はじめに
モリブデンは、数十年前からNIST [1]から比熱標準物質として提供されていますが、熱膨張率、熱拡散率、熱伝導率などの特性に関する情報はあまりありません。文献[1, 2, 3, 4]によると、純粋なモリブデンは融点まで相変化を示さないはずです。しかし、モリブデンは高温では酸素の影響を受けやすいため、これは非常に重要である。モリブデン酸化物は蒸気圧が高いため、一般に表面酸化によって材料が性質変化することはない。形成された酸化物は単に表面から蒸発するだけです。モリブデンのこれらすべての特別な特性は、それをマルチプロパティ標準材料のための合理的な物質にしています。
実験的
純度99.99%のモリブデンを用いて、熱膨張、密度変化、比熱、熱拡散率などの熱物性を測定した。熱膨張の測定と密度変化の測定にはプッシュロッドダイラトメトリー(DIL)を用いた。比熱の測定には示差走査熱量計（DSC）を用いた。熱拡散率はレーザーフラッシュ法（LFA）を用いて測定した。試験結果から、熱処理下での材料の挙動を詳細に把握することができ、熱伝導率を測定することもできました。すべての試験結果と入手可能な文献データとの比較が行われました。
試験は、元のブロックから調製したさまざまなサンプルで実施し、-125℃から1400℃の間で測定しました。そのため、広い温度範囲にわたって異なる熱物理特性の標準材料の候補として、この材料を評価することができた。
純モリブデン（99.99%）は、オーストリアのロイトにあるプランゼー社から供給された。分析には、直径30 mm、長さ120 mmのlarge 。このシリンダーブロックから、さまざまな試験法用に異なるサンプルを調製した。各測定方法について、2つのサンプルを用意し、2～3回試験を行った。材料の熱安定性と均質性がチェックされ、試験結果の再現性が決定された。
テスト結果
図1に示すのは、2種類のモリブデン試料を2回測定した熱膨張の測定結果です。試料間のデータのばらつきと異なる実験結果は、概ね±1.5%以内です。採用した装置の精度と再現性、表面効果、酸化物の蒸発の影響を考慮すると、データのばらつきは許容範囲内です。この結果からは、材料の不均一性や、異なる加熱ラン間での熱膨張値の変化は見られません。
図2は、温度に対するモリブデンの体積膨張と密度変化です。体積膨張は、材料が等方的な挙動を示すと仮定して、測定された熱膨張から求めたもので、したがって、すべての方向で同じ膨張挙動を示す。密度計算は、体積膨張と室温のかさ密度10.216g.cm-3に基づいて行った。室温嵩密度は、最初に供給されたサンプルブロックから質量と体積を測定して求めた。
図3は、示差走査熱量計で測定した比熱値である。ここでも両試料とも、低温スチール炉（-125℃～300℃）と高温プラチナ炉（300℃～1275℃）で2回測定した。各測定結果の偏差は±2.0%以内であり、試験に使用した装置の不確かさの範囲内であった。この値は、低温領域で温度に対して強い上昇を示している。この挙動は、よく知られたデバイ理論[5]に従って予想される。高温では、値はほぼ直線的に増加する。これは、固体物理学（DulongとPetitのルール、[5]）と完全に一致する。この温度範囲では、重なり転移や他の熱効果は検出されず、-125℃から1275℃の間で材料に相変化が起こらないことが明確に示された。対象温度範囲では構造変化が起こらないため、これは標準材料としての条件を満たしている。
図4は、試験に使用したさまざまなフラッシュ装置から収集した熱拡散率の測定結果を示している。熱拡散率が温度に対して減少していることが明 らかにわかります。この減少は、600℃以下ではT-1挙動に従い、高温ではほぼ直線的に減少します。このような挙動は、セラミックスやグラファイトのようなフォノン伝導性の高い材料に典型的である。したがって、この金属材料では、熱伝達に対する電子の寄与がsmall 。測定の散乱は、測定回数や試料によって異なり、一般に±2%以内である。1000℃においてのみ、わずかに高い散乱（±3%）が得られた。これは、この温度範囲でのモリブデン酸化物の蒸発が試料の放射率に影響し、レーザー光の吸収と赤外光の放射が変化したためと考えられる。
図5は、密度、比熱、熱拡散率の測定値に熱伝導率を乗 じて求めた結果である。室温以下の密度データと1275℃以上の比熱データは、測定データの線形外挿によって求めた。熱伝導率は、熱拡散率の温度依存性に従うことが明 らかにわかる。文献値[6]との比較も行いました。文献値の精度を5%、測定値に基づく値の不確かさを3%と仮定すると、結果は非常によく一致しています。
結論
高純度モリブデンの各種熱物性（熱膨張率、密度変化、比熱、熱拡散率、熱伝導率）を測定した。文献値との比較から、測定結果の品質と材料の信頼性が示された。試験結果から、純モリブデンは1200℃を超える高温まで標準材料として使用できる可能性がある。様々な熱物理特性の校正標準として使用できる可能性がある。この材料の能力を証明するために、さまざまな研究所や試験機関でさらに試験を行うことが望まれる。