MPD(電磁プラズマ加速)アークジェットを用いた超稠密セラミック膜の生成

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555255
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 吉川 孝雄 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (00029498)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森本 進治 石川島播磨重工業株式会社, 技術研究所, 部長(研究員) ; 安井 利明 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (10263229) ; 田原 弘一 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教授 (20207210)
• Keywords: プラズマジェット / 電磁加速 / MPDアークジェット / 電磁気力 / セラミックス / ジルコニア / 窒化チタン / プラズマ溶射

Research Abstract

1)従来の宇宙用電磁プラズマ加速アークジェット推進機(MPD推進機)を改良し、高稠密セラミックス溶射用アークジェット装置を設計・製作した。陰極周りにセラミックス溶射用焼結材を配置するタイプ(無反応溶射)と陰極を溶融させ作動ガスと反応させるタイプ(反応性溶射)の2種類の装置を試作した。
2)コンデンサーバンクを用いた、繰り返しパルス作動が可能な電源システムを製作した。放電電流は3〜27kAの範囲、放電時間は0.6msecの性能を有する。
3)作動ガスにはアルゴン、水素、窒素を用いて、試作したプラズマジェット装置の作動実験を行い、放電特性を取得した。放電電圧は放電電流の増加と共に大きくなり、10kA以上の作動ではメガワットクラスの投入電力が達成された。
4)高速塵芥プラズマの流れ場を探針法、および分光法を用いて調べた。探針には静電ダブルプローブとトリプルプローブを用いた。作動ガスプラズマは高温・高密度状態にあり、イオンの活性種が多く存在することが推定された。
5)高速プラズマ流の解析モデルを作成した。数値流体的な解析を目標にモデル化し、温度非平衡・化学非平衡・軸対称モデルを構築した。
6)下流に基盤を設置し、成膜実験を行うと共に、生成したセラミックス膜の評価を行った。ムライト系、ジルコニア系セラミックス焼結材の溶融溶射と、チタン陰極と窒素ガスによる反応性溶射(窒化チタンの生成)によって、セラミックス膜を製作した。X線散乱測定、XPS分析により膜質を評価し、良質の膜が得られていることを確認した。

Research Products

• [Publications] Hirokazu Tahara et al.: "Electromognetic Acceleration Plasma Spraying"Proc.14th Int.Symp.Plasma Chemistry. 5. 1977-1981 (1999)
• [Publications] Tetsuji Shibata et al.: "Development of an Electromoenetic Acceleration Plasma Generator for Zirconia and Pltonium Nitride Coatings"Proc.26th Int.Electric Propulsion Conf.. 99-197. 1-10 (1999)
• [Publications] Kazunori Mitsuo et al.: "Cathode Jet of Magnetoplasmadynanic Thrusters"Proc.26th Int.Electric Propulsion Conf.. 99-173. 1-10 (1999)
• [Publications] Kazunori Mitsuo et al.: "Arc Structure in a Coaxial Magnetoplosmadynamic Channel"Proc 26th Int.Electric Propulsion Conf.. 99-179. 1-10 (1999)