アルミニウム燃焼制御のための包括的反応モデルの構築と実証

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本研究では，高温耐性材料として様々な場面で用いられるアルミナ微粒子の気相合成や推進系燃料として検討されているアルミニウムの酸化過程に焦点を絞り，その燃焼中の挙動や，気相から凝縮相へと核形成が進む過程の反応速度論的に観察し，理論で構築された詳細反応モデルを実験的研究から検証し，更に高精度なモデルを構築することを目的としている。研究計画初年度においては、実験的検証の準備として反応測定装置の基本設計と構築を実施するとともに、並行してこれまでの研究に基づいて不足していると考えられる反応系の探究を推進した。特にAl/CO系の素反応過程に注目し、従来全く検討されていなかった素反応について、段階を追って追跡し、量子化学計算に基づいてその実効性を検討した。その結果、気相反応過程においては、Al原子はCOと直接反応するものの、反応中間体としてAlCOを主として生成するほかに有効な経路はみつからなかった。そこで、AlCOが反応する相手を検討した結果、Al+AlCO, AlCO+AlCO が有効な経路として発見された。これらの反応から生成する中間体は複数の候補があり、それらについても網羅的に探索した結果、最終的な生成物としてはAl2CO, Al2 が有力な候補となったが、気相中でAlがCOのみと反応しアルミニウム酸化物を生成する有効な経路はいまのところ発見されていない。そのため、O2が共存する場合や、Al/CO2系の影響を含んだ反応機構の検討を進める必要があることがわかった。