抄録
はじめに
包晶系での結晶成長を考える上で、安定相および準安定相の溶解度を知ることは重要である。例えば、分解溶融や包晶反応は、包晶温度上下で準安定相が溶解することにより、その周りに安定相に対して過飽和な液相が生じ、これにより安定相が成長可能となると考えられる。この際、安定相の成長の駆動力となる過飽和度は、2つの固相の溶解度差に起因する。また、2つの固相の液相線以下の領域では、2固相が同時に成長することも可能である。この場合、2固相の成長速度は、それぞれの溶解度から求められる過飽和度と、それぞれの成長カイネティクスによって異なり、これによってどちらの相が優勢に成長するかが決まる。しかし実際には、準安定相の溶解度を測定した例は極めてまれである。本研究は、Sr(NO3)2-H2O系をモデル物質として、2つの固相の安定、準安定領域での溶解度測定を試みた。また、液相中で2固相が共存する場合の、それぞれの成長、溶解挙動のその場観察を行った。
実験と結果
包晶温度上下でそれぞれ液相と平衡な、Sr(NO3)2 (α相)およびSr(NO3)2・4H2O (β相)の種晶を用い、種々の組成の液相中で、それぞれの相が成長、溶解する温度を測定することにより、飽和温度を決定した。観察は溶液flow systemと光学顕微鏡を用いて行った。種晶を用いることにより、成長、溶解過程を、個々の相についてその場観察できることが、この方法の利点である。この結果、2固相の液相線は、準安定領域に延長されることが確かめられた。また、2固相の液相線以下の領域では、結晶が溶液bulkに接していれば、2固相が同時に成長することが観察された。しかし結晶が成長し、互いに接触すると、表面濃度の差によって接触界面から準安定相が溶解し始める。この傾向は特に包晶温度以上で顕著である。これは、この温度条件で準安定なβ相の溶解速度が大きいためと考えられる。この結果、2固相の溶液bulkに接している部分は成長を続けるにも係わらず、準安定なβ相は、安定なα相との接触部分から溶解が進み、最後にはα相のみが残る。一方、包晶温度以下の温度条件では、準安定なα相の溶解速度は、安定なβ相の成長速度に比較して小さいため、α相は完全には溶解せず、成長するα相によってtrapされる。この結果、包晶組織が形成される。以上の結果から、包晶温度上下での組織形成には、2相の成長速度と同時に、溶解速度の差が大きく関与していると結論できる。
謝辞
本研究は(財)日本宇宙フォーラムが推進している「宇宙環境利用に関する地上研究公募」プロジェクトの一環として行ったものである。
