R-22
2018

酸素トレーサーを用いた酸素透過法による
保護膜中の物質移動機構

Yb₂Si₂O₇は次世代航空機エンジン用耐熱部材（SiC繊維強化SiC基複合材料）の高温酸素／水蒸気環境下における保護膜として期待
⇒ 高温の酸素濃度勾配（dμ_O）下において、高酸素分圧（Po₂(hi)）側の加湿により、
　優れた酸素遮蔽性を発現するが、その機構は不明

酸素トレーサー（¹⁸O₂）ガスを用いて、Yb₂Si₂O₇ウェハ（モデル保護膜）に対して、
高温加湿環境下の酸素透過試験（酸素と水蒸気の濃度勾配下に曝露）を実施
⇒ 試験後の膜断面の¹⁸O分布と組織変化より膜中の物質移動量を定量的に評価

・	膜断面深さ方向の¹⁸O分布より、加湿により酸化物イオンの内方向への粒界拡散が促進（粒界毎に決定した粒界拡散係数は一定、駆動力は増大）
・	加湿により、膜内部のYb₂SiO₅の生成反応が促進され、その結果として、粒界を相互拡散してきた酸化物イオンとYbイオンを消費
	⇒ 加湿dμ_O下において、優れた酸素遮蔽性を発現

酸素透過試験条件：ウェハ膜厚=250μm, 1400℃×1h, dμ_O=Po₂(hi)／Po₂(lo)=10⁴Pa／10^-9Pa, P_H₂O=10⁴Pa

酸素透過試験後のYb₂Si₂O₇ウェハ断面のPo₂(hi)側表面近傍のSIMS-¹⁸O分布とSEM像

高温燃焼環境下における保護膜の最適構造設計と耐久性予測

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

謝辞

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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）」、および、文部科学省委託事業東京大学ナノテクノロジープラットフォームの支援を受けて実施したものである

未来社会を創出する革新材料開発と先端解析技術