結晶成長と組織形成

47問 • 1年前

Shu Onishi

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問題一覧

金属粉あるいは合金粉を型に入れて加圧形成し、融解温度以下の温度で焼結を行うことで金属製品や金属塊を作る技術を何という

粉末冶金

粉末冶金の特徴を4つ答えよ

複雑な形状を成形できる, 種々の素材を混合して成形できる, 高精度部品を大量生産できる, 多孔質など特殊な構造も成形できる

粉末冶金のプロセスを順に答えよ

粉末の混合, 加圧成形, 焼結, 再加圧

粉末の製造のうち、化学的方法を3つ答えよ

酸化物の還元, 水溶液からの還元, 気相の熱分解

粉末の製造のうち、化学的方法以外の方法を3つ答えよ。

電解, 粉砕, 噴霧

粉末の評価として、粒子度分布の測定法を3つ答えよ

顕微鏡法, ふるい分け法, 沈降法

粉末冶金の歴史として、1909年には(1)が開発され、1914年には(2)が開発されたが脆性があったため、1923年(3)が開発された。1930年には回転の軸となる(4)が開発され、1932年には加藤与五郎・武井武らによって(5)が開発された。1983年には、最も高い磁力を持つ(6)が開発された。

Wワイヤー, WC焼結体, WC-Co超硬合金, 含油軸受, フェライト磁石, ネオジム磁石

焼結のプロセスの初期段階では、粒子同士が(1)により(2)を小さくする方向に結合する。その過程で粒子同士は(3)を作る。相対密度は(4)〜(5)%程度である。

拡散, 界面エネルギー, ネック, 50, 60

焼結のプロセスの中期段階では、(1)の空隙が次第に小さくなり、(2)となる。相対密度は、(3)〜(4) %程度である。

開気孔, 閉気孔, 90, 95

焼結のプロセスの後期段階では、閉気孔の収縮・消滅により(1)が進む。相対密度は、(2)%以上である。

緻密化, 95

焼結のプロセスの中期段階から後期段階では、粒界が移動して何が起こる？

粒成長

機械的な加圧とパルス通電加熱によって、電磁的エネルギーや自己発熱、放電プラズマエネルギーなどを複合的に駆動力としている加工法を何という。

放電プラズマ焼結法

高温で上下左右方向に水圧による圧力をかける方法を何という。

熱間静水圧プレス

組成・組織が異なる複数の素材が連続的に変化し、一体的に組み合わされた材料を何という。

傾斜機能材料

スペースシャトルは、離陸時は(1)方向、着陸時は(2)方向となり、エンジンは液体・固体ロケットエンジン、燃料は(3)の水素&酸素と固体推進剤である。かかるGは、1.6〜(4)Gである。

垂直, 水平, 液体, 3

スペースプレーンは、離陸時は(1)方向、着陸時は(2)方向であり、エンジンは(3)である。燃料は、少量の酸化剤と(4)を利用している。かかるGは0.3〜0.5である。スペースプレーンでは、金属にセラミックスを付けるだけだと破損(剥離)したところから酸化してしまい危険であるため、(5)の利用が計画された。

水平, 水平, Scramjet , 大気中の空気, 傾斜機能材料

組成傾斜の成形法として、分散型複合材料の場合は(1)、積層型複合材料の場合は(2)、組成の異なる材料の堆積がある。

不均一化, 巨視的界面消去

傾斜機能材料の作製法を4つ答えよ。

PVD法, CVD法, 溶射法, 粉末冶金

軍事用エンジンでは、速くことが重要なので(1)の値が重要となる。一方、旅客用エンジンでは、燃費が良いことが重要なので(2)の値が重要である。

推進重量比, バイパス比

三次元の形状データから、スライスされた形状データを作成し、それを堆積することで三次元造形を行う方法を何という

積層造形法

3D造形を鋳造・射出成形や切削と比較したときの強みを四つ答えよ

中空形状・複雑な内部形状も可能, 部品の軽量化が容易, 一体化された状態を一度で造形, 操作者の技術力に依存しない

3D造形を鋳造・射出成形や切削と比較したときの弱みを3つ答えよ

大量生産できない, 精度を高くすると、製作時間が増加する, 強度を求められる部品への適用が難しい

積層造形法のうち、熱で溶かした樹脂(ABS樹脂やPLA樹脂などの熱可塑性樹脂)を積み上げるものを何という

熱溶解積層法

積層造形法のうち、水槽中のレジン(光硬化性樹脂)に光を当てて固めるものを何という

光造形法

積層造形法のうち、粉末金属を溶解させる技術を何という。

粉末積層溶融法

粉末焼結積層造形のうち、粉末材料に高出力のレーザーを当て焼結させる造形法を何という。

粉末焼結レーザー積層法

粉末焼結積層造形のうち、粉末材料に電子ビームを当て焼結させる造形法

粉末焼結電子ビーム積層法

FDM法の特徴を全て選べ

精度や表面仕上がりが比較的粗い, 低価格, サポートが必要, カラフルなものから材料を選べる

STL法の特徴を全て選べ

高額な造形装置が多い, 日本の製造業で最も普及している, 精度が良く、複雑なものが造れる, サポートが必要, レーザーパワーを変えて、積層ピッチを調整する

SLS法の特徴を全て選べ

耐久性(高密度・高強度)のある造形物を造れる, 様々な材料(樹脂系・金属系)を利用可, サポートは不要, EBM法より高精度

EBM法の特徴を全て選べ

高密度・高強度材料の製造が可能, 生体材料(チタン合金)の製造に有利, SLS法より高速度造形が可能

気相から固相を析出させる垂直方向の成長を(1)という。また、(1)は(2)作製に適している。

気相成長, 薄膜

薄膜作成法のうち、真空中でターゲットを蒸発させ、その蒸気が基盤に堆積することで膜を形成する方法を何という

真空蒸着法

薄膜作成法のうち、ターゲットに電子ビームを当てることにより蒸発させ、基板に堆積させる方法を何という

電子ビーム蒸着法

薄膜作成法のうち、高電圧をかけてイオン化したアルゴンなどをターゲットに衝突させて、原始を弾き飛ばし基板に付着させる方法を何という

スパッタリング

蒸発粒子がプラズマ中を通過することでプラスの電化を帯びさせ、基板をマイナスの電荷に印加させることで堆積させ製膜する方法を(1)という。また、この方法は(2)が高い。

イオンプレーティング, 密着性

半導体薄膜の形成は、厚さが変わってしまうため半導体を(1)にする必要があり、薄膜形成法のうち(2)が適している。

単結晶, スパッタリング

多孔質材料の機能を5つ答えよ

衝突エネルギーの吸収, 吸音, 制振, 熱交換, 生理的機能

チタンの精錬で生成されるチタンがスポンジ状になる理由を答えよ。

ガス状の塩化チタンと液状のマグネシウムの反応により生成されるから

多孔質材料の製法のうち、発泡剤(Ti-H化合物など)を混ぜて適度な温度で発泡する方法を何という

発泡法

多孔質材料の製法のうち、粉末を焼結する方法を(1)という。また、焼結した際にでき、空孔形成のもととなるものを(2)という。

焼結法, 凝集体

多孔質材料の製法の一つである焼結法のうち、異なる粉末を混ぜて焼結することで反応させ、その反応熱(発熱)により連続的に反応させる方法を何という。

反応焼結

多孔質材料の製法のうち、スペーサー粒子を充填して除去する方法を(1)という。(2)にはスペーサー粒子が残ってしまうが、ミクロポアを確保すればそこから溶け出すことができる。また、(均質/不均質)にスペーサー粒子を混ぜることにより耐力が上がる。

スペーサー法, 閉気孔, 均質

多孔質材料の製法のうち、固体と液体の水素分子の溶解度ギャップを利用して、水素ガスを溶かした金属を一方向凝固することにより巣をストロー状にする方法を(1)という。しかし、(1)は熱伝導率により形状が変わってしまうため、発泡剤を含ませて一方向に溶融・再凝固させる(2)を用いることがある。

ロータス型多孔質材料, 連続帯溶融法

溶かした非鉄金属の合金を精密な金型に高速・高圧で注入し、瞬時に製品を成形する鋳造技術を何という。

ダイカスト

粒成長を抑制するのに有効な方法を4つ答えよ

焼結温度を下げる, 焼結の保持時間を短くする, 液相の生成量を抑制する, 複合材料にする

積層造形法は、鋳造・射出成形や切削と比較したときに、設計段階での試作のように迅速に実態が欲しい場面(1)や医療機器のように個々の患者に合わせて形状を変更する場合(2)、航空宇宙分野のように従来手法のコストが(高い/低い)場合に向いている。

ラピッドプロトタイピング, テーラーメイド, 高い

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