試料断面積が漸次変化する場合の燃焼合成火炎の伝播速度および可熱限界

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燃焼合成は,金属と非金属または複数元素を直接反応させることにより,高融点無機化合物や金属間化合物を迅速かつ経済的に合成する材料合成法であり,元素混合粉末圧粉体中を燃焼波が自己伝播することにより燃焼生成物として高融点無機化合物や金属間化合物が生成される.しかし,燃焼波の伝播機構,燃焼波の伝播速度(燃焼速度)や伝播可能領域(可燃範囲)については不明な点が多い.本研究では,試料断面積が漸次変化する場合,つまり,燃焼波内での熱発生量と熱損失量とが漸次変化していく場合を取り上げ,この試料断面積の漸次変化が燃焼速度や可燃範囲にいかなる影響を及ぼすかを実験的に調べることを目的としている.本年度の研究では,チタニウム-炭素系の燃焼合成を取り上げ,混合割合を種々変化させた四角すい状の元素混合粉末圧粉体試料を作成し,試料断面積が漸減する場合の燃焼波伝播の実験を実施した.ビデオカメラを使用しての燃焼速度の測定からは,燃焼速度が伝播にともない減少し,ついには消炎にいたることが観察された.試料断面積が漸減する場合には,燃焼波の面積が変化し,発生する熱量も漸減するので,熱損失の寄与が相対的に大きくなり消炎が引き起こされたと考えられる.可燃限界については,試料断面の代表寸法Lの変化率(dL/dx)に着目すれば,0.2程度以下であれば断面積一定の場合と可燃範囲が等しいこと,0.2以上であれば可燃範囲が急激に広くなることが見出された.次年度以降においては希釈度,粒子寸法などの影響について調べていくことを考えている.