2020 Fiscal Year Research-status Report
動的酸化試験による再使用型宇宙往還機熱防御システム（TPS）の開発
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20K04926
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
桃沢 愛 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (70575597)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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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っている。同時に、アクティブ・パッシブ酸化の2種類の酸化挙動を示すSiCおよびZrB2-SiCを中心とした超高温耐熱セラミックス（UHTC）の試料作製および、アーク加熱風洞を用いた動的酸化試験を行っている．
本年度は，コロナ禍による大学構内への入構制限や，学外実験遂行が不可能であったために，ほとんど実験が行えなかったため，過去の動的酸化実験サンプルの分析および入構可能な期間ではアーク加熱風洞の構築を行った．SiCの動的酸化実験について，サンプル表面温度2200 Kまで異なった温度，加熱時間約10分間加熱試験を行ったものを分析し，微細構造の変化や酸化層の観察を行って，動的/静的酸化の境界の検証を行った．その結果，100 - 1000 Paの酸素分圧領域において，動的/静的酸化境界は1700 - 1800 K付近であることが示された．一方SiC試料は放電プラズマ焼結装置（SPS）を用いて作製したが，焼結性が悪く、微細構造の観察においても、焼結後でも空孔が比較的目立っており、90％の焼結性には至っていないことが明らかであった。そのため、これまで検討してきたZrB2-SiC等も含めて、作製試料の焼結性についての検討がさらに必要であることが分かった．アーク加熱風洞の構築については，電気系統の配線を行い，本体のセットアップはほとんど終了させることができた．また，過去の研究成果を参考に，電極の検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
昨年度はコロナ禍による入構制限および学外施設の使用が不可能であったために，アーク加熱風洞の構築が遅れてしまい、ほとんど実験を行うことが出来なかった．
また、UHTCサンプル作製は学外で行っていたために，全く作製が出来なかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは，SiCの動的/静的酸化境界の解明など，酸化挙動のみに着目して研究を行ってきたが，実用のためには，焼結性の改善や微細構造のコントロール，強度などの機械的特性についても検討を行う必要がある．
材料の超高温耐熱セラミックス(UHTC)の作製および微細構造の研究に重きを置くこととする．これまではSPSによるUHTCの作製を学外で行っていたが，学外での実験が不可能となり，再開の時期も見通せない他，より広範な作製条件について検討を行うため，小型誘導加熱炉を導入することとし，現在構築中である．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により，研究の遅れが生じたことと，研究の重点部分を変更したため．
SiCやSiCとの複合材料によるUHTCの実用化のためには，焼結性の改善や微細構造のコントロール，機械的特性について広範な検討を行う必要があることから，誘導加熱炉の導入を検討したため．
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