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



2023.5.27 QFC-SP

「九州大学未来創成科学者育成プロジェクト(QFC-SP)」のリサーチ生(高校生)がSPring-8に見学に来ました。写真は大学院生から試料の位置をどのように調整するのかについて説明を受けているところです。

2023.5.23-6.5 SPring-8で実験

 近藤君(M2)、藤原君(M2)、斎藤君(M1)、松野君(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。

2023.5.20-21 学会発表

 近畿大学 東大阪キャンパスにて開催された日本鋳造工学会 2023年春期・第181回全国講演大会にて田中さん、近藤君、西野君、相原君、博士課程の武谷さんが口頭発表を行いました。

2023.4.28 学会発表

 JR博多シティで開催された日本鋳造工学会九州支部 第75回講演大会にて馬君(D3)と西野君(M2)が口頭発表を行いました。

2023.4.14 見学!!

 戸畑製作所、機械濱田研、材工宮原研の枠組みで共同研究を進めているA-STEPの課題に関連して、NTTdata XAMテクノロジーズ社のデジタルマニュファクチャリングセンター(大阪)に見学および打ち合わせに伺いました。L-PBF方式の金属3Dプリンタがずらずらと並んでおり壮観でした。宮原研からは宮原教授、森下准教授、相原(M2)、岩切(M2)、窪田(M1)、中澤(M1)が参加しました。

2023.4.11 新4年生配属!!

 宮原研に新4年生として赤尾君、井口君、河邉君、角田君、早川君の5名が配属されました。これからよろしくお願いします!!夜には歓迎会を行いました(2次会しか写真を撮っていませんでした)

2023.4.1 新年度

 令和5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。

2023.3.21-22 報告会

 富山県民会館で開催された「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2022年度報告会にて森下准教授が報告しました。

2023.3.20 卒業・修了!!

 福元氏、Kamimiyada氏、Suphattra氏が博士(工学)の学位を授与され、M2の安達君、先崎君、山本(大)君、山本(陵)君が修了、B4の窪田君、斎藤君、中澤君、松野君が卒業しました。皆さんの益々の活躍を期待します!!

2023.2.22 博修卒論打ち上げ!!

 発表が一段落ついたということで打ち上げを行いました!!研究室としては2020年2月以来の飲み会となります。

2023.2.21 卒業論文試問会

 B4の窪田君、中澤君、斎藤君、松野君が無事に卒業論文の発表を終えました!!かなり緊張していましたがよく頑張りました!!

2023.2.17 修士論文試問会

 M2の安達君、先崎君、山本(大)君、山本(陵)君が無事に修士論文の発表を終えました!!

2023.2.6 学位論文公聴会

 当研究室の博士後期課程学生の福元志保氏、Suphattra Sachana氏 がそれぞれ学位公聴会にて博士論文の発表を行いました!お疲れさまでした!!

2023.2.3 学位論文公聴会

 当研究室の博士後期課程学生であるKAMIMIYADA氏が学位公聴会にて博士論文の発表を行いました!お疲れさまでした!!

2022.12.16 授賞!!

 当研究室の山本(大)君(M2)が日本鋳造工学会から「奨励賞」を授与されました!おめでとうございます!!

2022.11.26 講演

 オンラインで開催された第16回物性科学領域横断研究会にて、学術変革領域研究(A)「超温度場材料創成学」から小泉領域代表(大阪大学)と森下准教授が発表を行いました。





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