新しい溶融加工教材「金属粘土」とその強度評価を組み合わせた理工融合教育素材の創成

新型熔融加工教材“金属粘土”的科工融合教材制作及其强度评价

基本信息

批准号：
19650229
负责人：
田島俊造
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,新しい溶融加工教材としての金属粘土とその強度評価を組合せた理工融合教育素材を創成しようとするもので,初年度に金属粘土の基礎研究を行い,その評価と強度測定方法の確立を次年度以降に行うことを目的としている。金属粘土の調製は純銀,純銅粉末および銅とスズの混合粉末に界面活性剤および分散剤として,ヘプタンとステアリン酸,イソプロピルアルコールとポリカルボン酸アンモニウム塩などの組合せで行っている。その結果,粘土の基本性質としての可塑性と保形性を多少とも併せ持つ特性を得ている。平成20年度は,金属粘土の調製と焼結の基礎実験を行い,安価な歪みゲージによる簡易式材料試験機の設計・製作を行っている。これは材料の弾性を利用して歪み量から荷重を算出するもので,4点支持構造が再現性や安定性に優れることを見出して採用,教材としての基礎実験を行っている。平成21年度は,本試験機の実用性を高めるため,電源および出力電圧測定法の簡易化と高精度化の両立を容量の大きい乾電池とデジタルテスターを用いる手法で試みている。本機は市販機と比べて信頼性や感度では劣るが再現性では同等の性能を有しており,非常に安価(一式数万円程度)なので教材機として十分に実用になる性能である。金属粘土は純銀ではガス炉により焼結できるが材料が高価で教材向きでない。教材として有利な銅粉では,純銅だけでなくスズによる合金化を含めて検討しているが,ガス炉による焼結では酸化の問題を回避するのが困難であり3%水素を含む還元ガスを用いる電気炉が必要である。この焼結法の簡易化には,ガスバーナーレベルで安全かつ雰囲気を管理できる手法の確立が求められる。

本研究旨在打造一种将金属粘土作为熔融加工及其强度评价的新型教材的科工融合教材。第一年，我们对金属粘土进行了基础研究，建立了金属粘土的评价和强度测量方法。目标是从下一财年开始实施。金属粘土是由纯银、纯铜粉、铜锡混合粉与庚烷、硬脂酸、异丙醇、聚羧酸铵盐等表面活性剂、分散剂复配而成。结果，我们获得了或多或少结合了可塑性和形状保持性的特性，这是粘土的基本特性。 2008年，我们对金属粘土的制备和烧结进行了基础实验，并利用廉价的应变片设计并制造了一种简单的材料试验机。该方法利用材料的弹性，根据应变量计算载荷。我们发现四点支撑结构具有出色的再现性和稳定性，因此我们采用它并作为教材进行基础实验。 2009年，为了提高该测试仪的实用性，我们尝试采用使用大容量干电池和数字测试仪的方法来简化和提高电源和输出电压测量方法的准确性。虽然本机的可靠性和灵敏度比市售机差，但在再现性方面具有相同的性能，并且由于非常便宜（每台约数万日元），因此具有足够的性能来使用作为教学机。纯银金属粘土可以在煤气炉中烧结，但材料昂贵，不适合用作教材。对于作为教材有利的铜粉，我们不仅考虑纯铜，还考虑与锡合金化，但在煤气炉中烧结时很难避免氧化问题，所以我们决定使用还原性气体需要含有3%氢气的电炉。为了简化这种烧结方法，有必要建立一种可以安全控制燃气燃烧器水平气氛的方法。