2019 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic oxidation of TPS materials for reusable space vehicles using arc-heated wind tunnel
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16K06892
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
桃沢 愛 東京都市大学, 工学部, 准教授 (70575597)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アーク加熱風洞 / 再突入環境 / 熱防御システム / 動的酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙往還機の熱防御システム（TPS）開発に用いる，小型コンストリクタ型アーク加熱風洞の開発を行い，超高温耐熱セラミックス(UHTC)の動的酸化試験を行った．クリーンなプラズマ流を目指して，電極の改良を行った．陰極は電気伝導性を持つZrにイオンプレーティング法を用いてTiN及びTiCNコーティングを行った結果，TiNの3層コーティングが陰極の損耗抑制に効果的であった．陽極については，コールドスプレー法を用いて，Cu-80wt%Crのコーティングを施したが，明らかな損耗抑制効果は見られなかった．また，電極の損耗抑制方法として点火時のコールドカソード損耗に着目し，レーザーによるカソード予加熱を行った結果，損耗が1/3程度に抑えられた．
TPS材料に用いるSiCや複合化したZrB2-SiCなどのUHTCは，放電プラズマ加工により50MPaで加圧し，1800 - 1850°Cで15分程度焼結することによって，相対密度は95％以上を得た．作製したサンプルの酸化は当初の予定であったアーク加熱風洞ではなくレーザー駆動風洞を用いて行った．
レーザー駆動風洞のアルゴン酸素流の気流診断を行い，直径 10mm のサンプルに対しては用いた実験装置は十分なエンタルピー供給可能であることが示された．酸素混合率20 %の条件で ZrB2-SiC 系セラミックの耐熱耐酸化試験を行った．半導体レーザーでTPS材料の表面温度を変化させて試験したところ， ZrB2-SiC 系セラミックは，SiC 系セラミックと比べるとPassive 酸化領域は大きく広がり，再使用型TPS材料として有望な材料であるということが明らかになった．また，さらなる耐酸化性改善のためにZrCを加えたZrB2-SiC-ZrCについても酸化実験を行い，ZrB2-20%SiC-40%ZrCにおいて，優れた耐酸化性を示すことが示唆された．
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Research Products
(1 results)
