2023 Fiscal Year Research-status Report
アルミニウム燃焼制御のための包括的反応モデルの構築と実証
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22K03944
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
小口 達夫 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90324491)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 反応機構 / 反応モデリング / 燃焼合成 / 金属酸化物 / アルミニウム / アルミナ / 微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高温耐性材料として様々な場面で用いられるアルミナ微粒子の気相合成や推進系燃料として検討されているアルミニウムの酸化過程に焦点を絞り，その燃焼中の挙動や，気相から凝縮相へと核形成が進む過程の反応速度論的に観察し，理論で構築された詳細反応モデルを実験的研究から検証し，更に高精度なモデルを構築することを目的としている。
研究計画２年度目においては、前年度において構築した実験的検証のための反応測定装置の改良とAl酸化物の検出に関する検証実験を実施するとともに、既報のAl/O2系反応モデルの反応速度論的検証を行い、モデルの特性および主たる反応経路とその分岐、微粒子生成に至る経路において不足している機構等について検討した。その結果、気相反応過程においては、Al原子を出発点とした酸化生成物に関して、空気燃焼を想定した大気圧・酸素大過剰条件の下ではAl4O6分子まで速やかに反応が進み、後段ほど遅い反応速度となることが確認された。そのため、Al4O6を気相の最終生成物とした既報のモデルにおいては、粒子成長速度はAl4O6の消費過程が律速段階となり、前段の反応の速度定数を最大で10倍程度人為的に操作しても、最終的な粒子核成長速度にはほとんど影響を与えないことがわかった。このことから、Al4O6の次の反応ステップが粒子成長に大きな影響を与えると考えられる。結果として、既報のモデルの高精度化のためには、粒子成長にいたる核形成過程までの反応モデルの追加・改良が必要と考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
従来モデルの改良という観点からは、Al+O2系に関する詳細な反応解析によりモデルの堅牢性が確認されたとともに、改良すべきポイントが明らかにされた。また、実験装置については懸案であったレーザー装置の修理が進み、装置の稼働が開始され試験的な計測が進んでいる。現状では感度の点でまだ難があり、当初計画の達成には至っていないが、装置の一部を改良するなどして進展を見込んでおり、最終年度において当初計画を達成することは充分可能と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
観測装置の改良を進めるとともに、実際にモデルの検証を行うため、Al酸化物の反応追跡を試みる。また、従来モデルの改良を進め、アルミナ微粒子生成過程の終段に至るまでの気相における反応メカニズムの解明を進める。
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| Causes of Carryover |
反応解析に使用する計算機の仕様について調査・決定に時間を要し年度内に購入ができなかった。また、円安の影響により輸入品や海外渡航費など国際的な決済に必要な金額の高騰が見込まれ、装置の改良や成果の発表等に必要な経費に関して次年度の計画遂行に支障を来す恐れがあったため、次年度使用額とした。現在は順調に執行を進めており、使用計画に問題は無い。
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