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。SUS316L粉末を用いてホイールギアを造型している様子です。



材料工学科紹介ビデオ

材料工学科の紹介動画が公開されました!!宮原研は1:07~1:19です。


NEWS

最近の出来事をこちらにまとめています



2022.9.22 基調講演

 日本金属学会 2022年秋期(第171回)講演大会の公募シンポジウム「Additive Manufacturingの材料科学」にて森下准教授が基調講演を行いました。

2022.9.20-23 学会発表

 福岡工業大学にて3年ぶりに対面で開催された日本金属学会 2022年秋期(第171回)講演大会にて山本(大)君、安達君、藤原君、近藤君が口頭発表を行いました。学生にとっては初めての対面での発表であり、緊張したかと思いますが得るものも大きかったと思います。また、同時開催の日本鉄鋼協会 第184回秋季講演大会では鷲見さんが口頭発表を行いました。

2022.9.8 課題採択

 宮原教授が学側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「強度信頼性と異常組織発展に関する工学的思考に基づく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。昨年度までのFSに引き続いての課題となります。研究期間はR4.10~R8.3(最長)です。株式会社戸畑製作所、九大機械との共同研究で進めていきます。

2022.7.31 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。

2022.7.29 学会発表

九州工業大学(ハイブリッド形式)にて開催された第107回一般社団法人軽金属学会 九州支部例会にて、安達君(M2)が招待講演での口頭発表を行いました。初めての対面での発表となりました。

2022.6.30-7.8 SPring-8で実験

 安達君(M2)、山本君(M2)近藤君(M1)、藤原君(M1)と森下准教授とで兵庫県のSPring-8にて実験を行いました。
 期間内某日には学術変革領域研究から小泉先生(領域代表)・奥川先生と大阪大学の学生2名も参加しました。

2022.6.16 授賞!!

先日開催された日本鉄鋼協会九州支部・日本金属学会九州支部・軽金属学会九州支部 2022年度合同学術講演会での安達君(M2)、先崎君(M2)の発表がそれぞれ「口頭発表優秀賞」を授賞しました!!

2022.6.5 こども鋳物教室

「こども鋳物教室」を「もろきち」さんに通う糸島の小学生と一緒に開催しました。みんな(お父さんも含めて)楽しんでくれたようで安心しました。こちらが驚くほど小学生は目を輝かせて真剣に型を造っていました。

2022.6.4 学会発表

オンラインで開催された日本鉄鋼協会九州支部・日本金属学会九州支部・軽金属学会九州支部 2022年度合同学術講演会にて当研究室の学生が10件の口頭発表を行いました。

2022.5.21 学会発表

大同大学で開催された日本鋳造工学会 第179回全国講演大会にて西野君(M1)が口頭発表を行いました。

2022.4.25 学会発表

オンラインで開催された日本鋳造工学会九州支部 第74回講演大会にて西野君(M1)が口頭発表を行いました。

2022.4.19 4年生配属

宮原研に4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!

2022.4.1 新年度

 令和4年度になりました。研究室のメンバーも学年が一つずつ上がりました。

2022.3.30-31 報告会

オンラインで開催された「科学研究費補助金 学術変革領域研究(A)『超温度場材料創成学』」の2021年度報告会にて森下准教授が報告しました。

2022.3.23 卒業・修了

 宮本氏が博士(工学)の学位を授与され、M2の加藤君、亀渕君、都外川君、山之内君、湯浅君が修了、B4の相原君、岩切君、近藤君、西野君、藤原君が卒業しました。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。

2022.3.23    授賞!!

 当研究室B4の近藤君と藤原君の両名が日本金属学会・日本鉄鋼協会 第30回奨学賞を授賞しました!!ハイブリッド形式で行われた材料工学部門の卒業祝賀会にて賞状を授与されました。今後益々がんばってください。

2022.3.23    授賞!!

 日本金属学会 2022年春季 第170回講演大会 第38回ポスターセッションでの山本大貴君の発表が【優秀ポスター賞】を授賞しました!!

2022.3.22    学会発表

 オンライン形式で開催された日本金属学会 2022年春季 第170回講演大会 第38回ポスターセッションにて山本君がポスター発表を行いました。

2022.3.17    学会発表

 オンライン形式で開催された日本金属学会 2022年春季 第170回講演大会にてSachanaさんが口頭発表を行いました。

2022.3.15    学会発表

 オンライン形式で開催された日本鉄鋼協会第183回春季講演大会にて宮原教授が口頭発表を行いました。宮原教授が主査を務めてきた「凝固過程の偏析・欠陥の3D/4D解析研究会」の最終報告会でもありました。

2022.2.17    卒論試問会

 B4の相原君、岩切君、近藤君、西野君、藤原君が無事に卒業論文の発表を終えました!!

2022.2.15-16    修論試問会

 M2の加藤君、亀渕君、都外川君、山之内君、湯浅君が無事に修士論文の発表を終えました!!

2021.11.18    新メンバー

 テクニカルスタッフとして浅生さんが宮原研に加わりました。宜しくお願いいたします。

2021.11.9-12    学会発表

 ハイブリッド形式で開催されたInternational Symposium on the Science and Processing of Cast Iron (SPCI-XII)にて宮原教授が口頭発表を行いました。

2021.11.5-8    学会発表

 ハイブリッド形式で開催された日本鋳造工学会 第178回全国講演大会にて宮原教授が口頭発表を行いました。

2021.10.23    受賞

 森下准教授が日本銅学会第55回「論文賞」を受賞しました。受賞論文は“レーザ照射による銅粉体の溶解・凝固挙動のその場観察”, 森下 浩平, 亀渕 裕介, 末丸 直也, 宮原 広郁, 銅と銅合金, 60 (2021) pp. 162-166.です。

2021.10.15-25    SPring-8で実験

 亀渕君(M2)、安達君(M1)、山本君(M1)近藤君(B4)、藤原君(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。

2021.10.15-25    SPring-8で実験

 敷地内の一コマ

2021.9.14-17    学会発表

 オンラインで開催された日本金属学会 2021年秋期(第169回)講演大会にてPreawさん(D)、亀渕君(M2)、加藤君(M2)が口頭発表を行いました。

2021.9.10    課題採択

 森下准教授が参画する研究課題が、科学研究費補助金 学術変革領域研究(A)に採択されました。研究領域名は「超温度場材料創成学:巨大ポテンシャル勾配による原子配列制御が拓くネオ3Dプリント」です。この中で森下准教授は計画班代表として「超温度場結晶成長マイクロダイナミクス:透過X線その場観察」という課題を進めます。(研究期間:2021~2025年度)





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