材料科学における熱分析

材料科学における熱分析装置の使われ方の概要

材料科学とは、工業製品の材料となる物質の構造や性質を研究する分野のことです。材料科学では、熱分析装置が新素材の開発や研究のために用いられています。主な分析方法としてはポリマーや複合材料の特性を評価する動的粘弾性分析（DMA）、石英ガラスやアルミナ（酸化アルミニウム）の熱膨張特性を評価する熱機械分析（TMA）などがあります。

新しい材料の開発や既存材料の改良において、精密なデータを得ることができ、製造プロセスの最適化や品質管理に役立ちます。また、これらの装置は、研究開発の初期段階から製品の実用化に至るまで、広範な応用範囲を持っています。

材料科学における熱分析の役割

新材料の開発支援

熱分析は、新しい材料の開発において、材料の熱的特性を評価するために不可欠です。転移温度や融解温度を測定することで、材料の使用条件や適用できる範囲をデータによって調べられるため、素材による向き不向きが分かります。

製造プロセスの最適化

材料の加工や製造プロセスにおいて、熱分析は温度変化による材料の挙動を詳細に把握するために用いられています。より良い製造条件を導きだせるため、製品の品質向上につながります。適材適所の材料選びができれば製造プロセス全体の効率化にも繋がるため、コスト削減にも貢献すると言えるでしょう。

品質管理と信頼性向上

熱分析は、材料の品質管理や信頼性の評価にも役立っています。材料それぞれの分解温度や含水量を測定することで、材料としての安定性や耐久性を分析し、信頼性のある製品を提供するための基礎データを提供します。

主要な熱分析技術とその適用例

動的粘弾性分析（DMA）の適用例

動的粘弾性分析（DMA）では、試料の温度を変化させながら圧縮や引張り、曲げといった振動的荷重をかけて物質の変形を計測します。測定しているのは物質の弾性率です。特に、ポリマーや金属材料の結晶化プロセスの研究において広く活用され、材料の特性を活かした材料最適化に役立っています。

熱機械分析（TMA）の適用例

熱機械分析（TMA）においても、DMAと同様に試料の温度を変化させつつ圧縮・膨張、針入や引張りといった非振動的荷重をかけることで物質の変形を計測します。

試料のガラス転移や熱膨張・熱収縮、熱履歴を分析するために用いられていて、測定しているのは物質の熱膨張値です。試料として用いられるものには、石英ガラスやアルミナ（酸化アルミニウム）があります。

材料科学の熱分析に適した製品例

Discovery DSC 2500

画像引用元：ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン公式サイト（https://www.tainstruments.com/x3-dsc/）

Discovery DSC 2500は、材料のガラス転移や結晶化温度を高精度に測定し、製品の開発や品質管理の向上に用いられている装置です。効率的なデータ取得が特徴であり、研究開発から製品化まで幅広く活用されています。

NEXTA® DSC

画像引用元：日立ハイテク公式サイト（https://www.hitachi-hightech.com/jp/ja/products/analytical-systems/thermal-analysis/nexta-dsc.html）

NEXTA® DSCは、高解像度の測定が可能で、材料の微細な熱的特性を詳細に解析します。製品の加工条件の最適化や品質向上に役立つでしょう。特に複雑な材料の研究に適しており、開発現場で重宝されています。

DSCvesta2

画像引用元：リガク公式サイト（https://rigaku.com/ja/products/thermal-analysis/dsc/dscvesta2）

DSCvesta2は、長時間の無人測定に対応し、材料の安定性と品質を効率的に評価可能。幅広い温度範囲での測定が可能で、さまざまな材料に対応しています。高い信頼性と操作性が特徴です。

まとめ

この記事では、材料科学における熱分析装置の重要性とその利用方法について解説しました。このサイトでは、研究開発部門向けに各製品の特徴を踏まえた熱分析装置メーカーをご紹介しています。