Co_2気体と非鉄金属を原料とした燃焼合成反応に関する研究

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原料元素間の超高温直接反応であることを利用し、単一構造中に複数の結合様式を均一に有する新化合物群(岩塩構造型Metal-C-N-O系など)の合成を行うことである。単一の構造中に共有結合性、金属結合性、イオン結合性など示す複数の結合様式と格子欠陥などを均一に有する新化合物群の合成を行った。通常単一構造を有する無機化合物の場合、複数の結合様式が共存する形は取りにくい。しかし、固体-気体の固体燃焼反応の場合、異なる結合様式を共存した形の新無機化合物を容易に合成することが出来ることを筆者らは明らかにした。本年度では、二酸化炭素がいくつかの金属単体と超高温発熱反応、いわゆる固体燃焼反応を起こした結果、二酸化炭素と金属単体の燃焼生成物は、主に酸化物と炭化物の固溶体であった。チタンとの反応の場合一酸化チタンと炭化チタンが同時に生成することを確認できた。その他ニオブなどの金属単体との反応生成物の性質を調べ、生成物中に固定されている二酸化炭素のC/O比や単位金属体積当たりの固定量を詳しく研究し、各金属のその気体に対する分解・固定能を評価した。炭酸ガスと反応することを既に確かめたチタン及びニオブを中心に光高温計や熱電対により燃焼最高温度を測定し、燃焼合成に関する基礎パラメーターを集めて分析した。チタンと炭酸ガスの燃焼反応を制御するため反応の希釈剤として炭化チタン等の炭化物を添加し、また、ニオブと炭酸ガスの燃焼反応を制御するために炭化ニオブを希釈材として添加して、反応温度と反応率或いは金属-炭酸ガスの反応式の関係についても検討した。これらの実験により燃焼形態が、スピンモード、振動モード、定常モードの3形態をとることが分かり、燃焼波伝播挙動の画像解析より、燃焼形態と反応率・温度及び炭素・酸素の固定率との関係も調べた。