ガスデポジション法による傾斜構造耐熱チタン基複合材料の開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650823
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: Kogakuin University
• Principal Investigator: 丹羽 直毅 工学院大学, 工学部, 教授 (30011208)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 敏之 工学院大学, 工学部, 教授 (90206508) ; 塩田 一路 工学院大学, 工学部, 教授 (90255612) ; 岸 輝雄 東京大学先端科学技術研究センタ, センタ長 (40011085)
• Keywords: 傾斜材料 / チタン / TiAl / 高比強度 / 金属間化合物 / 耐熱材料

Research Abstract

金属間化合物TiAlは、高温で極めて高い比強度を持ちかつ耐熱性・耐酸化性に優れるため、高比強度耐熱部材として注目されている。しかしその延性の低さが大きな欠点となっており、単体で構造用材料とせいての使用は困難である。また接合部材としては、熱応力による剥離などが問題となっている。
本研究では、低温側をTi合金、高温側表面を金属間化合物TiAlとし、この間の組成を連続的に変化させ、TiAlの低延性とTi合金の不足耐熱性を相互に補完し、かつ接合部材にみられる熱応力を緩和することのできるTi合金/TiAl傾斜構造耐熱部材の開発を目的としている。
本実験に使用するガスデポジション装置(以下GD装置)は微粒子が生成される2つの微粒子生成室1および2、微粒子が積層される微粒子積層室、その間を連結する搬送管、真空排気系、材料加熱系および基板制御系から構成されている。微粒子生成室内をヘリウムガス雰囲気で満たし、その中で蒸発された材料原子はヘリウムガス原子と衝突し、冷却された微粒子となる。生成された微粒子は微粒子積層室との差圧力により搬送管に吸い込まれ、搬送管先端にあるノズルより高速度で吹き出し、基板に積層される。生成室1は抵抗加熱方式、生成室2はアーク加熱方式である。生成室2でアーク加熱によりTiを、生成室1で抵抗加熱によりアルミニウムを蒸発させ、積層室内でノズルを通して吹き付け混合する。
本年度の研究において、GD装置を用い積層条件を検討した結果、以下の結論を得た。1)材料を加熱する電力の調節により、微粒子の積層速度を調節できる。電力を増加させると、積層速度は増加する。2)アーク加熱において、微粒子生成室と積層室の差圧力を増加させると、積層速度は増加する。3)抵抗加熱において、加熱温度の変化によって微粒子の基板付着状態が異なる。4)GD装置を用い、材料を混合することが可能である。