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



 

2024.4.23 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76回講演大会にて、早川君(M1)が口頭発表を行いました!!

2024.4.8 新4年生配属!!

 新4年生が6人、宮原研に配属となりました!!顔合わせの後、さっそく新歓を行いました!!!これから卒業・修了まで宜しくお願いします!!

2024.4.1 新年度

 新年度が始まりました!学生も学年が一つ上がりました!!

2024.3.31 卒業

 技術職員の田中さんが本年度をもって宮原研を卒業されました。これまでありがとうございました!!

2024.3.25 学位授与式

 ウエスト4号館2階のピロティにて、研究室の学位授与式と記念撮影を行いました!!皆さんの今後の人生に幸多きことを祈っています!!

2024.3.25 祝賀会&授賞スピーチ&卒業生代表スピーチ!!

 椎木講堂での卒業・修了式を終えて鉄鋼リサーチセンターにて材工の授与式&祝賀会が開催されました!!授与式では日本鋳造工学会から「奨学賞」を授与された西野君と相原君が部門長より賞状を受け取り、一言スピーチをしました。また、祝賀会の終盤では近藤君が本年度の材工全卒業生を代表してスピーチを行いました!!

2024.3.17-18 年度末報告会

 大阪大学中之島センターで開催された「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2023年度報告会にて森下准教授が報告しました。

2024.2.20 打ち上げ!!

 卒論・修論を終え、みんなで打ちあがりました!!お疲れさまでした!!!

2024.2.20 修論発表!!

 M2の相原君、岩切君、西野君、近藤君、藤原君の5名が修士論文試問会にて無事に発表と質疑を終えました!!さすがM2と言える発表でした!!!

2024.2.16 卒論発表!!

 B4の赤尾君、井口君、河邉君、角田君、早川君が卒業論文試問会にて無事に発表と質疑を終えました!!

2024.2.8 工場見学&報告会!!

 日鉄ロールズ株式会社を訪問して工場見学をさせてもらいました!その後西野君(M2)と角田君(B4)に研究報告をしてもらいました!!

2024.1.29 工場見学!!

 三菱マテリアル株式会社の堺工場および三宝製作所にM1の学生3人と宮原教授、森下准教授とで工場見学に伺いました!3人の研究室卒業生が社会人として頑張っているようで大変嬉しく思います!!

2023.12.22 中間報告会&忘年会

 11月末のM2の報告会に引き続いて、12月21日にはM1の、22日はB4の中間報告会を行いました!終わった後は忘年会でした!!

2023.12.22 発表!!

日本鋳造工学会が夏から進めてきた鋳造法案勉強会の発表会が早稲田大学にてハイブリッド形式で開催されました。宮原研からは河邉君(B4)がオンラインで参加し、鋳造法案のコンセプトと実際の鋳造品について発表しました!!

2023.12.2-14 SPring-8で実験!!

 近藤君(M2)、藤原君(M2)、斎藤君(M1)、松野君(M1)、井口君(B4)、河邉君(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。

2023.12.1-4 国際学会発表!!

北海道の室蘭にて、The 16th Asian Foundry Congress(AFC16:第16回アジア鋳物会議)が開催され、西野君(M2)が口頭発表を、田中さんがポスター発表を行いました!

2023.11.30 受賞!!

 当研究室の相原君(M2)と西野君(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!!

2023.11.24-25 発表

 名古屋工業大学で開催された第17回 物性科学領域横断研究会にて森下准教授がポスター発表を行いました。

2023.11.21 祝勝会!!

 先日の「材工ソフトボール大会」での優勝を祝して、宮原先生主催で研究室の皆で焼肉食べ放題に行ってきました!!

2023.11.18 鋳造

 鋳造工学会の鋳造法案勉強会(8月の終わりから9月の終わりにかけて課題で示された製品形状を欠陥無く鋳込める方案をシミュレーション等を駆使して設計し、その出来栄えを競う)での河邉君(B4)の法案モデルを実鋳造してもらいました!埼玉の田島軽金属さんに各大学が集まり、方案を基に作ってもらった鋳型にアルミ合金を鋳込んでもらいました!!鋳造品はこれから各種評価にかけられます。次は12月の方案発表会とまだまだ続きます。

2023.11.16 受賞!!

 国際会議CMSTF2023初日のポスターセッションに対するAwardが2日目のバンケットにて発表されました!藤原君(M2)がBronz Poster Awardを、そしてなんと齋藤君(M1)がGold Poster Awardを受賞しました!!おめでとうございます!!

2023.11.15-17 国際学会発表!!

 科研費「学術変革領域研究(A) 超温度場材料創成学」が主催する国際会議「The 1st International conference on Creation of Materials by Superthermal Field 2023(CMSTF2023)」が大阪の千里ライフサイエンスセンターにて開催され、近藤君(M2)、藤原君(M2)、齋籐君(M1)、松野君(M1)の4名がポスター発表を行いました!!海外の研究者からの質問にも頑張って答えていました!!

2023.11.15-17 招待講演

 科研費「学術変革領域研究(A) 超温度場材料創成学」が主催する国際会議「The 1st International conference on Creation of Materials by Superthermal Field 2023(CMSTF2023)」が大阪の千里ライフサイエンスセンターにて開催され、森下准教授がInvited talkを行いました。

2023.11.13 材工ソフトボール大会優勝!!

 前週の予選リーグを得失点差でなんとか勝ちぬいた「材工ソフトボール大会」ですが、本日、準決勝、決勝戦が行われ、宮原研が優勝しました!!最後は宮原研14-13田中研という接戦を制しての優勝でした。

2023.10.2 受賞!!(QFC-SP)

 QFC-SPリサーチ生の金属学会高校生ポスターセッションでの発表が「高校生ポスター最優秀賞」に選出されました!!





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