2021 Fiscal Year Annual Research Report
Self-organized nanostructure-reinforced environmental barrier coatings
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20H02477
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
伊藤 暁彦 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (20451635)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 化学気相析出 / 自己組織化 / セラミックス / 耐環境コーティング / ナノ構造制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エンジニアリングセラミックス部材がより過酷な環境において優れた信頼性を発揮するためには、部材を保護するセラミックスコーティングにおいても組織設計の変革が求められている。本研究課題では、気相中での自己組織化に基づく新たな設計手法を提案する。セラミックスコーティング内部にナノ構造を作りこむ手法は、従来の組織設計や構造設計を実現するためのコーティングプロセスでは達成しえない組織形成手法である。化学気相析出法を用いた芯材強化柱状構造の自己組織化析出を実証し、その熱的・機械的特性を評価する。
原料には、Hfおよび各種金属元素の有機金属化合物を用い、原料炉内で所定の温度で気化させ前駆体ガスとした。基板には、セラミックス基板や各種酸化物の単結晶基板を用い、加熱ステージ上でレーザー照射により加熱した。合成した試料は、X線回折により相同定を行い、微細組織は走査型電子顕微鏡により観察した。蛍光特性は、蛍光分光光度計により測定し、機械的特性はマイクロカンチレバー法により評価する。
2021年度は、HfO2-SrHfO3系、HfO2-CaHfO3系、HfO2-MgO系、HfO2-TiO2系およびHfO2-Lu2O3系の複合膜の合成実験に着手し、合成条件が生成相や微細組織に与える影響を明らかにした。HfO2-MgO系、HfO2-TiO2系、HfO2-Lu2O3系においては、化学両論組成比化合物の生成を見出し、特にHfO2-Lu2O3系においてはHf/Lu原料比によって格子定数が連続的に変化することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度は、Ca有機金属化合物原料の選定を行い、原料濃度、成膜温度、成膜炉内圧力を変化させながらHfO2およびSr/CaHfO3膜を合成し、生成相と微細組織の関係性をマッピングし、単相膜の合成条件を明らかにできた。さらに発展的な研究トピックとして、HfO2膜およびSr/CaHfO3膜の光学特性を調べることや、HfO2-MgO系、HfO2-TiO2系およびHfO2-Lu2O3系膜化合物の合成ができた。以上より、本研究課題はおおむね順調に進展しているものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、HfO2共晶系のコンポジット膜の機械的特性の評価をより進めていく。HfO2は様々な酸化物と共晶系をとる。共晶体セラミックスでは、構成相が互いに組織化して共晶組織を形成し、組成や成長条件によって様々な組織を呈する。一連の合成・評価実験を通じて、構成相や共晶組織、特に機械的特性や光学特性に与える影響を明らかにする。
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