| 研究概要 |
宇宙船,宇宙基地の熱設計では,極低温,超高真空,無重力,太陽光照射などと特殊な環境下の熱機能材料の熱物性データが不可欠である。少なくとも温室プラス,マイナス100Kの広い温度範囲の熱物性データが必要であるが,熱機能材料はもちろん,純金属でも低温データは僅かしかないのが現状である。
本研究の目的は,室温以下の低温域における熱機能材料の比熱データの収集であり,本年度は,熱機能材料と標準物質の比熱を液体窒素沸点(77.4K)から約150°Cまで測定した。熱機能材料として熱電対用合金(コンスタンタン)を,また標準物質して銅を選び,それらの比熱測定には,昨年度に購入した低温型示差走査熱量計(Differential Scanning Calorimeter)を使用した。始めに,比熱が数Kから温室までの広い温度範囲で高精度測定されている銅を使用し,DSCの最適操作条件を検討し,測定精度を考察した。その際,試料の過熱・冷却手順,DSC測定部の予冷時間と熱的安定性などを十分考慮した。次にコンスタンタンの比熱を低温測定し,得られた比熱データを諸家の公表データと比較,検討した。
その結果,下記の事柄が明らかになった。
(1)低温域での比熱DC測定は,試料を含む測定部を十分に液体窒素で冷却した後,試料を加熱走査すると高精度になった。逆に試料を冷却走査すると,測定精度は低下した。
(2)銅の比熱の測定データは,300Kで推奨値と非常に良く一致し,またデータ収集が可能な最低温度100Kでは推奨値より7%大きかった。DSCによる比熱の測定精度として,十分満足できるレベルと判断した。
(3)温度範囲95K〜300Kでのコンスタンタンの比熱は,最新の光交流法によるデータと180K〜200Kで非常に良く一致し,低温では同データより6%高く,また室温では3%低くなった。銅の比熱の測定温度,手法の相違,合金であるコンスタンタンの組成の僅かな相違などを考慮すると,ほぼ一致していると判断した。
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