2021年度学院等開講科目物質理工学院材料系

結晶成長と組織形成

開講元: 材料系
担当教員: 熊井真次 / 小林郁夫
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火5-6 (S8-101) / 金5-6 (S8-101)
クラス: -
科目コード: MAT.M304
単位数: 200
開講時期: 2021年度
開講クォーター: 1Q
シラバス更新日: 2025年7月10日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

金属や合金の製造やものつくりの基本である融液からの結晶成長（凝固）について解説する。金属や合金が液体から固体へ変態する際に生じる変化を、ナノからマクロまで様々なスケールで眺め、結晶の核生成・成長、組織形成過程について理解させ、様々な凝固組織の生成機構やその制御法習得させる。さらに粉末冶金やメカニカルアロイング、気相からの蒸着等、凝固とは異なる結晶成長と組織形成プロセスについても理解を深める。

到達目標

金属材料の物理、化学、力学的特性はその組織と密接に関係している。また、金属材料の組織はその製造プロセスによって大きく異なる。本講義では、様々な結晶成長様式とそれにより形成される組織との関係を理解させ、それらが金属材料の特性にどのように影響するか理解させることを目標とする。

キーワード

凝固、デンドライト成長、溶質偏析、組織制御、型鋳造、連続鋳造、粉末冶金、メカニカルアロイング

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

2021年度1Qの講義は、ZOOMを用いたオンラインで実施する。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	固相と液相の違い／構造と特性	金属の固相と液相の性質の違いを理解して、金属の鋳造技術がいかに英知に富むプロセスであるか理解する。
第2回	純金属融液からの結晶成長／固相の均質核生成	純金属の均質核生成の概念ならびに均質核生成のための臨界過冷却度について理解する。
第3回	純金属融液からの結晶成長／固相の不均質核生成	純金属の不均質核生成の概念ならびにそれに要する過冷却度について理解する。また不均質核生成に及ぼす接触角の効果について理解する。
第4回	純金属の結晶成長／原子移動ならびに熱流の観点から	純金属の結晶成長について固液界面における原子移動ならびに熱流の観点から理解する。
第5回	合金融液からの結晶成長／溶質の分配と偏析（非平衡凝固と組成的過冷却）	合金融液からの結晶成長について理解する。特に非平衡凝固における溶質の分配と組成的過冷却の効果について学ぶ。
第6回	合金融液からの結晶成長／溶質の分配と偏析（平衡凝固と非平衡凝固）	合金融液からの結晶成長について理解する。特に平衡凝固と非平衡凝固における溶質の分配と偏析の特徴について学ぶ。
第7回	単相合金の結晶成長と組織形成	単相合金の結晶成長とその結果形成される凝固組織の特徴について理解する。
第8回	複相合金の結晶成長と組織形成	複相合金の結晶成長とその結果形成される凝固組織の特徴について理解する。
第9回	復習と理解度確認	講義で学んだ内容について各自復習し、理解度を確認する。
第10回	焼結と粉末冶金Ⅰ（金属の焼結）	金属材料の粉末冶金の方法と特徴を理解する
第11回	焼結と粉末冶金Ⅱ（その他の材料の焼結）	金属材料以外の粉末冶金の特徴を理解する
第12回	傾斜機能材料	傾斜機能材料の作成法と特徴を理解する
第13回	気相蒸着プロセスと組織	気相蒸着プロセスを利用した薄膜作製法と作製した組織の特徴を理解する
第14回	理解度確認　総合演習	粉末冶金，気相蒸着などのプロセスで作製した材料，ならびに傾斜機能材料の特徴を理解する

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

特になし

参考書、講義資料等

金属の凝固を知る：　新山英輔（丸善）、Phase Transformation in Metals and Alloys: D.A.Porter and K.E. Easterling (Taylor & Francis)、Welding Metallurgy: Shindo Kou (Wiley-Interscience)

成績評価の方法及び基準

原則として提出されたレポートによって評価する。