超高温用金属ダイシリサイドの高温酸化モデル確立のためのデータベースの構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450289
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 黒川 一哉 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00161779)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大笹 憲一 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90111153)
• Keywords: 超高温材料 / 金属ダイシリサイド / 酸性化性 / 酸化様式 / Siの選択酸化 / シリカ皮膜

Research Abstract

本研究の目的は、将来の耐酸化性超高温材料として期待されている各種金属ダイシリサイドを酸化様式の観点から分類し、最終的にデータベースに基づいた酸化モデルを構築することによつて、優れた耐酸化性を有する金属ダイシリサイドの条件を明にすることにある。これまでの実験結果に関する検討から、金属ダイシリサイドの酸化様式は次の3つに概ね分類できることが推察された。
(a)Siの選択酸化によるシリカ皮膜形成(CrSi_2,FeSi_2,CoSi_2など)
(b)金属酸化物の蒸発によるシリカ皮膜形成(Mosi_2,WSi_2,VSi_2,ReS_<1.75>など)
(c)金属酸化物とSi酸化物の混合酸化物皮膜形成(NbSi_2,TaSi_2など)
昨年度は、主として(b)に分類されるシリサイドについて研究を行い、それに続いて本年度は主として(a)の様式を示す金属ダイシリサイド(CrSi_2,FeSi_2,CoSi_2)に関する研究を進めた。得られた結果の概要を以下に述べる。
(1)CrSi_2,FeSi_2,CoSi_2のすべてのシリサイドは約1273Kの温度までSiの選択酸化によって優れた耐酸化性を示す。
(2)CrSi_2では1273Kを超える温度から、SiO_2皮膜上に徐々にCr_2O_3を形成し2層構造皮膜を形成するが、1473Kを超えるとCr_2O_3の蒸発が顕著になり、それがSiO_2の皮膜の保護性を劣化させる。
(3)FeSi_2は1273Kを超えると2相に相分離し、それに伴って耐酸化性も低下する。
(4)CoSi_2では1273Kを超えるとCo酸化物とSi酸化物の同時生成により耐酸化性は低下する。
次年度は、(c)に分類される金属ダイシリサイド(NbSi_2,TaSi_2など)の耐酸化性について明らかにする研究を進めるとともに、拡散および熱力学データを基に酸化モデルの確立を行う。

Research Products

• [Publications] K.Kurokawa: "High-Temperature Oxidation Behavior of ReSi_<1.75>"High Temperature Materials (Electrochem. Soc.). PV2002-5. 240-246 (2002)
• [Publications] K.Kurokawa: "Microstructure and Oxidation Behavior of ReSi_<1.75> Synthesized by Spark Plasma Sintering"Vacuum. Vol.65・3. 497-502 (2002)
• [Publications] K.Kurokawa: "Effect of Evaporation of WO_3 on Formation of SiO_2 Scale in WSi_2"Proc. of Inter'l Conf. on Designing of Interfacial Structures in Advanced Materials and Their Joints. 184-187 (2002)