田原 弘一

超音速窒素プラズマジェット中飛行セラミックス粒子の状態の研究。(担当部分：数値計算、取りまとめ)

Spectroscopic measurements were carried out to understand the plasma feature inside and outside a direct-current nitrogen arcjet generator with a supersonic expansion nozzle. In the expansion nozzle, the plasma was in thermodynamical nonequilibrium because the pressure drastically decreased downstream, although the plasma in the throat was expected to be nearly in a temperature-equilibrium condition. The radial profiles of the physical properties showed that there existed a core flow with high vibrational and rotational temperatures and large electron number densities on the center axis, even at the nozzle exit. The vibrational temperature at the nozzle exit ranged from 6000 to 10000 K in input powers of 5-11 kW and the rotational temperature from 500 to 2000 K. In the exhaust flow, the temperatures and the electron density were approaching some values downstream. Nitriding of titanium was conducted using the nitrogen plasma jets under a low pressure environment below 3 kPa. Plasma was accelerated smoothly with an optimally designed supersonic expansion nozzle because a shock diamond was not observed in the plasma flame. Even under a low pressure below 3 kPa, a titanium nitride layer was constructed on the surface of a titanum sample by only 5-min plasma jet irradiation. Although nitride formation decreased with decreasing pressure at the center of the irradiated region, the nitrided area became larger.

電磁プラズマ加速チャンネルを用いて、宇宙用電磁プラズマ加速推進機のプラズマ加速過程が調べられた。長さの異なる２つのチャンネルのプラズマ排出速度をファブリペロ干渉計を用いて測定した結果、それらはほぼ等しく、プラズマ電磁加速理論を裏付ける結果となった。（担当部分：実験研究、全体の取りまとめ）

超音速プラズマジェットを用いた鉄鋼材料の表面硬化処理が行われた。作動ガスに純窒素、及び窒素と水素の混合ガスが用いられた。照射後の硬度測定、表面分析により、窒素のみを用いた場合、窒化による表面硬化は起こらなかったが、窒素・水素の混合ガスの場合、ビッカース硬度800以上の高硬度が得られた。活性なNHラジカルの寄与が推測された。（担当部分：実験研究、全体の取りまとめ）

The chemical structure and optical properties of polyimide films were found to be affected by ion bombardment. Ion bombardment caused the addition reaction of the impacted ions and the desorption of oxygen and nitrogen. In situ X ray photoelectron spectroscopy (XPS) and spectral transmittance analyses were used to study the ion bombardment-induced changes.

A linear sputtering source using electron cyclotron resonance (ECR) plasma was developed for reactive sputter deposition with large area. It is composed of slot antennas on a rectangular waveguide with 268 mm long, permanent magnets around the slots and a target within the discharge chamber. Microwaves of 2.45 GHz are radiated from the slots and generated plasma along the waveguide. A sputtering target is placed within the discharge chamber to achieve high deposition rate. Moreover, this plasma source prevents microwave window contamination by sputtered particles. The spatial uniformity of Ar plasma at 0.146 Pa was ± 7.8% within 180 mm in the long direction. By using Ti target and mixture of Ar and N₂ gases, TiN films were successfully deposited with thickness uniformity of ± 11.3% within 160 mm and deposition rate of 16.2 nm/min.

With an increase in the use of polymers for aerospace applications, the degradation of polymers in space is receiving more attention. In this paper, we studied the influences of ionic impact on the surface polymers of spacecraft. The effects of ion bombardment on the chemical structures and optical properties of polymer films were investigated. The specimens were polyimide and teflon films. Oxygen and nitrogen ion beams with energies in the range of 0.5-1.0 keV and doses between 1.7 x 10(15) and 8.2 x 10(16) ions cm(-2) were exposed to the polymers. In-situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and spectral transmittance analyses were carried out on the polymers before and after ion bombardment. The in-situ XPS analyses showed that the addition reactions of oxygen and nitrogen atoms and desorption of components caused changes of chemical structures in the ion-bombarded polymers. The in-situ spectral analyses showed that the spectral transmittances were decreased by the ion bombardment. (C) 1998 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

電磁プラズマ加速チャンネルの流れ場の解明に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電磁加速プラズマジェットの陰極先端近傍のプラズマ状態の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

地球低高度軌道上における宇宙飛翔体材料の劣化現象に関する研究(担当部分：作動実験、取りまとめ)

高電圧太陽電池周りのイオンシース構造と材料劣化現象の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電磁加速プラズマのセラミックス溶射への応用。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

プラズマ流中の金属板周りのイオンシースの構造に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

メタン・水素・酸素混合ガスマイクロ波プラズマＣＶＤの診断計測。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

超音速窒素水素混合プラズマジェットによるチタン窒化の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

アンモニアと窒素水素混合ガス超音速プラズマジェット状態の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

１元空間一様性をもつECRプラズマ反応性スパッタリング成膜研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電磁加速プラズマを用いた反応性プラズマ溶射により、窒化チタン厚膜が製作された。作動ガスに窒素を用い、放電室内部にチタン棒が配置された。放電によりチタンが溶融し放電室内に供給され、それが窒素プラズマ中で化学反応により窒化チタンとなる過程が推測された。（担当部分：実験研究、全体の取りまとめ）

超音速プラズマジェットを用いたチタン平板の窒化処理が研究された。作動ガスに窒素のみの場合と窒素に水素の添加した場合が調べられた。窒素と水素の混合ガスの場合、非常に活性なNHラジカルにより、窒素基材がより低温度でも窒化がなされることがわかった。（担当部分：実験研究、全体の取りまとめ）

低圧窒素プラズマジェットによるチタン材の表面窒化実験。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

セラミックス溶射用電磁プラズマ発生装置の開発研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

準定常作動電磁プラズマチャンネルの実験的・解析的研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

宇宙飛翔体材料への高エネルギーイオン照射実験。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

材料加工用プラズマトーチの流れ場の数値計算。(担当部分：数値計算、取りまとめ)

低圧環境下窒素プラズマジェットによるチタン材の表面窒化の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電磁プラズマ加速アークジェットを利用したセラミクス溶射法開発。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

ダイヤモンド用永久磁石電子サイクロトロン共鳴放電プラズマ研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

大面積材料加工用電子サイクロトロン共鳴放電型長プラズマ源研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

加工用電子サイクロトロン共鳴放電低エネルギーイオン源の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電子サイクロトロン共鳴放電長プラズマの生成と材料加工の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

低圧環境下発散ノズル型水素窒素混合プラズマジェットの状態研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

超音速窒素水素混合ガスプラズマジェットによるチタン窒化の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

セラミックス溶射のための電磁プラズマ加速アークジェットの研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

For applications of quasi-steady magneto-plasma-dynamic (MPD) arcjet generators to ceramic coatings, an MPD arcjet generator with a cathode covered with a ceramic material was developed. The front velocities of ablated Al atoms inferred with a streak camera were much higher than velocities of 200-500 m/s for conventional plasma torches. This is effective for deposition of rigid films adhering strongly to substrate surfaces. The MPD plasma spraying showed that a dense uniform ceramic film with above 1200 Vickers hardness was deposited. Furthermore, from the XPS spectra the peak area ratio of Si/Al for the coating almost equaled that for the raw ceramic material, and the valence numbers of Al and Si did not change.

A 30 cm-class long electron cyclotron resonance (ECR) plasma source using slot antennas on a rectangular waveguide was developed for large-area processing. Microwaves of 2.45 GHz were radiated efficiently from the slot antennas into a discharge chamber. The plasma source was operated for Ar, O2 and N2 at pressures of 0.01-0.2 Pa. The plasma parameters were measured, and the current entering a target located downstream of the plasma source was also measured for sputtering deposition process. The ECR plasma source achieved the production of uniform Ar plasmas above 0.059 Pa. The Ar plasma uniformity was 10% in a 200 mm length at 437 W and 0.094 Pa. The Ar plasma density was beyond the cutoff density, although the plasma densities for O2 and N2 were below it. The target current reached about 150 mA for Ar.

熱力学的非平衡プラズマジェットの分光計測と数値計算。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電磁加速プラズマエンジンの電極電力損失特性の取得。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電磁プラズマ加速チャネルのアークの構造に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

低電力アークジェットエンジンの作動条件と性能に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

イオン・電子・紫外線照射による高分子材料の化学構造変化の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)