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

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(SiC_f/SiC_m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

Yb₂Si₂O₇(227)層の高酸素分圧(P_O2(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(μ_Yb)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

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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

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227-215界面において、Ybイオンの拡散方向に対してμ_Ybが増加するため、227層内をP_O2(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℃、dμ_O=P_O2(hi)／P_O2(lo)=10⁵Pa／10^-9Pa

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

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) の支援を受けて実施されたものである。

新時代の扉を開く革新的・材料開発／解析技術