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2014-2

高温酸素ポテンシャル勾配下における輻射熱反射膜の最適構造設計


技術のポイント

高温において輻射熱反射機能を発現する酸化保護膜の酸素遮蔽性と構造安定性を共に向上させる手法を提案

基礎研究


背景
SiC繊維強化SiCマトリックス複合材料は軽量かつ耐熱性に優れることから、次世代航空機エンジン用高温部材への適用が期待されているが、腐食防止の観点から耐久性に優れる耐環境性保護膜の形成が不可欠である。

目的
高温で反応しない二種類の耐熱性酸化物を交互に積層することにより、輻射熱反射機能が発現する。この条件を満たすY2Ti2O7とAl2O3からなる積層膜(図1)において、1300℃の使用想定温度における酸素遮蔽性(酸化防止機能)と構造安定性を共に向上させる手法を提案する。

成果
(1) Al2O3層の酸素遮蔽性を支配する酸素とAlの流束は、Mullite層側酸素 分圧(PO2(lo))の増加に伴い低下する。Mullite層の酸素遮蔽性が高い程、積層膜中の酸素透過を抑制できる (図2)
(2) Al2O3層において、酸素の拡散が支配的な層にYを、 Alの拡散(層構造の崩壊原因)が支配的な層にHfを粒界偏析させることで、輻射熱反射膜全体の酸素遮蔽性と構造安定性が共に向上することが予測される(図2)


図1. 輻射熱反射機能を有する耐環境性保護膜の構成
図2. 輻射熱反射膜におけるAl2O3合体層内の酸素とAlの
流束分布とAl2O3層におけるドーパントの最適配置



期待される適応分野
特定波長域の熱エネルギーを閉じ込める、伝えないことが要求される耐熱・耐酸化部材

参考文献 [1] T. Matsudaira et al., Acta Mater., 59, 5440 (2011) DOI: 10.1016/j.actamat.2011.05.018
[2] S. Kitaoka, et al. J. Am. Ceram. Soc., in press (2014) DOI: 10.1111/jace.12935
謝辞 本研究は、科学技術振興機構の 「JST-ALCA(先端的低炭素化技術開発事業)」の一部として実施したものである。



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