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2014-7

高温ガス透過法に基づくセラミックス中の物質移動評価解析技術


技術のポイント

高温のガス分圧勾配下に曝された酸化物膜中の物質移動機構を評価・解析した

基礎研究


背景
金属表面に形成する酸化保護膜等、酸化物膜が高温の酸素・水蒸気のポテンシャル勾配下で使用される事例は極めて多い。酸化物膜のさらなる高性能化を図るためには、このような過酷環境下における膜中の物質移動機構を十分に理解した上で、その動きを積極的に制御する必要がある。

目的
同位体を用いた高温ガス透過法を基に、酸素や水蒸気ポテンシャル勾配下に曝された酸化物中の物質移動機構を評価解析する技術を開発する。

成果
(1)
 
四重極質量分析装置を付与したガス透過試験装置を開発し、様々なガス(16O2, 18O2, H2O, D2O, N2)を対象とした評価解析を可能にした。
(2) ガス透過試験とその後のサンプル断面の二次イオン質量(SIMS)分析との融合により、膜中の物質移動の厳密な評価を可能にした。


図1. ガス透過試験装置の構成
図2. 多結晶アルミナの粒界拡散
係数の膜厚方向分布(1600℃)
図3. 多結晶アルミナ膜
断面の18O濃度分布
(SIMS, 1600℃)



期待される適応分野
高温の酸素・水蒸気環境下において優れたガスバリア性、
  構造安定性を発現する酸化物膜の開発
金属の表面酸化を利用した高機能膜の開発
 (例:Ti表面に 形成するチタニア膜の生体活性能の向上 等)

参考文献 〔1〕 M. Wada, et al., J. Ceram. Soc., Jpn., 119, 832 (2011) DOI: 10.2109/jcersj2.119.832
〔2〕 T. Matsudaira, et al., J. Am. Ceram. Soc., 96, 3243 (2013) DOI: 10.1111/jace.12420
謝辞 本研究は、JSPS科研費「新学術領域研究ナノ構造情報(25106008)」の一環として実施したものである。



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