カーボン・カーボン複合材のスパッタリング現象の解明とモデル化

• 研究課題/領域番号: 24560981
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 東京都立産業技術高等専門学校
• 研究代表者: 中野 正勝 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (90315169)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2012年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: イオンエンジン / スパッタリング / カーボン・カーボン複合材 / キセノン / スパッタ収量

研究成果の概要

イオンエンジンの寿命を予測する上で重要な電極材料のC/C複合材のスパッタ率を精度よく求めるために、その物理現象の解明とモデル化を行った。電子顕微鏡による観察の結果、C/C複合材の表面には直径約10μm長さ数100μmのファイバが指向性なく分布していることが明らかとなったため、剣持らの14%キセノンを含んだカーボン表面に対する垂直入射の山村のスパッタ率モデルを斜め入射のスパッタ収量モデルに拡張した上で、ファイバを模擬した円筒面上のスパッタを全方位から合算して平均化することでC/C複合材のスパッタ率を求めた。C/C複合材に対するスパッタ率はmu10イオンエンジンの耐久試験結果とよい一致を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Numerical Study of μ1 Ion Engine Optics Using JIEDI Tool (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakano, M., Koizumi, H, Inagaki, T. and Komuasaki, K.
  • 雑誌名: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 巻: 12 号: ists29 ページ: Pb_27-Pb_32
  • DOI: 10.2322/tastj.12.Pb_27
  • NAID: 130003395420
  • ISSN: 1884-0485
  • 査読あり
• [学会発表] イオンエンジングリッド用 C/C 複合材スパッタ率モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野正勝
  • 学会等名: 第58回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] Sensitivity Analysis on Ion Acceleration Grid Erosion in Ion Thrusters (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, H., Funaki, I., Takaki, R., Nakano, M. and Kajimura, Y.
  • 学会等名: 33rd International Electric Propulsion Conference
  • 発表場所: The George Washington University
• [学会発表] Numerical Study on μ1 Ion Engine Optics Using JIEDI-Tool (2013)
  • 著者名/発表者名: Masakatsu Nakano, Hiroyuki Koizumi, Tadashi Inagaki, Kimiya Komurasaki
  • 学会等名: 29th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Nagoya
• [学会発表] 航空宇宙用C/C複合材のスパッタリングについて (2013)
  • 著者名/発表者名: 中野正勝
  • 学会等名: 『プラズマ応用による高機能材料の作製とその評価』, 接合科学研究所研究集会
  • 発表場所: 大阪大学 接合科学研究所
  • 招待講演