プラズマガス中の物質移動からみた金属超微粒子発生に及ぼす雰囲気水素濃度の影響

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本研究の目的はアークプラズマ法による金属超微粒子発生過程に関して、1.溶融金属表面の温度分布と粒子生成の可視化像の同時取得システムの試作、2.水素添加量と発生超微粒子の大きさ、分布との定量的関係を明らかにすることである。本研究の成果は以下の通りである。1.システムの試作 特定の波長のみが透過する干渉フィルター(700〜900nm)をCCDカメラに装着することにより高輝度、高温のプラズマアークの可視化像を離れた距離から取得できた。しかし、溶融金属表面からの粒子発生現象は粒子が発生直後に急冷されるため、アーク撮影に用いたフィルターでは困難である。異なった干渉フィルターを装着した2台のCCDカメラからの画像データに2色温度計の原理を応用した温度測定システムを試作した。このシステムにより、アークフレームの高温部が水素濃度の増加につれて試料側へ移動することが判明。超微粒子生成速度は水素濃度の増加と共に増加していることと併せて考察すると、水素原子の再結合にともなうエネルギーがアークスポットを過熱させ、アークプラズマ中を金属陽イオンが運動し、電子との結合により超微粒子化する機構を提案した。2.水素添加量と粒子直径 水素濃度を50%まで変化させた場合のニッケル超微粒子の生成速度は水素濃度と共に増加した。このときの粒子の平均直径を光子相関法によって調べたが、粒子の沈降が著しく信頼出来る結果が得られなかった。このためBET法によって調べた結果、粒子平均直径は生成速度が増すにつれて増加することが判明した。この結果はアークプラズマ法での超微粒子の粒子径制御が可能であることを意味している。