液体窒素源を用いた窒化物合成に関する研究

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63550573
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 小田原 修 東京工業大学, 総合理工学研究科, 助教授 (90185611)
• Keywords: 燃焼合成法 / 窒化反応 / 液体窒素 / 反応伝播 / 金属窒化物 / 自己発熱反応

Research Abstract

金属粉末と窒素との自発的に伝播する発熱反応を利用した窒化物合成に関する研究において、高密度窒素源として液体窒素を用いることの可能性を検討し、特にその反応伝播特性および合成過程での特性について調べている。Tiの窒化反応(Ti+1/2N_2→TiN)においては、約340KJ/molの反応生成熱が解放されるので液体窒素がガス化する過程で必要とする熱量(約12KJ/mol)を充分補うことができ、着火さえすれば反応は自発的に伝播する。しかし、反応帯後方においては高温になっており、液体窒素が盛んに気化しその気相面を通しての試験体と周囲との温度勾配は高くなる。したがって、特に合成過程においては窒素ガス雰囲気下での合成と異なった形態になると予想される。本年度に遂行した研究の結果、以下のような興味深い知見を得た。
(1)Ti粉末の充填度を44%、50%、59%とした場合、反応伝播速度は11.9〓/S、53〓/S、1.4〓/Sであり、転換率は25%、47%、53%であった。このような傾向は窒素ガス雰囲気下における場合と同様であるが、相対的に反応伝播速度については大きく転換率については多少小さくなっていた。
(2)得られた合成試料の断面性状について特徴的な変化があり、未反応金属成分の分布が充填度の上昇に伴い、(全体的な分布)→(外表面に沿うた層状の分布)→(内部に存在する分布)に変化している。反応伝播が速いということは、空間的にはある一定以上の高温状態に保持されている領域が狭いということである。したがって、充填度の小さい場合にはたとえ反応が伝播してもそれに続く合成過程が充分に促進されないと考えられる。一方、反応伝播が遅いすなわち高温状態の領域が広い場合には、合成過程も充分促進されるのであるが、表面近傍での温度勾配により合成面の不均一が生ずる。したがって、窒素の供給を促進し反応伝播を遅くすることが必要条件であり、外力等も考慮して研究を進める。

Research Products

• [Publications] Osamu.Odawara: Transactions of National Research Institute for Metals. 30. 74-80 (1988)
• [Publications] Hiroshi, Kudo: Journal of Materials Science.
• [Publications] Hiroshi, Kudo: Proc.32nd Jpn. Congress of Mater.Research.