レーザCVD援用ナノ粒子エアロゾル3D積層造形によるセラミック構造物とその知能化

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22656164
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 田中 繁一 静岡大学, 工学部, 教授 (60197423)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 早川 邦夫 静岡大学, 工学部, 准教授 (80283399)
• Keywords: 超微粒子 / エアロゾルデポジション / レーザ焼結 / CVD

Research Abstract

本研究では,Heガス中でエアロゾル化した金属あるいはセラミック超微粒子を加速・集束し,それをレーザで選択的に堆積・焼結してマイクロ構造物を作成する技術およびレーザCVDによるセラミック微粒子の生成プロセスに関する基礎的検討を行った.最初に、超微粒子流-レーザ光同軸ノズルを用いたマイクロレーザ焼結プロセスを提案しそれに関する基礎的な検討を行った.このプロセスにより超微粒子の逐次的な焼結が可能となり,レーザの出力や照射時間の調整によって堆積物の形状を制御できることを示した.しかし,固定ノズルプロセスではその堆積高さ限界があるとともに針状堆積時にくびれが発生する等の問題があったが,堆積物の成長に対してノズル(ターゲット)位置を適切に制御することで,直径が数10μmで高さが数mmの高アスペクト比の針状堆積物を製作できることを示した.続いて,レーザCVDプロセスにより超微粒子をリアルタイムに生成するために,気化させた金属アルコキシドガスへ減圧チャンバー内で炭酸ガスレーザを照射して,酸化チタンの球状微粒子が生成できることを確認した.テトラーiso-プロポキシチタンが安定して気化できる条件を満たすとき,すなわち,キャリアガス流量を10sccm,シリンダ温度を40℃～80℃,チャンバー内圧を700～1500Paとするとき,レーザCVD装置を用いて酸化チタンの微粒子を連続的に多数生成することができる.また、本装置でテトラ-iso-プロポキシチタンから酸化チタンの微粒子を生成するとき,直径1.0μm未満の微粒子を得たい場合は,キャリアガス流量を10sccm,シリンダ温度を60℃,チャンバー内圧1000Paとし,直径1.0μmの以上の微粒子を得たい場合は,キャリアガス流量を10sccm,シリンダ温度を60℃,チャンバー内圧700Paとすると,最も効率的に生成を行うことができる.