CVD法による炭素―炭化ケイ素傾斜機能材の組成分布制御

• Project/Area Number: 13750715
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 反応・分離工学
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 河瀬 元明 京都大学, 工学研究科, 助教授 (60231271)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2001: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 化学気相成長法 / 熱分解炭素 / 傾斜機能材 / プロパン / ジメチルジクロロシラン / 素反応シミュレーション / 反応モデル / 表面反応速度 / C / Cコンポジット / 炭化ケイ素 / CVD / 耐酸化性高温材料

Research Abstract

細管型CVD反応器を用いて、熱分解炭素成膜実験を行った。気相における複合反応によって生じる種々の炭化水素ガスの影響を調べるために、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロピレン、n-ブタンを原料として、成膜実験ならびに気相反応生成物の分析と素反応シミュレーションを行った。
気相反応分析の結果から、プロパンを原料とした場合、プロパンの分解により反応初期にプロピレン・エタンが生成し、さらに反応が進行するとプロピレン・エタンも減少し、エチレンとメタンが主な生成物となることがわかった。また、原料ガスの消費はほとんど気相反応によること、プロパンからの直接成膜だけでなく気相生成物からの成膜も無視できないことがわかった。気相反応素反応シミュレーションの結果を解析し、23個の主要な素反応からなる単純化気相反応モデルを提案した。気相シミュレーションによる成膜位置でのガス組成の推定値と成膜速度の実験結果から各種炭化水素の直接表面反応速度を定式化することに成功した。この気相反応モデルと表面反応速度式を用いて、計算した各種条件における成膜速度分布は実験値とよく一致した。また、プロパンを原料とした場合、広い反応率範囲にわたって成膜速度がほほ一定となる条件があることを見出すとともに、提案モデルによるシミュレーションの結果、この現象は、プロパンの直接表面反応速度が0次反応に近いこと、ならびに生成するn-ブタンからの直接成膜によって、原料消費による成膜速度の低下分が補われていることが明らかとなった。
原料組成を変化させながら作製した炭素-炭化ケイ素傾斜材について、プロパンとジメチルジクロロシランを原料とする場合については、原料組成プロファイルから製品内の組成分布を予測することに成功した。