材料プロセスにおける熱プラズマの役割と期待される効果

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熱プラズマの主な発生方法は直流アーク放電を用いることであるため,それを材料プロセスに応用した場合,そのプロセスには電極現象が深く関係してくる.しかしながら,電極領域における物理は未だによく解っていない.本研究は,レーザ計測の手法を用いて種々のプラズマ特性を測定することにより,アークから陽極にわたるプラズマの物理構造を明らかにし,材料プロセスにおける熱プラズマの役割を明確化することを目的としたものである.前年度は,アルゴンGTAプラズマにおけるアークから陽極にわたる電子温度および重粒子(イオンおよび原子)温度をレーザ計測法によって測定し,陰極において誘起されたプラズマ気流がアークプラズマの状態を主に支配していることが示唆された.本年度は,まず電極間距離および陰極先端角度を変えた場合のアルゴンGTAプラズマにおける電子温度をレーザ計測法によって測定した.その結果,最高到達温度は,電極間距離にほとんど依存せず,一方,陰極先端角度に対しては極めて大きく変化した.これは前年度の結果を支持するものである.次にヘリウムGTAプラズマを診断しアルゴンプラズマの場合と比較した結果,雰囲気ガスの違いはGTAプラズマの定性的な振舞いを変えるものではないことが示唆された.以上より,水冷銅陽極を用いたアークプラズマの場合,その物理構造は主として陰極近傍で生じる現象によって支配され,また雰囲気ガスの違いはその物理構造を根本的に変化させるものではなく,あるプラズマ状態の形成条件をガス物性に相当する量だけシフトさせることが明らかとなった.