RC40)

催

東京大学マテリアル工学セミナー

レアメタルの環境

調和型リサイクル技術の開発研究会

東京大学生産技賛特別理事(前代表取締役社長) 大井滋

講師

情報連携学部(経営学)教授 廣瀬弥生

講師

循環経済と IT プラットフォームと未来社会(仮)(60分)

徹

■共

■協

An 棟 2F コンベンションホール

東洋大学

未来社会デザインとメタラジー(仮)(60分)
大阪大学

統括理事

会長 田中敏宏

副学長/日本鉄鋼協会術研究所 持続型エネルギー・材料統合研究センター★講演の順序は変更する可能性があります★

東京大学生産技術研究所 非鉄金属資源循環工学寄付

午後 600～

研究部門(JX 金属寄付ユニット)

研究交流会・意見交換会(An 棟 2F

講師

ホワイエ)

(公社)日本金属学会他

An 棟 2F コンベンショ
ンホール(〒1538505 目黒区駒場 461)■開催会場

東京大学生産技術研究所＊レアメタル研究会ホームページ＊

https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/japanese/rc40_ j.html(最寄り駅駒場東大前，東北沢，代々木上原)

https://www.iis.utokyo.ac.jp/ja/access/■参加登録・問合せ
岡部研

レアメタル研究会事務担当

宮嵜智子◇素材プロセッシング分野(環境リサイクルを含む)における産学連携に関するシンポジウム◇(okabelab＠iis.u
tokyo.ac.jp)
令和元年度

レアメタル研究会のご案内■第88回(2019.9.20現在)

2019年11月15日(金)1400～ An 棟 2F
★チタン関係シンポジウム★(合同開催)

コンベンションホール

■主催

東京大学 生産技術研究所 非鉄金属資源循環工学寄付■協賛

研究部門(JX 金属寄付ユニット)
東北大学 多元物質科学研究所 非鉄金属製錬環境科学
研究部門(住友金属鉱山共同研究ユニット)(関連シンポジウム寄付ユニット特別シンポジウム

京都大学 大学院工学研究科 材料工学専攻 非鉄製錬

11月28日(木))←日程変更
テーマチタンの過去，現在，未来，そして私の夢
時

間午後 200～

講

演

学講座
■協

その他依頼中東京大学 生産技術研究所 持続型エネルギー・材料統合研究センター，レアメタル研究会

東邦チタニウム株式会社の過去，現在，未来，そして私の夢(仮)
(40分)

力

東邦チタニウム株式会社

チタン事情(仮)(40分)

代表取締役社長 西山佳宏

■日程 年月
日(木)

講師

シンポジウム交流会

アドバンストマテリアルジャパン株式会社
代表取締役社長 中村繁夫

講師

■開催会場

チタンに関する最近の話題(仮)(30分)

東京大学生産技術研究所 An 棟 2F コンベンションホール
〒1538505 目黒区駒場 46
1

東京大学生産技術研究所

教授 岡部

徹

講師

ロシアにおけるチタン事情(仮)(40分)(最寄り駅駒場東大前，東北沢，代々木上原)■会

費

シンポジウム資料代3,000円(一部企業関係者)

研究員 渡邊光太郎

講師

交流会無料(一社)日本チタン協会コンサルタント 伊藤喜昌

講師

■参加登録・お問い合わせ(一社)ロシア NIS 貿易会

13 : 0017 : 25
17 : 3019 : 30

中国におけるチタン事情(仮)(40分)大阪チタニウムテクノロジーズの過去，現在，未来，そして私の東京大学 生産技術研究所

夢(仮)(40分)
株式会社

岡部研究室 学術支援専門職員
大阪チタニウムテクノロジーズ

技術部

生産技術開発グループ長 山口

兼

誠

宮嵜智子

Email: okabelab＠iis.utokyo.ac.jp
FAX 0354526313
%

部長

講師

ポスター発表者によるショートプレゼン(希望者)
午後 630～

ポスター発表兼研究交流会・意見交換会(An 棟 2F

午後 600～

ホワイエ)

講演
【敬称略】
東京大学 生産技術研究所 JX 寄付ユニットにおける産学連携とこれから研究交流会・意見交換会(S 棟プレゼンテーションルームに変更)

東京大学 生産技術研究所 JX 金属寄付ユニット 特任教授 岡部徹

東北大学 多元物質科学研究所―住友金属鉱山共同研究ユニット■第89回

鉄門記念講堂＠本郷
2020年 1 月10日(金)1400～★貴金属シンポジウム(第 7 回)＋新年会★(合同開催)

東北大学 多元物質科学研究所 教授 小俣孝久
発足 2 年目の実績
DOWA ホールディングス株式会社寄附講座の設立趣旨と変遷

テーマ貴金属

東北大学 環境科学研究科 客員教授 白鳥寿一

午後 200～

非鉄製錬における教育をベースとした産学連携の実践
京都大学 工学研究科 教授 宇田哲也

数件の講演を予定

Activity of EIT Raw Materials (Tentative)

講師依頼中
開催会場鉄門記念講堂

Tallinn University of Technology, member of Executive Board,

東京都文京区本郷 731 東京大学医学部教育研究棟14階
午後 630～
研究交流会・意見交換会(カポ・ペリカーノ
東京都文京区本郷 731

EIT Raw Materials Professor Michael Hitch

我が国の金属資源動向
経済産業省 資源エネルギー庁 鉱物資源課課長 大東道郎

本郷店)

東京大学医学部研究棟13階

17 : 3019 : 30

交流会
東京大学 生産技術研究所

An 棟 1 階 レストラン アーペ

本 会 記 事～ご参加をお待ちしております～

金属学会シンポジウム～ハイエントロピー合金の材料科学～
近年，ハイエントロピー合金と呼ばれる新たな範疇の合金に注目が集まっている．従来合金では達成し得ない強度，延性などに優れた新たな合金開発への期待が高まり，世界各地で立て続けに多数の国際会議が開催されるほど世界的に隆盛な研究分野と成っている．本シンポジウ
ムでは，ハイエントロピー合金に関する最新の研究開発動向を紹介するとともに，新たな用途開拓についても議論を深める．
(企画世話人

京大 乾

晴行

日

時 年月日(月)～

場

所

募集定員

京大 辻

伸泰

阪大 尾方成信

名大 小山敏幸

東北大 加藤秀実

東北大 古原

忠)

京大 乾

晴行

東北大 竹内章

エッサム神田ホール 2 号館401(〒1010047 東京都千代田区内神田 3245)
120名

プログラム
930～ 940

挨拶

940～1020

 ハイエントロピー合金研究の現状と将来展望

1020～1100

 平均価電子濃度による高エントロピー合金の構造制御

1110～1150

 ハイエントロピー合金における拡散と熱力学

名大 小山敏幸

1150～1230

 ハイエントロピー合金ナノ粒子の作製と触媒機能への展開


京大 北川

1400～1440

 ハイエントロピー合金の力学特性のモデリングとシミュレーション


阪大 尾方成信

1440～1520

 加工熱処理によるハイエントロピー合金のナノ/ミクロ組織制御京大 辻

1530～1610

 強加工と相変態によるハイエントロピー合金の組織制御

1610～1650

 電子ビーム積層造形によって作製されたハイエントロピー合金の組織と強度

詳細まてりあ 8 号

伸泰

物材機構 土谷浩一
東北大 千葉晶彦

481頁 or ホームページイベント→シンポジウム

◇

～

宏

◇

◇

Materials Transactions・日本金属学会誌・まてりあ

今後の特集企画予定～

Materials Transactions■New Aspects of Martensitic Transformations II

61巻1 号(2020年)
612 号
613 号■Advanced Metal Forming Technologies in Asia

■Materials Science on Mille
Feuille Structure■Materials Science on HighEntropy Alloys 614 号■Nanostructured Functional Materials and Their Applications III
原稿締切日

617 号

2020年 1 月 6 日(月)日本金属学会誌■固体中の水素と材料特性IV

84巻3 号(2020年)

847 号
2020年 1 月 6 日(月)■材料と資源強度
原稿締切日■発展を続ける局所力学測定とマクロ変形機構解析への応用
原稿締切日

8410号

2020年 4 月 1 日(水)まてりあ■「高度微細構造解析に関する観察支援事業」～文部科学省ナノテクノロジー■磁歪・逆磁歪材料の基礎と振動発電への応用■材料組織形成における計算材料科学の最前線

プラットフォーム微細構造解析事業の紹介～

5812号

591 号(2020)593 号
編集の都合により，掲載号等変更になる場合もございます．

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan年秋期(第回)講演大会記録
2019 年秋期講演大会は， 9 月 11 日(水)から 13 日(金)の期間，岡山大学津島キャンパスにおいて開催した．

(受賞者本誌602頁)
第回論文賞贈呈式 6 編 17 名(物性部門 1 編，組織部門 1 編，力9 月11日(水) 900～ 940 開会の辞，各賞贈呈式(五十周年記念館金光ホール)

学特性部門 1 編，材料化学部門 1 編，材料プロセシング部門 1

1000～1700 一般講演，公募シンポジウム講演，受賞講演，共同セッション， KIM JIM
シンポジウム(一般教育棟 C 棟～ E 棟

編，工業材料部門 1 編)に対し賞状ならびに賞牌贈呈．
(受賞者本誌603頁)
第回若手講演論文賞贈呈式

1 編 1 名に対し賞状贈呈．

(受賞者本誌605頁)

および工学部 1 号館15会場)
1230～1700 ポスターセッション(五十周年記念館)
1445～1600 高校生・高専学生ポスターセッション(五十周年記念館)

1830～2030 懇親会(ピュアリティまきび)
9 月12日(木) 900～1820 一般講演，公募シンポジウム講演，受賞講演，共同セッション，企画シンポジウム(一般教育棟 C 棟～ E 棟，工学部 1 号館および五十周年記念館 22 会
場)

9 月13日(金) 900～1645 一般講演，公募シンポジウム講演，受賞講演，共同セッション，企画シンポジウム(一般教育棟 C 棟～ E 棟，工学部 1 号館および五十周年記念館 17 会
場)

9 月11日～9 月13日

総合受付(一般教育棟 B 棟 1 階)～受賞者の皆様，おめでとうございます～

付設機器・カタログ展示会(一般教育棟 B 棟 1 階)

World Materials Day Award 展示(一般教育棟 B 棟 1 階)

日本金属学会・日本鉄鋼協会合同懇親会(月日)
日時9 月11日(水)18時30分～20時30分
場所ピュアリティまきび 2 階 孔雀の間(岡山市北区下石井2641)
参加者199名(本会への申込者・招待者138名)

開会の辞(月日)
はじめに，岡安光博(岡山大)大会実行委員長の挨拶があり，続いて乾晴行会長より開会の挨拶があった．

岡山大学准教授 竹元嘉利

開会の辞・司会

岡山大学教授 岡安光博

大会実行委員長挨拶

岡山大学学長 槇野博史

来賓挨拶

大阪大学理事・副学長 田中敏宏

日本鉄鋼協会会長挨拶
日本金属学会会長挨拶・乾杯
懇

談

余

興

晴行

～ちくわ笛演奏～桃太郎からくり博物館館長 住宅正人

閉会の辞
岡安大会実行委員長のご挨拶．

京都大学教授 乾

岡山理科大学教授・中国四国支部長 清水一郎

乾会長の開会の挨拶．

贈呈式(月日)乾晴行会長の式辞に続き，下記の贈呈式を行った．

第回学術貢献賞贈呈式

9 名に対し賞状贈呈．

(受賞者本誌595頁)
第回技術開発賞贈呈式

5 件23名に対し賞状ならびに賞牌贈呈．

(受賞者本誌597頁)
第回功労賞贈呈式 2 名(学術部門 2 名)に対し賞状贈呈．
(受賞者本誌599頁)

7 名(物性部門 1 名，組織部門 2 名，力学特性部門 1 名，材料化学部門 1 名，材料プロセシング部門 1

第回奨励賞贈呈式

名，工業材料部門 1 名)に対し賞状ならびに賞牌贈呈．
(受賞者本誌600頁)

3 編 7 名に対し賞状贈呈．
(受賞者本誌601頁)

第回まてりあ論文賞

第回まてりあ啓発・教育賞

1 企画 1 名に対し賞状贈呈．

(受賞者本誌602頁)
第回村上記念賞贈呈式

大会参加者

1,580 名(一般 768 名

学生 591 名

非会員 107 名(一般 73 名

学生34名)，相互聴講114名)
学術講演会(月日～日)1,042件欠講 7 件(講演番号一般講演 No. 179, 216, 253，公募シンポ

最終講演件数ジウムS1.23，ポスターセッションP186, P243, P251)
公募シンポジウム講演 8 テーマ 210 題(奨励賞受賞講演 1 題，
村上奨励賞受賞講演 1 題，基調講演58題含む)
企画シンポジウム 3 テーマ

1 名に対し賞状ならびに賞牌贈呈．

(受賞者本誌602頁)
第回村上奨励賞贈呈式 3 名に対し賞状ならびに賞金贈呈．



岡安実行委員長と乾会長．余興ちくわ笛の合奏♪桃太郎♪全力でちくわに息を吹き
来賓挨拶槙野博史学長．
込む演者の皆様．

21題

KIMJIM シンポジウム16題(外国人特別講演 1 題含む)
一般講演 489 題(奨励賞受賞講演 6 題，技術開発賞受賞講演 5
題，功労賞受賞講演 2 題，学術貢献賞受賞講演 7 題，村上奨

本 会 記 事

励賞受賞講演 2 題，村上記念賞受賞講演 1 題含む)

第回企業ランチョンセミナー(月日)

共同セッション40題

昼休み時間帯に昼食(軽食)をとりながら，講演大会参加者に最新ポスターセッション254題の技術情報を聴講いただく，ランチョンセミナーを開催した．

高校生ポスター12題

以下の 5 社が各 5 会場で 30 分程度のセミナーを行い，参加者数

講演会場

23会場(A～V 会場，ポスターセッション会場)

は 5 社で合計174名であった．
参加者および参加企業共に好評であった．

第回ポスターセッション(月日)(参加企業・団体参加数)

日時9 月11日1230～1700株オックスフォード・インストゥルメンツ

場所岡山大学五十周年記念館 1 階 2 階フロア

株 TSL ソリューションズ


254件のポスター発表が行われ，優秀ポスター賞審査対象となっている231件の内容・発表について審査が行われた．ポスター

株サーモフィッシャーサイエンティフィック

発表件数は前年秋期大会に匹敵する講演件数であった．

株
NISSHA エフアイエス
株ヴァーダー・サイエンティフィック

A 会場30名
D 会場45名
E 会場30名
F 会場30名
N 会場39名

多くの聴講者が来場し，ポスターセッション会場は大変盛況であった．翌 12 日「優秀ポスター賞」 45 名が決定し，受賞者を本会ホームページおよび総合受付に掲載した．(本号606頁)

会場では熱心な討論が見受けられました．
第回高校生・高専学生ポスターセッション(月日)
日時9 月11日1445～1600
場所五十周年記念館 2 階

12件の高校生・高専学生(3 年生以下)ポスター発表および審査が行われた．結果は 16  30 に乾会長より，最優秀賞 1 件，優秀賞 3 件の受賞報告があった．(本号609頁)
今回 2 回目の試みで，全国の SSH と開催校地元地域を中心に

託児室

9 月 11 日(水)～ 13 日(金)に子供 2 名に対してシッター 2 名体制で支障なく終了した．
第回 World Materials Day Award
材料系国際学協会連携組織である IOMMMS (International

Or-

募集案内を行い，北は札幌から南は愛媛まで広く応募があった．

ganization of Materials, Metals and Minerals Societies)では，World Materials Day を制定し，本年は2019年11月 6 日(水)に世界多くの来場者が興味深く高校生ポスターの内容を見たり，発表者

同時に，「材料に関する知識とその重要性を社会や若者に啓発するへ質疑していた．

活動」に貢献があった学生を顕彰している．日本金属学会では，次の方が授賞した．(本号610頁)
発表・審査日時9 月11日(水)1100～1200
場所岡山大学津島キャンパス一般教育棟 B 棟 1 階

Winner(優秀賞) 1 件「青銅鏡作製を通じた状態図と力学特性の学習」(第 3 部門)
新居浜工業高等専門学校 植松みずき君，高橋凪君，

金属学会・鉄鋼協会共同セッション「チタン・チタン合金」18題(金属13題，鉄鋼 5 題)は 9 月11日
および13日に鉄鋼協会第13会場で開催した．
「超微細粒組織制御の基礎」 9 題(金属 9 題，鉄鋼 0 題)は 9 月13日に金属学会 D 会場で開催した．
「マルテンサイト・ベイナイト変態の材料科学と応用」 31 題
(金属 14題，鉄鋼17題)は 9 月 11日～ 13日に鉄鋼協会第 14会場で開催した．
「高温溶融体の物理化学的性質」18題(金属 4 題，鉄鋼14題)は

9 月12日に金属学会 M 会場で開催した．

今村海斗君，塩崎瑛博君，高橋直哉君
第部門賞(2 件)「あかがねの町新居浜と別子銅山の歴史」
新居浜工業高等専門学校 塩崎瑛博君，高橋直哉君，

今村海斗君，植松みずき君，高橋凪君「動け私のものづくり」
愛知教育大学 神谷幸佑君，高橋彩夏君，直井綾香君，

松村貴広君
第部門賞(2 件)「ステンレス電解研磨と加熱着色法の研究」
岡山県立水島工業高等学校 中島泰輝君

付設機器・カタログ等展示会(第回)「南京錠を壊して脱出せよ～そのとき何が起こったのか～」

機器展示 25 社の出展の協力を得た．各社のご厚意に感謝いたし

仙台高等専門学校 戸巻洋平君，島遼翔君，板坂紗花

ます．

君，大津壮陽君，那須川錦君

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japanと，朝夕のバス増便をして頂き，アクセスも混乱なく終了すること

男女共同参画特別企画「梅津先生を囲む会」(月日)
本年猿橋賞を受賞された梅津理恵先生(東北大学金属材料研究ができた．

所)に，子育てをしながら研究生活された実体験談などを話して懇親会は岡山駅東口付近の「ピュアリティまきび」で行われ，岡もらいました．ご当地のお菓子も提供され，和やかな雰囲気で行山大学から会場までシャトルバスを運行し懇親会参加者のアクセス

われた．参加者29名．

の便をはかった．懇親会では余興でちくわ笛が披露され，何名かの参加者がちくわ笛に挑戦するなど笑いを誘う一幕もあり，参加者の歓談が一層盛り上がった．その他地酒コーナーを設け，閉会しても歓談が続くなど，盛会裡に終了した．
岡山大学での日本金属学会講演大会
開催に当たって，岡安実行委員長をはじめとする実行委員の竹元嘉利先生，

梅津先生を囲んで．

上森武先生，中曽浩一先生，李允碩先生ほか皆様には準備当初より長期にわ

大会雑記たり，大変なご努力とご配慮を頂き，岡山大学での講演大会は初めての開催であった．秋暑が厳しい初

そのご尽力により大会を盛会裡に運営

日から秋風の心地よい最終日へと季節のうつろいを感じながら秋期

することができました．お忙しい中を講演大会は，大変盛会裡に終了した．

本会のために長期間を割き，諸般について万端のご協力を頂いた実行委員の講演は昨年秋期講演大会を上回る 1,042件の講演数となった．参方々はじめアルバイト学生の皆様，大加者も一昨年および昨年の秋期講演大会に並ぶ参加者数となった．

学関係者各位に対しまして，衷心より本会の講演は岡山大学津島キャンパス一般教育棟，工学部 1 号

厚くお礼申し上げます．また，諸般ご館および五十周年記念館の 22 会場で開催した．また，ポスターセ

協力頂いた(公社)おかやま観光コンベッションは五十周年記念館で行われた．会場のある岡山大学は，岡ンション協会様にも厚くお礼申し上げ

山駅西口からバスで 10 分程度の場所にあり岡電バスのご協力のも

ます．

・

・

・

・

(2019年 8 月21日～2019年 9 月20日)

正

員

小野寛子
笠井丈司
小林慎太郎
学

生

四方雅之
田内康太郎
田中康紀

富士フイルム株式会社
グローブライド株式会社
高輝度光科学研究センター

坂根
仁
高山直樹
中土井侑未

住重アテックス株式会社

平手智大
松本賢壱郎
松本
峻

大阪大学

JFE スチール株式会社

樋本伊織
三浦良雄

大阪大学

森田尚昂
若林
誠

大阪大学

国立研究開発法人物質・材料研究機構

株式会社コベルコ科研員
大阪大学
芝浦工業大学
早稲田大学

大阪府立大学

大阪大学

大阪大学

外国学生会員
謝



君

東京大学

本 会 記 事Solid Solutions with bcc, hcp, and fcc Structures
Formed in a Composition Line in Multicomponent
Rh
Ru
W
Mo SystemIr

日 本 金 属 学 会 誌 掲 載 論 文Vol. 83, No. 11（2019）

Akira Takeuchi, Takeshi Wada and Hidemi Kato―論
文―
アルカリジンケート浴からの亜鉛の電析挙動とその微細構造に及ぼす有機添加剤の影響
福元健太

大上

Bahram Mirzaei, Takamichi Ono, Goroh Itoh,
Akira Kurumada and Shingo Mukae

炭素鋼に形成された酸化スケールの押込み試験と AE法を用いた損傷挙動の評価

Improvement of High-Temperature Shape-Memory
Effect by Multi-Component Alloying for TiPd AlHiromichi Matsuda, Hirotaka Sato,
loys

功輔

菊池義治

日高康善

赤松慎也

Effect of Heavy Swaging on Cracking Behavior ofTungsten Electrode for Fusing Joining

高須登実男
中野博昭

林

悟

Microstructure of Materials

長

秀雄

兵藤海太

塩化物水溶液中に浸漬された Pb フリー Cu 合金の腐
食挙動
安田吉伸

阿部弘幸

松林良蔵

丸山

徹

春名

匠

Nb 添加フェライト系ステンレス鋼の熱疲労挙動と組織変化に及ぼす熱サイクル中の最高温度および Mo 添
多久島睦子 濱田純一
加の影響

中性子イメージングによる純パラジウムおよびアルミ
ニウム合金中の水素濃度解析
清水一行

林田洋寿

戸田裕之

甲斐哲也

松本吉弘
松本佳久

TiO2 溶融塩電解還元時のガス発生反応
原口靖史

澁谷凌太

夏井俊悟

菊地竜也

鈴木亮輔

Materials Transactions 掲載論文
Vol. 60, No. 11（2019）―Overview―
Anisotropy of Magnetostriction of Functional
BCC Iron-Based Alloys
Shigeru Suzuki, Toru Kawamata, Rayko Simura,
Shimpei Asano, Shun Fujieda, Rie Y. Umetsu,
Masaki Fujita, Muneyuki Imafuku, Tsuyoshi Kumagai andTsuguo Fukuda―Review―
Selective Reduction of Laterite Nickel Ore
Sungging Pintowantoro and Fakhreza Abdul―Regular Article―
Materials Physics

Vacancy Behavior during Aging at 50 and 100°C in
MgSi Alloys with Excess Si Studied byAlPositron Annihilation Spectroscopy
Koji Inoue, Ken Takata, Koji Ichitani and Yasuharu Shirai

Stability of g′ Precipitates in Nickel Based Oxide
Dispersion-Strengthened Superalloys under HighTemperature and Heavy Irradiation Conditions
Azusa Konno, Naoko H. Oono, Shigeharu Ukai,
Sosuke Kondo, Okinobu Hashitomi and Akihiko Kimura

Masayuki Shimojo and Yoko Yamabe-Mitarai

Optimization of Pore Walls Microstructure inOpen Cell Aluminum Foams Utilizing SelfPropagating Reaction
Qiang Feng, Changzhong Liao, YuTian Ma andGuoren Yang

The Role of Dendritic Morphology and Segregation in fcc-fct Transformation and Damping CapacSong Zhang, Xiping
Cu Based Alloys
ity of Mn
Guo, Shuai Zhong, Weixing You and Yonggang Xu

Texture Evolution of Nickel Coatings FabricatedMakoto Hasegawa,by Aerosol Deposition
Kyonosuke Kimura, Koichiro Aoki and Masahiro Komuro

Performance Assessment of Ti
7.5Mo Alloy for
Removable Partial Denture Application
Yu-Po Peng, Jiin-Huey Chern Lin and Chien-Ping Ju

Microstructural Evolution and Mechanical Properties of 6061 Aluminum Alloy Processed with Equal
Channel Angular Pressing (ECAP) and Multi-AxiZhi-chao Xu, Xue-feng Guo,
al Compression (MAC)
Wen-peng Yang, Hong-bao Cui and Ying Wang

Ex Situ Electron Microscopy Study of the Lithiation of Single-Crystal Si Negative Electrodes durIon Battery
ing Charge Reaction in a Lithium
Yutaka Shimauchi, Sachi Ikemoto, Shigekazu Ohmori and
Takaomi Itoi

Microstructure Evolution and Creep Behavior of
Near-a Ti Alloy Produced by Thermomechanical
Haruki Masuyama, Kei Shimagami,
Processing
Yoshiaki Toda, Tetsuya Matsunaga, Tsutomu Ito,
Masayuki Shimojo and Yoko Yamabe-Mitarai
Mechanics of Materials

Crack Growth Characteristics of Aluminum Alloys
Dominated by the Mechanisms of Fatigue andStress Corrosion Cracking
Takeshi Ogawa, Shota Hasunuma, Shunsuke Kato,
Shunpei Suzuki, Yuta Nakamura, Satomi Mano andKazuo Miyagawa

Effects of Si Content and Pre-Strain on Aging BeMn
Mg Alloys Containing a Small
havior in Al
Yasuhiro Aruga and Yuki Tanaka
Amount of Cu

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia JapanApplicability of As-Cast on b Type Titanium Alloys
Proposed in the Compositional Region withDifferent Tensile Deformation Types

Effect of Multi-Pass Equal Channel Angular
Pressing on the Microstructure and Mechanical
Properties of a Directional Solidification
Zhi-chao Xu, Chang Zhu,
Mg98.5Zn0.5Y1 Alloy

Xi-Long Ma, Kazuhiro Matsugi, Zhe-Feng Xu,
Yong-Bum Choi, Ryohei Matsuzaki, Jie Hu, Xin-Gang Liu
and Hao Huang

Xue-feng Guo, Wen-peng Yang, Hong-bao Cui andYing Wang

Evolution of Quasi-Brittle Hydrogen-Assisted
Damages in a Dual-Phase Steel

Mechanical Properties of Cold-Rolled and An12Mg Alloy Sheet with High Mg Solidnealed Al
Solubility Fabricated from Vertical-Type HighSpeed Twin-Roll Cast Strip

Tsubasa Kumamoto, Motomichi Koyama, Koichi Sato andKaneaki Tsuzaki

Yohei Harada, Nan Jiang and Shinji Kumai

Materials Chemistry

Effects of Sigma Phase on the Embrittlement Behavior of Super Duplex Stainless Steel F55 under
SSRT with a Cathodic Charge

Numerical Modeling of Glass Pouring Process at
the Tin Bath Entry with Different Geometry
Luyao Li, Zhongxi You, Huey-Jiuan Lin, Jianjun Han,
Jian Ruan and Xiujian Zhao

Yusuke Shimada, Masahiko Hatakeyama,Jyunichi Hirabayashi, Yuichi Yamamoto, Koichi Sato andSatoshi Sunada

Preparation of a High-Performance Nanocrystalline Lithium/Graphene Composite Battery via
High-Pressure Torsion Method

Materials Processing

Simultaneous Boronizing and Carburizing ofTitanium via Spark Plasma Sintering

Chenhao Qian, Ziyang He, Chen Liang and Weixi Ji
Engineering Materials and Their Applications

Takato Karimoto and Akio Nishimoto

Detachment of Mesenchymal Stem Cells and Their
Cell Sheets Using pH-Responsive CaCO3 Particles

Deformation Type in Forming of Curved ConicalTubes: Fundamental Research for Forming
Closed-Section Parts from Sheet Metal II

Hironobu Sugiyama, Masataka Hakamada andMamoru Mabuchi

Masahiko Sato, Masaaki Mizumura, Yukihisa Kuriyama,
Katsuyuki Suzuki and Atushi Tomizawa

Press Forming of Aluminum Foam during Foaming of Precursor

Prediction of Chevron Cracks in Multipass Drawing

Yoshihiko Hangai, Masataka Ohashi, Ryohei Nagahiro,
Kenji Amagai, Takao Utsunomiya and Nobuhiro Yoshikawa

Akira Shiga, Tomohiro Yamashita and Yutaka Neishi

CuO-Doped Catalyst Synthesized from Red Mudand Rice Husk Ash Using Urea-Nitrate Combustion Technique for p-Xylene Deep Oxidation

Controlling Factor for Maximum Tensile Stressand Elongation of Aluminum Alloy during Partial
Ryosuke Takai, Rei Hirohara,
Solidification

Huynh K. P. Ha, Nguyen Tri, Nguyen P. Anh,
Nguyen T. T. Van, Do T. M. Hieu and Nguyen T. Anh

Naoki Endo, Yoshihiro Nagata, Toshimitsu Okane and
Makoto Yoshida

Development of Penetrating Tool Friction Stir InWei Jiang, Takuya Miura,
cremental Forming―Technical Article―
Influence of As-Cast Microstructure on the Impact
Wear Resistance of 27 massCr Cast Iron

Masaaki Otsu, Masato Okada, Ryo Matsumoto,
Hidenori Yoshimura and Takayuki Muranaka

Ngo Huynh Kinh Luan, Koreaki Koizumi, Kuniaki Mizuno,
Yutaka Yamada and Tetsuya Okuyama

まてりあ

第巻

特集「高度微細構造解析に関する観察支援事業」～文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム微細構造解析事業の紹介～

第号

予告

［講義ノート］焼結の基礎 ―理論的背景から実際まで― 多
粒子系の焼結緻密化挙動― ………………吉田英弘―他―(編集の都合により変更になる場合がございます)



本 会 記 事

行
開催日

事

カ

ン

ダ

ー 太字本会主催(ホームページ掲載)

主催

問合先


年月
第405回講習会 加工変質層を極める―加工変質
1
層の基礎から評価・利用まで(東理大)

精密工学会

1～3

軽金属学会第137回秋期大会(東京農工大)

軽金属学会

TEL 0352265191
https://www2.jspe.or.jp/
TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/

1～4

The 14th International Symposium on Advanced 日本実験力学会
Science and Technology in Experimental
Mechanics(つくば)TEL 0253689310
officejsem＠clg.niigatau.ac.jp
http://jsem.jp/

52019 年度溶接工学企画講座 ～「建築鉄骨を支える最近の溶接技術」～(東京)溶接学会

TEL 0358254073
jwsinfo＠tg.rim.or.jp
http://www.jweld.jp/

6

日本希土類学会第37回講演会(横浜)日本希土類学会

10.16

6

第240回西山記念技術講座
資源・環境・エネルギー問題から見た製銑技術の進歩と今後の展開(大阪)6～7

表面科学セミナー2019「実践 マテリアルイン
フォマティクス 実際の作業を通して身につける材料データ科学」(阪大)TEL 0668797352
kidorui＠chem.eng.osakau.ac.jp
http://www.kidorui.org/lecture.html
日本鉄鋼協会TEL 0336695933
educact＠isij.or.jp
https://www.isij.or.jp/mun6c7d2k
日本表面真空学会 TEL 033812
0266 office＠jvss.jp
https://www.jvss.jp/

7

第239回塑性加工技術セミナー「複雑変形の塑性と損傷―単軸引張からの脱却―」(名工大)日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

定員
50名



第回 ヤン グメ タラジ スト 研究 交流会 (川 崎)
(号
頁)

日本金属学会関東 https://forms.gle/nhuE3Phr2zw36ASa7
支部

8

その場観察分科会第 1 回( 2019 年)研究討論会～
テーマその場観察の最前線から～(九大)

微小領域の力学特性評価とマルチスケールモデリ
ング(軽井沢)(号頁)



金属学会シンポジウム「ハイエントロピー合金の材料科学」（東京）(号
頁)

14～15

第 16 回ノートパソコンで出来る原子レベルのシ
ミュレーション入門講習会～分子動力学計算と電子状態計算～(大阪)

TEL 0928026810
http://microscopy.or.jp/20190819/
日本金属学会研究 https://www.nims.go.jp/group/sdg/
会 No. 82
micromechjim/
日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
meeting＠jim.or.jp
日本材料学会0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp

14～15

第36回初心者のための疲労設計講習会(広島)

15

15




名称・開催地・掲載号

レ

NACE EAP Conference 2019
術(横浜)

17～22

国 際 ガ ス タ ー ビ ン 会 議 2019Tokyo ( IGTC2019
Tokyo)(東京)
実用表面分析セミナー2019(神戸大)18

腐食科学と防食技

日本材料学会NACE EAP

定員
50名

11.1
定員
100名

講演
10.5
参加
11.11

http://www.nacetokyosection.org/

日本ガスタービン http://www.gtsj.org/english
学会
日本表面真空学会 http://www.sssj.org/Kansai/kansai_ jitsuyou22.
関西支部
html
産 総 研 総 務 本 部 diversity
eventofficeml＠aist.go.jp
ダイバーシティ推 https://unit.aist.go.jp/diversity/ja/event/
進室
191118_div_event.html#j
溶接学会
TEL 0358254073
jwsinfo＠tg.rim.or.jp
http://www.jweld.jp/

18～19

女子大学院生・ポスドクのための産総研所内紹介と在職女性研究者との懇談会(つくば)18～192019年度溶接入門講座(岡山)20

腐食防食部門委員会第331回例会(大阪)

日本材料学会

20～22

第19回破壊力学シンポジウム(福島)日本材料学会21～22

電気加工学会全国大会(2019)(金沢大)電気加工学会22

第 22 回ミレニアム・サイエンスフォーラム(東京)

ミレニアム・サイエンス・フォーラム

第回若手研究グループ「多様な先端観察・測定法を用いた組織の定量と力学特性解析への適用」(松山)(号頁)

25～27

第 40 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(明大)日本金属学会・若 miyazawa.t.ab＠m.titech.ac.jp
手研究グループ
No. 03
超音波エレクトロ TEL 042
4435166 h.nomura＠uec.ac.jp
ニクス協会

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan

定員
80名
参加予約
9.30

日本顕微鏡学会

TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/
第48回 薄膜・表面物理 基礎講座
応 用 物 理 学 会 薄 TEL 033828
7723 igarashi＠jsap.or.jp
界面物理と摩擦の科学～ナノトライボロジー入門 膜・表面物理分科 http://www.jsap.or.jp/～(東京理科大)会
第 88 回レアメタル研究会(東大生産技研)(本号 レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
700頁)
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
第回日本金属学会東北支部研究発表大会「 21 日本金属学会東北 TEL 0223810378
世紀を支える構造材料」(名取)(号頁)
支部
jim.tohoku2019(at)gmail.com

11～14

締切

定員
80名

TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp
TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp/
TEL 0538450127 goto.akihiro＠sist.ac.jp
http://www.jseme.or.jp
TEL 0367328966 msf＠oxinst.com
http://www.msforum.jp/

11.15

講演
8.9




開催日

名称・開催地・掲載号

25～27

EcoDesign 2019国際会議(横浜)

26～27

第29回

26～28

第45回固体イオニクス討論会(九大)


～


第回 材料機能特性のアーキテクチャー研究会(＠南紀白浜)開催のご案内(号
頁)

27

産業技術総合研究所エネルギー・環境シンポジウ
ムシリーズ エネルギー技術シンポジウム 2019
エネルギー材料開発・エネルギーシステム評価のための先端計測技術(東京)27～28

傾斜機能材料シンポジウム(大阪大)

主催

問合先

締切

エコデザイン学会 ecodesign2019_secretariat＠ecodenet.com
連合他
http://ecodenet.com/ed2019/
傾斜機能材料研究 fgms2019＠jwri.osakau.ac.jp
会
http://www.fgms.net/?p＝1722
日本固体イオニク TEL 092
8026711
ス学会
atakagak＠cstf.kyushuu.ac.jp
http://www.cstf.kyushuu.ac.jp/～ishihara
lab/ionics/

11.1

日本金属学会
研究会 No. 81

TEL 0527893366 anaka＠nagoyau.jp
http://j3www.materia.titech.ac.jp/
mishimakimura/architecture.html
産業技術総合研究 TEL 029
8617247
所

10.11

第164回塑性加工学講座「板材成形の基礎と応用～応用編～」(東京)

日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

定員
80名

28

素材プロセッシング分野(環境リサイクルを含む)における産学連携に関するシンポジウム(東大生
産研)(本号700頁)

東京大学 生産技術研究所 非鉄金
属資源循環工学寄付研究部門

28

第71回白石記念講座 地震と鋼材―阪神・淡路大震災から25年を過ぎて―(東京)第52回安全工学研究発表会(長岡)

28～29
28～30

粉末冶金基礎・実用講座(京都工芸繊維大)TEL 0354526314
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/index.
html
tmiya＠iis.u-tokyo.ac.jp
日本鉄鋼協会TEL 0336695933 educact＠isij.or.jp
https://www.isij.or.jp/mu8ne0d9y
安全工学会
TEL 0362062840 jsse2004＠nifty.com
https://www.jsse.or.jp
粉体粉末冶金協会 TEL 075
7213650 info＠jspm.or.jp

第46回炭素材料学会年会(岡山大)炭素材料学会

FAX 0352278632
tansodesk＠bunken.co.jp
http://www.tanso.org/contents/event/conf2019/29

第 6 回統合的先端研究成果発表会(東京)

軽金属奨学会TEL 0662713179
lmfoundation＠nifty.com
http://www.lmfoundation.or.jp/

29

関西支部第 21 回塑性加工基礎講座「塑性加工シ
ミュレーションに役立つ基礎知識」(同志社大)29～30

日本顕微鏡学会第62回シンポジウム(さいたま)

北陸信越支部 令和元年度総会・連合講演会(新潟大)(号頁)日本塑性加工学会 TEL 090
92800383
11.15
関西支部
kansosei＠mail.doshisha.ac.jp
日本顕微鏡学会
TEL 0364575156
jsmpost＠microscopy.or.jp
http://www.microscopy.or.jp/sympo/62nd/
entry.shtml
日本金属学会北陸 TEL/FAX 0252626212
懇親会参加
信越支部
committee＠jimisijhs2019.sakura.ne.jp
11.20

28～29


年月溶接構造シンポジウム 2019 「デジタル技術が拓
3～4く溶接構造化技術の革新」(阪大)4

第51回 エンジニアリングセラミックスセミナー「エンジニアリングセラミックスに関わるプロセ
ス技術の革新」(東工大)

5～6

2019年度磁性流体連合講演会(名古屋)

5～7走査型プローブ顕微鏡(33) & ICSPM27(伊豆)6

第23回生体関連セラミックス討論会(北大)10～14

日本 MRS 創立30周年記念国際会議(横浜)11

第406回講習会日本が誇る精密計測・計測標準の真髄 ―精密計測の基礎・基本・ノウハウから最先端の計測標準，精密加工計測まで―(上智大)19

電気加工学会

電解加工講習会(静岡理工大)


年月
第58回 セラミックス基礎科学討論会(愛知)
9 ～10

10

第89回レアメタル研究会(東大(本号700頁)



北海道支部 冬期講演大会並びに講演募集のお知らせ(札幌)(本号頁)



鉄門記念講堂)溶接学会溶接構造 TEL 035825
4073
研究委員会
s_kogure＠tt.rim.or.jp
http://www.jwri.osakau.ac.jp/～conf/wmd2019/
日本セラミックス TEL 033362
5231 encera＠cersj.org
協会他
http://www.ceramic.or.jp/bkouon/index_
j.html磁性流体研究連絡 TEL 052
7357542
会
jsmfr＠jsmfr.on.arena.ne.jp
http://jsmfr.on.arena.ne.jp/jsmfr2019.html
応 用 物 理 学 会 薄 https://dora.bk.tsukuba.ac.jp/event/
膜・表面物理分科 ICSPM27/index
会研究会
日本セラミックス http://www.ceramic.or.jp/bseitai/symposium/
協会
23th_Symp.html
日本MRS
TEL 0452638538
info_mrm2019＠jmru.org
https://mrm2019.jmru.org
精密工学会
TEL 0352265191
https://www2.jspe.or.jp/
電気加工学会

11.15

100名

参加
11.20

定員
60名

TEL 0538450127 goto.akihiro＠sist.ac.jp
http://www.jseme.or.jp/

日本セラミックス funntai＠crl.nitech.ac.jp
協会基礎科学部会 http://www.ceramic.or.jp/bkiso
レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
日本金属学会北海 TEL 0117066842
道支部
jim-hokkaido＠eng.hokudai.ac.jp

事前
12.20

本 会 記 事

開催日

名称・開催地・掲載号

主催

問合先

17

表面科学技術研究会 2020 トライボロジーの最前線―ナノトライボロジーその場計測―(大阪)23～24

第48回ガスタービンセミナー(東大)24

炭素材料学会 1 月セミナー「エネルギー・環境
材料としてのポーラスカーボン～未来を拓く古くて新しいカーボン～」(東京)

炭素材料学会25

第25回高専シンポジウム in Kurume(久留米)28～29

第27回超音波による非破壊評価シンポジウム(東
京)

28～29

第 26 回『エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム(横浜)久留米工業高専， TEL 094235
9300
高専シンポジウム sympo25＠kurume-nct.ac.jp
協議会
http://www.kurumenct.ac.jp/sympo25
日本非破壊検査協 TEL 035609
4015 http://www.jsndi.jp/
会
nakamura＠jsndi.or.jp
スマートプロセス TEL 066878
5628 mate＠spsmste.jp
学会他
http://spsmste.jp/mate2020/src/

30～2.1

第25回 電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―(三島)


年月
ウィンタースクール「トポロジー最適化の基礎～
21
積層造形によるものづくりへの応用～」(中央大)年月
第90回レアメタル研究会(東大生産技研)
6(本号700頁)

8 ～11

COMPSAFE2020 (第 3 回安心・安全・環境に関する計算理工学国際会議)(神戸)


～


日本金属学会春期講演大会(東京工業大学大岡山
キャンパス)(東京)(本号頁)

表面技術協会関西 TEL 075
7811107
支部他
kansaioffice＠sfj.or.jp
http://www.sssj.org/Kansai/goudou20117.
html
日本ガスタービン gtsj
office＠gtsj.org http://www.gtsj.org/
学会

27～30

第 1 回地球環境のための炭素の究極利用技術に関するシンポジウム(奈良)年月8 ～29
Mate2020 第 26 回『エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム(横浜)◇2020年度

TEL 0338688957 office＠jsces.org
http://www.jsces.org/

レアメタル研究会 TEL 035452
6314
tmiya＠iis.utokyo.ac.jp
https://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
COMPSAFE2020 secretary＠compsafe2020.org
実行委員会
http://www.compsafe2020.org
日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp


年月
29～7.3
PTM2020(8th International Conference on Solid 中国金属学会
Solid transformations in Inorganic Materials)(中
国西安)

年月

～

日本金属学会秋期講演大会(富山大学五福キャン 日本金属学会
パス)(富山)年月
19～22
The 8th conference of Crystal Growth and Crystal アジア結晶成長おTechnology (CGCT8)第 8 回アジア結晶成長・結 よび結晶技術学会
晶技術国際会議(宮崎)他
日本鉄鋼協会1.10

TEL 0352278632
tansokoshukai＠bunken.co.jp
http://www.tanso.org/

電子デバイス界面 http://www.editws.jp/
テクノロジー研究会
日本計算工学会

締切

参加
12.16

2.14

講演1.8
参加2.28ptm2020＠csm.org.cn
http://www.ptm2020.com

TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp
TEL 0668798730
yamanoik＠ile.osakau.ac.jp
https://www.opt.miyazakiuac.jp/hikari/
TEL 0752232311
http://web.apollon.nta.co.jp/CUUTE1/cuute1＠nta.co.jp

スマートプロセス TEL 066878
5628 mate＠spsmste.jp
学会他
http://spsmste.jp/mate2020/src/

日本金属学会講演大会開催予定◇

春2020年 3 月17日(火)～19日(木)東京工業大学大岡山キャンパス(講演・参加申込期間2019年11月25日～2020年 1 月 8 日)
秋2020年 9 月16日(水)～18日(金)富山大学五福キャンパス(会告2020年まてりあ 5 号)(5 月 1 日発行)

ま て り あ 第58巻 第11号(2019)
Materia Japan




追

悼

本会元副会長，名誉員

村上陽太郎 先生を偲んで本会名誉員 村上陽太郎先生は，2019年 8 月29日老衰のため享年102歳で逝去されました．会員の皆様にご報告申し上げますとともに，先生の生前のご功績を偲びつつ，謹んで哀悼の意を表します．先生は 1917年生まれ，
1942年 9 月京都帝国大学工学部冶金学科をご卒業後，同大学院に進まれました1943年11月には同大学講師に任官されました．1953年 2 月母校京都大学教授に昇任され，冶金学第四講座を担当されました．爾来教授として京都大学で28年間，さらに関西大学で 7 年間・合計 35年間という長い年月を大学教授として教育研究に情熱を注がれ，先生から直接厳しくも愛情に満ちた薫陶を受けた学生は二百名以上に達しております． 1981年には京都大学名誉教授に推挙されました．先生のご研究は，金属材料基礎学，非鉄金
属材料学，金属系新素材・新技術一般，アルミニウム，銅，チタンとそれらの合金の基礎と工業技術など広範な分野にわたり，その研究業績は国内外の学界及び産業界で高く評価され，これらに対して日本金属学会功績賞，同論文賞，同谷川・ハリス賞，同学会賞，本多記念会本多記念賞，複数回の伸銅技術研究会論文賞，軽金属学会論文賞，同学会賞などを授与されました．1981年にはドイツ金属学会名誉会員に推挙され， 1991年には勲二等瑞宝章を受章されています．以上に加え(公財)軽金属奨学会の発足当
財 大阪科学技術センター付属ニューマテリアルセンター所長や時の理事，
学協会の要職を務められ，本会の副会長，理事としても尽力されました．このように長期にわたって教育，後進の育成並びにわが国の学術の発展のため多大な貢献をされ，また多くの方々から敬愛されています．ここに先生のご遺徳を偲び謹んでご冥福を心からお祈り申し上げます．

お知らせ2020年春期講演大会の各申込が始まります．皆様のご参加をお待ちしております．
2020年会員ご継続の会費お払込みの時期となりました．お手続きをどうぞよろしくお願いします(本号697頁)

2019, 2020年度会報編集委員会
委員
長
副 委 員 長
委
員

大塚
誠
竹田
修
池尾直子
大野直子
近藤亮太
杉浦夏子
佃
諭志
徳永透子
長谷川 誠
宮崎秀俊
山中謙太

石本卓也
小幡亜希子
齊藤信雄
芹澤
愛
堤
祐介
轟
直人
春本高志
宮澤知孝
山本剛久

ま て り あ 第巻 第号（） 発行日
発行所



井田駿太郎
木口賢紀
齊藤敬高
島克利
圓谷貴夫
永井
崇
藤枝
俊
宮部さやか
横山賢一

2019年11月 1 日

公益社団法人日本金属学会〒9808544 仙台市青葉区一番町一丁目1432
TEL 0222233685 FAX 0222236312

発
印
発(五十音順，敬称略）

上田恭介
北村一浩
佐々木秀顕
高山直樹
寺西
亮
長岡
亨
細川裕之
盛田元彰
吉矢真人

梅津理恵
小畠淳平
佐藤紘一
田中秀明
寺本武司
中村篤智
本間智之
森戸春彦
吉年規治

大石
郁
小柳禎彦
佐藤豊人
趙
研
土井康太郎
野山義裕
三井好古
諸岡
聡
李
海文

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山村英明
小宮山印刷工業株式会社
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本 会 記 事2019年11月 1 日発行「まてりあ」