2014.01/23 高純度ＳｉＣ（６）
シリカ還元法の反応速度論を研究するには、１６００℃以上の高温度で恒温測定が可能な熱重量天秤が必要になる。１６００℃から２０００℃の分析装置を設計するときに困ったのは部品の材料である。この高温度に曝される材料に酸化物を用いることはできない。理由は酸素の拡散が生じ反応に影響を与えるためである。
カーボンが最も安価な材料で加工しやすいが強度が不足する。試料セルだけ加熱でき、周囲の部品が１０００℃未満であれば、石英やアルミナを周囲の部品に使用可能である。なんやかんやと３０年以上前に真空理工(株)の担当者と議論し、ＹＡＧレーザーで加熱する方式を考案した。
すなわち光熱変換して加熱するのである。電気ヒーターとの違いは、電気ヒーターでは、電極を通じて熱が伝わるので周辺の設計が難しくなるが、レーザー加熱ならば高温度になる領域を試料系だけにできる。実際に組み立てて実験を行うと熱量が不足し温度が１５００℃まで上がらない。
そこで赤外線イメージ炉との組み合わせで加熱する方式を考案した。赤外線イメージ炉で１０００℃前後まで雰囲気を加熱しておき、試料セル近傍だけを１秒以内に２０００℃まで昇温することに成功した。恒温測定を行うには十分なスピードである。
完成した熱天秤は、汎用の熱天秤の３倍の大きさになった。レーザー発信器や安全なエリアを確保するために装置が大きくなった。しかし、苦労した甲斐があり、実験データは狙い通りの結果が得られ、前駆体の品質評価に使用可能である。当時室温から２０００℃まで加熱重量減少を計測可能な装置がなかったので特許出願まで行った。
この熱重量天秤を用いたSiCの反応速度解析では予期せぬ実験結果も得られた。すなわち前駆体の高次構造が異なると反応機構が変化する。SiOが関与する２段階反応はともかくもアブラミの式で整理できない反応も観察された。
詳細は省略するが、前駆体が均一にできていれば、均一素反応で反応が進行するが、前駆体が不均一の時に２種以上の反応機構が存在することも分かってきた。この装置を用いた反応速度論の論文を１０年後発表したが、この論文についても苦い思い出がある。論文を見て頂けば分かる。
pagetop