粉体の電熱爆発による難焼結性ホウ化物セラミックス複合溶射皮膜合成プロセスの開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07805066
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 田村 英樹 東京工業大学, 工業材料研究所, 助教授 (30188437)
• Keywords: 溶射 / 電熱爆発 / ホウ化ジルコニウム / セラミックス / 複合化

Research Abstract

現有の放電爆発装置を用いて、ホウ化ジルコニウムと窒化ホウ素或いは炭化ホウ素との混合粉体を電熱爆発溶射して、複合セラミック皮膜の合成法の開発を研究目的としている。3000℃以上の高融点の粉体試料を室温から融点まで通電加熱でき、試料を爆発的に外部に放出できる試料容器を作製することが先ず必要である。そのためにホウ化ジルコニウム単体の粉体を用いて独自に設計した試料容器に充填して溶射を行った。この容器は試料を一方向に溶射させる目的で作製されたものであり、容器の一部に適当な大きさの圧力解放部を設けてある。容器の肉厚を増加することにより爆発までの時間を長くすることができ、試料の加熱、溶融を行うことができることを見出した。電気的な計測により粉体試料の全てを融点まで加熱するのに必要なエネルギーを供給できることを見出すとともに、走査型電子顕微鏡による溶射皮膜の表面と断面の観察から、初期の粒子形状をとどめないほどに加熱された溶融粒子の堆積により皮膜が形成できることを明らかにした。また、皮膜中には空孔は見られず極めて緻密であることが分かった。融点が3880℃であり無機物中最高の融点を有する炭化タンタルを爆発溶射した場合にも皮膜が形成できることを確認した。X線回折とX線光電子分光法により皮膜の構造と化学組成を調べたところ出発試料の分解や不純物の混入などは無視できることが分かった。
上記の容器を用いてホウ化ジルコニウムと窒化ホウ素を混合した粉体を電熱爆発溶射して皮膜の合成実験を行った。その結果、窒化ホウ素は一部分、昇華するが皮膜中に取り込めることが可能であることが分かった。また、皮膜中の窒化ホウ素は均一に分散していることが分かった。現在は、昇華を抑制する方法を探索中である。
現有の高速CCDカメラを用いたシャドウグラフ法により、溶融した試料の溶射状態を視覚化してその場観察を行うために、光学系の設置を行い、観察を開始した。
研究成果を学会にて公表した。

Research Products

• [Publications] 河野上正晴、田村英樹、他2名: "電熱爆発溶射法による高融点ホウ化物セラミック皮膜の形成" 高圧力の科学と技術第4巻(1995年)特別号、第36回高圧討論会講演要旨集. 4. 95-95 (1995)
• [Publications] 田村英樹、他3名: "導電性粉体の電熱爆発による難焼結性ホウ化物セラミック溶射皮膜の形成" 第34回セラミックス基礎科学討論会講演要旨集. 34. 92-93 (1995)
• [Publications] 田村英樹: "導電性粉体用電熱爆発溶射法の開発:高融点セラミックスの溶射例" 電気学会一般産業研究会資料. GID-96. 27-35 (1995)