2007 Fiscal Year Annual Research Report
雰囲気制御した溶液噴霧熱プラズマCVDによる機能性セラミックス成膜の新技術開発
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18360307
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
嶋田 志郎 Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 教授 (90002310)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
明石 孝也 北海道大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (20312647)
清野 肇 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教 (50281788)
川村 みどり 北見工業大学, 工学部, 准教授 (70261401)
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| Keywords | 熱プラズマ / CVD / 複合膜 / コーティング / 機能性セラミックス / 雰囲気制御 / 耐磨耗性 |
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| Research Abstract |
本研究では、熱プラズマCVDにより、アルコキシド溶液とH_2Oを熱プラズマ中へ噴霧してSi及びWC-Co基板上にTiN-PSZ二層膜を作製し、その耐磨耗性を評価した。
TiN成膜用としてTi(OC_2H_5)_4、PSZ成膜用としてZr(OC_4H_9)_4及びY(OC_4H_9)_3を用いた。Ti-アルコキシド溶液をAr/N_2/H_2熱プラズマ中に0.1ml/minで噴霧し、TiN膜を10分間成膜した。続いてZr-、Y-アルコキシド溶液をAr/N_2熱プラズマ中へ噴霧すると同時に、H_2Oを熱プラズマのサイドから導入して約700℃でPSZ膜を20分間成膜した。
H_2Oを段階的に毎分0.01mlから0.05mlに増加し、最終的に0.1mlを維持した結果、良好なTiN-PSZ二層膜が作製できた。Si基板上に成膜したTiN-PSZ二層膜のXRD結果から、トップコートのPSZの回折ピークが確認された。WC-Co上にも同一方法でTiN-PSZ二層膜が成膜できた。XRDの結果から膜表面はPSZが生成していることを確認し、このPSZは粒径数百nmの粒子からなる柱状粒子を形成し、この膜厚は1〜1.5μmであった。TEM観察とEDX分析を行ったところ、TiNとWC-Coの界面は凹凸が激しく、Nbを多量に含む合金層が形成されていた。
WC-Co基板上に成膜したTiN-PSZ二層膜の切削試験から、耐すくい面磨耗量は市販のWC-Co上に成膜したTiN膜より優れており、TiN-Al_2O_3被覆したWC-Coと比較しても遜色無く、TiN-PSZを被覆すると耐磨耗性が向上することがわかった。一方、耐逃げ面磨耗は、WC-Co超硬とTiN被覆したものより優れていたが、TiN-Al_2O_3被覆したものよりも多少劣っていた。
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