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EB-PVD膜の柱状組織およびナノポア形成メカニズムの解析


概要:結晶粒の競合成長理論とモンテカルロ法によるEB−PVD遮熱コーティングの柱状組織、ならびにナノポア形成のシミュレーション技術を開発。プロセス条件と皮膜構造との関係を明確化。

背景: 熱伝導率が低く、高温安定性に優れた遮熱コーティングをEB-PVD法によって開発するためには、ナノ構造の最適化が不可欠であるが、材料設計の基礎となる柱状組織やナノポアの形成メカニズムに関しては不明な点が多い。

目的: コンピュータを用いた成膜プロセスシミュレーション技術を開発し、遮熱コーティングに最適な皮膜構造とプロセス条件を提案する。

成果: 結晶粒の競合成長モデルやモンテカルロ法によるマクロ・ナノレベルでのEB−PVD皮膜組織形成シミュレーション技術を開発。
結晶配向性に及ぼす基板回転の影響(図1)や蒸着粒子の入射条件とナノポア・ナノギャップとの関係(図2)等が明らかになった。

図1 シミュレーション技術の展開

図2 基板回転の影響
(a:実組織、b:回転なし、c:回転あり)
図3 ナノポア形成の蒸着粒子入射方向依存性
(a:垂直入射、b:斜め入射30°)

今後の展開 本成果を皮膜物性の予測技術開発に展開する予定。


【謝 辞】 本研究は、新エネルギー・産業技術総合開発機構の委託による「ナノコーティング技術プロジェクト」の一環として実施したものである。
連絡先 : 和田国彦(wada@)、吉矢真人 (yoshiya@)

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