宇宙再突入飛翔体用セラミックコーティングの損耗量検知センサーの開発研究

宇宙往還機やカプセルなどの宇宙飛翔体の一部は、宇宙からの再突入時には短時間ではあるが一万度以上のプラズマ環境に曝される。特に先端部や翼前縁部では1500℃以上の高温になるため、このような部位にはC/C複合材料が使われ、耐酸化性を向上させるためにC/C複合材料の表面にはSiC等のコーティングが施されている。コーティングは、通常の条件であれば酸化に対して安定な材料であるが、再突入の過酷な環境下では次第に損耗することが知られている。今後宇宙飛翔体にも長期の信頼性が要求されるようになることは明らかであり、そのときにはコーティングの損耗速度が明らかになっている必要がでてくる。本研究では、再突入飛翔体に搭載し、コーティング(SiC)の損耗速度をReal Timeに測定できるセンサーの開発を目的としている。センサーとしては、サブミクロン厚さのSiCと炭素の薄膜を交互に積層したものを考案した。このSiC部はコーティングと同質で、SiC膜が損耗すると炭素膜が直ぐに消失し、並列に並んだ炭素薄膜の電気抵抗変化からSiC部の損耗速度を計測しようとするものである。本研究では、センサーに関する検討を行い、以下の結果を得た。1.アーク風洞による通風実験により、再突入の短時間にSiC膜が数層損耗することを狙って多層薄膜の厚さを検討し、地球低軌道からの再突入に対してはサブミクロンの厚さの多層膜が適当と判断した。2.リード線をPtとし電極を炭素で構成して高温におけるSiC/C多層膜の電気抵抗測定を実施し、1500℃までの温度域で安定な電極が炭素によって形成でき、電気抵抗の測定が可能であることを示した。3.スパッタリングで各層がサブミクロンの厚さの多層膜を試作し、1500℃における多層膜の安定を検討した結果、安定性な多層膜を得るためには、更に工夫が必要なことが明らかになった。

宇宙往還機やカプセルなどの宇宙飛翔体の一部は、宇宙からの再突入時には短時間ではあるが一万度以上のプラズマ環境に曝される。特に先端部や翼前縁部では1500℃以上の高温になるため、このような部位にはC/C複合材料が使われ、耐酸化性を向上させるためにC/C複合材料の表面にはSiC等のコーティングが施されている。コーティングは、通常の条件であれば酸化に対して安定な材料であるが、再突入の過酷な環境下では次第に損耗することが知られている。今後宇宙飛翔体にも長期の信頼性が要求されるようになることは明らかであり、そのときにはコーティングの損耗速度が明らかになっている必要がでてくる。本研究では、再突入飛翔体に搭載し、コーティング(SiC)の損耗速度をReal Timeに測定できるセンサーの開発を目的としている。センサーとしては、サブミクロン厚さのSiCと炭素の薄膜を交互に積層したものを考案した。このSiC部はコーティングと同質で、SiC膜が損耗すると炭素膜が直ぐに消失し、並列に並んだ炭素薄膜の電気抵抗変化からSiC部の損耗速度を計測しようとするものである。本研究では、センサーに関する検討を行い、以下の結果を得た。1.アーク風洞による通風実験により、再突入の短時間にSiC膜が数層損耗することを狙って多層薄膜の厚さを検討し、地球低軌道からの再突入に対してはサブミクロンの厚さの多層膜が適当と判断した。2.リード線をPtとし電極を炭素で構成して高温におけるSiC/C多層膜の電気抵抗測定を実施し、1500℃までの温度域で安定な電極が炭素によって形成でき、電気抵抗の測定が可能であることを示した。3.スパッタリングで各層がサブミクロンの厚さの多層膜を試作し、1500℃における多層膜の安定を検討した結果、安定性な多層膜を得るためには、更に工夫が必要なことが明らかになった。