Solidification and Crystal Growth for Metals, Ceramics and Composite Materials

結晶成長・凝固・鋳造の原理解明とそれを利用したものづくり

融液成長は液相から固相への相変態ですが,その過程においては複雑な形状をとるものや,合金元素の濃度が場所によって変化するなど,制御しなくてはいけない因子が無数に存在します.宮原研では金属,半導体,セラミックスなどの種々の構造材料及び機能材料について,目的を達成しうる「組織」へと制御するプロセスについて研究しています.例えば太陽電池に用いられるシリコン結晶は,シリコンを融液内で一方向に成長させて作製します.結晶品位はエネルギー変換効率に大きく影響しますので,高い性能を持つ多結晶シリコンを目指して組織制御を行います.また,自動車などの輸送機器の一部の部品では軽量なアルミニウム合金やマグネシウム合金を溶解・凝固して製造します.溶融合金の湯流れでは不純物や気泡を巻き込む恐れがあるため,分散する不純物の除去を目的とした,湯流れと凝固組織の制御について研究しています.さらに,製鉄所で製造される鋼板や鋳型内で凝固する鋳鉄等の大きなものから,金属3Dプリンターで繰り返される小さなものまで,組織の形状及び分布が製品の性質を大きく左右します.高性能の材料の実現を目指して,結晶成長・凝固・鋳造の原理解明とその制御方法について研究しています.

Crystal growth from melt is a phase transformation from the liquid phase to the solid phase, and there are a myriad of factors that must be controlled during this process, such as complex shapes and variations in the concentration of alloying elements within the melt. In Miyahara Laboratory, we are studying the control process so as to allow various structural and functional materials such as metals, semiconductors, and ceramics to develop into microstructures that achieve the desired properties. For example, silicon crystals for solar cells are manufactured by unidirectional crystal growth in silicon melt. Since the crystal quality greatly affects the energy conversion efficiency, microstructure control is performed to achieve polycrystalline silicon with a high performance. In addition, some components of transportation machines such as automobiles are manufactured by melting and solidifying lightweight aluminum and magnesium alloys. Since impurities and bubbles may be entrained in the molten alloy flow, we are studying the control of flow and solidification structure to remove dispersed impurities. In addition, the properties of products are affected greatly by the shape and distribution of microstructures, which are determined in a large range for some products such as steel plates manufactured in steel plants and cast iron solidified in molds, or in a small range for other products such as objects fabricated with metal 3D printers by repeated melting and solidification. We are investigating the principles of crystal growth, solidification and casting, and their control methods to realize high-performance materials.

  • Non-facet growth Facet growth
  • ノンファセット成長とファセット成長

    図は透明有機物であるサクシノニトリル(左)とザロール(右)の成長をその場観察したものです。金属材料の多くもデンドライトと呼ばれる樹の枝のような複雑な形状の固相が液相中を成長していきます。

  • 金属3Dプリンタの造型デモ

    当研究室に設置されている金属3Dプリンタ(EOS社製M100)をインストールした際の造型の様子を動画にしてみました。SUS304L粉末を用いてホイールギアを造型している様子です。



NEWS

最近の出来事をこちらにまとめています


2021.7.4    講義

「九州大学未来創成科学者育成プロジェクト(QFC-SP)」のQFCプライマリー講座にて森下准教授が高校生向けに講義を行いました。



2021.6.11    学会発表

オンラインで開催された021年度日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部・軽金属学会九州支部・合同学術講演会にてPreawさん(D)、Ma君(D)湯浅君(M2)、亀渕君(M2)、加藤君(M2)、山之内君(M2)、都外川君(M2)、安達君(M1)、先崎君(M1)、山本大君(M1)が口頭発表を行いました。

2021.5.22-23    学会発表

オンラインで開催された日本鋳造工学会 第177回全国講演大会にて宮原教授が令和2年度西山賞受賞記念講演を、山之内君(M2)と先崎君(M1)が口頭発表を行いました。


2021.6.1-10   SPring-8で実験

森下准教授が兵庫県のSPring-8にて実験を行いました。Zoomで研究室の学生と打合せながら進めました。

2021.6.1-10   SPring-8で実験

季節なのか、鹿が非常に多かったです。



2021.5.8-16 HP修正

スマホからの閲覧時にレイアウトが乱れる問題を修正しました。

2021.4.23 学会発表

オンラインで開催された第73回日本鋳造工学会九州支部講演大会にて宮本さん(社D.OB)と山本(大)君(M1)が口頭発表を行いました。

2021.4.9 2021年度 研究室開き

新しく加わったメンバーも含め、全員で顔合わせを行いました!Zoomも交えたハイブリッド形式でしたがなんとか無事(?)に新年度をスタートできました。

2021.4.8 4年生配属

宮原研に5名の新しいメンバーが加わりました。よろしくお願いします!

2021.4.1 新年度

新年度が始まりました。学生は今年度から学部では「材料工学科」、大学院では「材料工学専攻」の所属となります。

2021.03.24 卒業・修了

M2の末丸君、津田君、永嶋君、三浦君が修了、B4の安達君、先崎君、南君、山本(大)君、山本(陵)君が卒業しました。皆さんの益々の活躍を期待します!!(注)写真は10秒間息を止めて撮影しています。


2021.03.17-19 学会

オンラインで開催された日本金属学会 第168回講演大会にてPreawさん(D2)と加藤君(M1)が口頭発表を行いました。

2021.03.17-19 学会

オンラインで開催された日本鉄鋼協会 第181回春季講演大会にて宮原教授が口頭発表を行いました。

2021.03.17 受賞

森下准教授が令和2年度の日本鉄鋼協会「澤村論文賞」を共著者の一人として受賞しました。受賞論文は“Selection of the massive-like delta/gamma transformation in Fe‐18mass%Cr―Xmass%Ni alloys (X=8,11,14 and 20)”, ISIJ International, 59 [3] (2019)です。

2021.3.9  追いコン!!

コロナ禍で卒論・修論の打ち上げもままなりませんでしたが、Zoomを用いてオンラインでの追いコンを行いました。皆さんの益々の活躍を期待します!!

2021.3.5   金属3Dプリンタ設置!!

宮原教授が研究代表者を務めるA-STEPに関連し、EOS社の金属3Dプリンタが宮原研の実験室に設置されました。今後、宮原研・野口研(機械工学)・戸畑製作所で使用していきます。

2021.3.1   学会

Virtual Conferenceとして開催されたThe 19th International Conference on Textures of Materials (ICOTOM19)にて森下准教授が口頭発表を、山之内君(M1)がポスター発表を行いました。

2021.2.18   卒業論文諮問会

交通網の乱れにより1時間開始が遅れましたが、B4の安達君、先崎君、南君、山大君、山陸君が卒業論文の発表を行いました。最後の最後に追い上げを見せ、全員立派に発表していました。

2021.2.16-17   修士論文諮問会

雪の降る中、M2の末丸君、津田君、永嶋君、三浦君が修士論文の発表を行いました。

2020.12.17  講演

オンラインで開催された第196回 九州鋳物研究会(日本鋳造工学会本部及び九州支部 受賞記念講演会)にて宮原教授が西山圭三賞の受賞講演を行いました。講演題目は「鋳鉄・軽金属の凝固組織制御と複合化に関する基礎的研究」です。

2020.11.27   受賞

永嶋君(M2)が令和2年度の日本鋳造工学会「奨励賞」を受賞しました!

2020.10.29-11.04   SPring-8で実験

末丸君(M2)、加藤君(M1)、亀渕君(M1)、山之内君(M1)、安達君(B4)、山本君(B4)と森下准教授とで兵庫県のSPring-8にて実験を行いました。

2020.10.28   課題採択

宮原教授が研究代表者を務める研究課題が、科学技術振興機構(JST)の研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)産学共同【本格型】に採択されました。課題名は「積層造形用の難燃性マグネシウム合金粉末と最適な造形プロセスの開発」です。

2020.10.24-25   学会

オンラインで開催された日本銅学会 第60回記念講演大会にて森下准教授が口頭発表を行いました。

2020.10.6-8   学会

オンラインで開催された日本鋳造工学会 第176回全国講演大会にて山之内君(M1)が口頭発表を行いました。

2020.09.16-18  学会

オンラインで開催された日本金属学会 2020年秋季第167回講演大会にて末丸君(M2)と亀渕君(M1)が口頭発表を行いました。

2020.09.16-18   学会

オンラインで開催された日本鉄鋼協会 第180回秋季講演大会にて宮原教授と都外川君(M1)が口頭発表を行いました。

2020.07.28   新メンバー

事務補佐員として工藤さんが宮原研に加わりました。宜しくお願いいたします。






All truths are easy to understand once they are discovered; the point is to discover them.

Galileo Galilei






Miyahara Laboratory

Department of Materials
Kyushu University
Building No. WEST-4
744 Motooka, Nishi-ku, Fukuoka 819-0395 Japan

宮原研究室

九州大学 大学院 工学研究院 材料工学部門
構造用金属科学講座 材料複合工学講座
福岡県 福岡市 西区元岡744 九州大学ウエスト4号館

Faculty

Professor  Hirofumi MIYAHARA
Associate Professor  Kohei MORISHITA