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研究成果/先進複合・軽量化材料 研究開発トップへ 2019年度の一覧へ

R-16
2019

膜構成元素の化学ポテンシャル変化を利用した
新たな保護膜設計




課題
Ybシリケート(Yb2Si2O7、Yb2SiO5)は耐水蒸気揮散性に優れることから、次世代航空機用エンジン部材(SiCf/SiCm複合材料)を燃焼ガス中の高温の酸素・水蒸気から守る保護膜として期待されているが、酸素遮蔽性に劣ることが課題

解決手段
Yb2Si2O7(227)層の高酸素分圧(PO2(hi))側にYb2SiO5(215)層を配置した積層膜にすることにより、Ybイオンの拡散方向のYb化学ポテンシャル(μYb)を227-215界面において増加させて積層膜全体の酸素遮蔽性を向上

成果・新規性
215の酸素遮蔽性は227よりも劣るにも関わらず、215層を227層上に配置した積層膜にすることにより、227単層膜に比べて酸素遮蔽性が向上
227-215界面において、Ybイオンの拡散方向に対してμYbが増加するため、227層内をPO2(hi)側に粒界拡散してきたYbイオンが滞留
逆方向に粒界拡散する酸化物イオンと粒界に滞留するYbイオンが周囲の227と反応することにより拡散種が消費され、優れた酸素遮蔽性が発現
 


積層膜: 227ウェハ上にダブル電子ビームPVD法により215層を形成
       【227層厚=250μm、215層厚=20μm】
酸素透過試験条件: 1400℃、dμO=PO2(hi)/PO2(lo)=105Pa/10-9Pa



期待される市場・応用
高温腐食環境下に曝されるセラミックス・金属部材の耐食性向上

発表文献
M. Wada et al., Acta Mater., 135 (2017) 372-381.

謝辞 本研究は、総合科学技術・イノベーション会議のSIP(戦略的イノベーション創造プログラム)「【革新的構造材料】」(管理法人:JST) の支援を受けて実施されたものである。


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