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周期変動型誘導熱プラズマを用いた高密度ラジカル流束制御と金属高速表面改質への応用

Research Project

Project/Area Number 17686023
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field 電力工学・電気機器工学
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

田中 康規  Kanazawa University, 自然科学研究科, 准教授 (90303263)

Project Period (FY) 2005 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥27,430,000 (Direct Cost: ¥21,100,000、Indirect Cost: ¥6,330,000)
Fiscal Year 2007: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2006: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2005: ¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Keywords熱プラズマ / パルス変調 / 窒化 / ラジカル / 温度 / 安定維持
Research Abstract

平成19年度においては,特に変調条件,電力と,改質表面との関係に重点をあてた。
1. 励起N原子スペクトル強度の入力電力依存性と変調による時間平均スペクトル強度の増強
プラズマを維持するコイル電流をパルス変調させるとトーチ下流域における時間平均スペクトル強度を増強できることを前年度に見出している。N原子スペクトル強度の上昇は観測空間における励起原子数の増加を意味している。その増強の条件を変調On-timeと入力電力に対して実験的に調べた。その結果,入力電力16-20kWの間において時間平均スペクトル強度の増強が確認できた。さらにこの増強は,この条件においてプラズマが過渡的に下流に伸び,かつ変調一周期あたりに占める過渡現象の時間割合が大きい場合に生じることが実験的に推論できた。窒素流量を1-4 liters/minにおいても同様の現象がみられた。
2.N,N_2,N_2^+スペクトル強度の時間変化
波長200nmの範囲を一括してスペクトル観測できる装置を用い,これまで測定できなかったN_2,N_2^+などの分子からのスペクトルの時間変化を測定した。観測の結果,N_2,N_2^+などの分子からのスペクトル強度はAr,Nなどの原子からのスペクトルに比較して明らかに波形が遅れて強度が大きくなることがわかった。これはN_2,N_2^+の生成機構にも依存していると考えられる。
3.XRD分析
上記のようなN原子スペクトル強度が増強できる条件で照射した基板の表面をXRDにより分析した。XRDの結果から,変調しない場合に比較して変調した場合には若干Nが促進されることが示唆できた。ただし窒化度は基板温度依存性が強いため,基板温度を制御することが今後の課題である。
4.Ar-N_2-H_2熱的非平衡・反応論的非平衡数値解析モデルの開発
Ar-N_2-H_2熱的非平衡・反応論的非平衡を考慮した数値解析モデルを開発し,Ar-N_2熱プラズマにH_2を混入した効果を数値解析上で検討できるようにした。

Report

(3 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2008 2007 2006 2005

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Control of nitrogen atomic density and enthalpy flow into reaction chamber in Ar-N2 pulse-modulated induction thermal plasmas2007

    • Author(s)
      Y. Tanaka, T. Muroya, K. Hayashi, Y. Uesugi
    • Journal Title

      IEEE Trans. Plasma Science 35

      Pages: 197-203

    • NAID

      120006655562

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Controlling the number of excited atoms flowing into the reaction chamber using pulse-modulated induction thermal plasmas at atmospheric pressure2007

    • Author(s)
      Y.Tanaka, Y.Uesugi, T.Sakuta
    • Journal Title

      Plasma Sources Science and Technology 16

      Pages: 281-289

    • NAID

      120001138854

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Simultaneous control of numerical enhancement of N atom and decrease in heat flux into reaction chamber using Ar-N2 pulse-modulated induction thermal plasmas2006

    • Author(s)
      Y.Tanaka, T.Muroya, K.Hayashi, Y.Uesugi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters 89

      Pages: 31501-31501

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Control of number of nitrogen atom and enthalpy flow into reaction chamber using pulse-modulated induction thermal plasmas2006

    • Author(s)
      Y.Tanaka, T.Muroya, K.Hayashi, Y.Uesugi
    • Journal Title

      Abstracts of IEEE Conference on Plasma Sciences 1

      Pages: 276-276

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Modeling of high-power Ar-N_2-H_2 and Ar-N_2-O_2 induction thermal plasmas considering non-equilibrium effects2006

    • Author(s)
      Y.Tanaka
    • Journal Title

      Abstract book of 8^<th> Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology 1

      Pages: 25-25

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Calorimetric measurements for power flow analysis in high pressure inductively coupled plasmas2006

    • Author(s)
      Y.Uesugi, E.Hanaoka, Y.Tanaka
    • Journal Title

      Abstract book of 8^<th> Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology 1

      Pages: 47-47

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Time-dependent two-temperature chemically non-equilibrium modeling of high-power Ar-N2 pulse-modulated inductively coupled plasmas at atmospheric pressure2005

    • Author(s)
      Y.Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Physics D : Applied Physics 39

      Pages: 307-319

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Time evolution in visible light emission from high-power Ar pulse-modulated incuction thermal plasmas2005

    • Author(s)
      Y.Tanaka, K.Taniguchi, T.Muroya, Y.Uesugi
    • Journal Title

      IEEE Transaction on Plasma Science 33

      Pages: 406-407

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Hydrodynamic chemical nonequilibrium model of a pulsed arc discharge in dry air at atmospheric pressure2005

    • Author(s)
      Y.Tanaka, T.Michishita, Y.Uesugi
    • Journal Title

      Plasma Sources Science and Technology 14

      Pages: 134-151

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] High-speed surface nitridation of titanium using Ar-N2 pulse modulated induction thermal plasmas2005

    • Author(s)
      Y.Tanaka, T.Muroya, Y.Uesugi
    • Journal Title

      Proc.17^<th> International Symposium on Plasma Chemistry

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Time-dependent two-dimensional two-temperature chemically non-equilibrium model of Ar-N2 pulse-modulated induction thermal plasmas2005

    • Author(s)
      Y.Tanaka
    • Journal Title

      Proc.17^<th> International Symposium on Plasma Chemistry

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Presentation] Ar-N_2パルス変調誘導熱プラズマ下流部における NおよびN_2^+放射強度の動的変化2008

    • Author(s)
      伊藤, 林, 田中, 上杉
    • Organizer
      平成20年度電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      福岡,日本
    • Year and Date
      2008-03-21
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] パルス変調時のAr-N2誘導熱プラズマ下流部における窒素原子・分子スペクトル観測2007

    • Author(s)
      林, 伊藤, 田中, 上杉
    • Organizer
      平成19年度電気関係学科北陸支部連合大会
    • Place of Presentation
      福井,日本
    • Year and Date
      2007-09-08
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of 'on-time' on increase in the excited nitrogen atom density in Ar-N_2 pulse-modulated induction thermal plasmas2007

    • Author(s)
      Y. Tanaka, K, Hayashi, Y. Uesugi
    • Organizer
      18th Int. Symp. Plasma Chem. ISPC-18
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2007-08-30
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of dynamic property of pulse modulated induction thermal plasmas using Langmuir probe2007

    • Author(s)
      Y. Takeguchi, Y. Kawashita, Y. Uesugi, Y. Tanaka
    • Organizer
      18th Int. Symp. Plasma Chem. ISPC-18
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2007-08-28
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Thermally and chemically non-equilibrium modelling of high-power Ar-N_2-H_2 Inductively coupled plasmas2007

    • Author(s)
      Y. Tanaka
    • Organizer
      18th Int. Symp. Plasma Chem. ISPC-18
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2007-08-28
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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